大学生野外综合试验场实践教学探索——以中国地质大学(武汉)巴东野外综合试验场为例

中国地质大学(武汉)巴东野外综合试验场位于长江南岸的巴东县黄土坡,东距长江三峡工程坝址70km,是我校继北戴河、周口店和秭归之后拟打造的第四个野外实践教学育人基地。该文从地质工程和土木工程专业的角度,对巴东野外综合试验场的教学定位、教学资源建设、合作与交流及野外实践教学的适用情况进行了探讨,认为巴东野外综合试验场具有综合性强、实践性好、国际化广、专业性深等特点,适合于即将迈入工作或科研岗位的大学生,尽管刚刚竣工验收2年多,但已显示出良好的国际、国内合作与交流,发展前景不可限量。

三峡库区地质灾害防治信息系统及预警指挥系统数据管理模式探讨

三峡库区地质灾害的原始数据是一种多来源、大数量、多类型、多格式、多尺度、多参照系、多精度、标准化程度差、数字化程度不同、密级不同的多源异构大数据,采用单一数据库对数据进行管理的模式无法满足不同层次数据管理、不同层次数据应用的实际需求。依据三峡库区地质灾害数据的本身特征和多层次数据应用的需求,本文采用了一种双层四块、底层物理隔离的数据管理模式。这种模式支撑了三峡库区地质灾害防治信息系统及预警指挥系统几年来的顺利运转,不但很好地管理了三峡库区多年来的各类涉密与非密的原始数据和成果数据,也可以为不同层次的管理部门和科研等部门提供多层次的数据支持与服务,是一种针对部分涉密的复杂大数据的良好的管理模式。

三峡库区黄土坡滑坡浸润线动态变化规律研究

以三峡库区黄土坡滑坡为研究对象,结合滑坡体地下水位监测数据,分析库水涨落对滑坡地下水位的影响。建立了黄土坡滑坡渗流模拟的有限元计算模型,并确定了模型合理的水头边界条件。利用Geo-Studio软件的SEEP/W模块,对库水位涨落情况下滑坡暂态渗流场的变化进行模拟,并且分析浸润线的动态变化过程,确定了库水位涨落对滑坡前缘浸润线影响区在滑坡前缘300 m范围内,并对库水位上升和下降两种工况下滑体前缘浸润线位置进行了预测。最后,分析了库水位涨落下库岸滑坡浸润线变化对滑坡稳定性影响,为研究库水位涨落下库岸滑坡浸润线和滑坡稳定性提供了依据。

三峡库区黄土坡滑坡降雨入渗模型研究

传统的入渗模型未考虑坡角和降雨强度对滑坡入渗过程的影响,为了更好地描述黄土坡滑坡降雨入渗过程,在GreenAmpt入渗模型的基础上推导了考虑坡体倾角和小降雨强度影响的降雨入渗模型。为了获取改进的入渗模型参数,在黄土坡滑坡1#崩滑体上进行了双环渗透试验与降雨、土的含水率和基质吸力现场监测。结果表明,黄土坡滑坡1#崩滑体饱和渗透系数为4.81×10-5 m/s;降雨时体积含水率增加,降雨停止后体积含水率降低,深部表现出一定的滞后特性;基质吸力变化趋势与体积含水率相反,降雨使其减小,降雨停止后逐渐增大。通过双环渗透试验与现场监测,获取了黄土坡滑坡降雨入渗模型参数值。将入渗模型计算值与现场监测数据进行对比,该模型计算值与现场监测数据吻合,说明该降雨入渗模型可用于黄土坡滑坡降雨入渗分析。

三峡库区黄土坡滑坡非饱和水力参数研究

非饱和水力参数在计算滑坡降雨入渗过程与稳定性时是至关重要的材料参数。在三峡库区黄土坡滑坡上进行双环渗透试验,获取黄土坡滑坡表土层的饱和渗透系数。对黄土坡滑坡表土层的含水率和基质吸力进行实时监测,采集了黄土坡滑坡表土层中含水率和基质吸力随时间的变化数据,采用van Genuchten土-水特征曲线模型拟合了4个实时监测剖面的土-水特征曲线及其拟合参数。将饱和渗透系数与土-水特征曲线拟合参数代入van Genuchten渗透系数函数模型,求出了黄土坡滑坡表土层在非饱和条件下的渗透系数函数,为黄土坡滑坡在降雨作用下的稳定性计算提供了可靠的水力参数。

三峡库区某滑坡防治工程设计研究

以三峡库区某滑坡工程地质勘察资料为依据,分析了该滑坡体的岩土组成和物理力学性质以及造成滑坡的原因,针对该滑坡特点进行了防治设计,提出了以抗滑桩和基岩山梁布设排水洞为主、开裂房屋灌浆加固和修筑排水沟为辅的综合治理方案,使该滑坡得到及时有效的治理。

三峡库区巴东组岩-土接触面抗剪强度特性研究

以三峡库区巴东组岩-土接触面为研究对象,设计了三种碎石含量(20%、50%和80%)、三种不同基岩(T12b、T22b、T32b)在室内进行了大型直剪试验,研究了碎石土-基岩接触面抗剪强度特性。试验结果表明:碎石土-基岩接触面τ-σ关系曲线分为应变硬化型和应变软化型;碎石土-基岩接触面剪切过程中碎石土中含有的孤石会随着剪切面的起伏发生摩擦、翻滚、平移等物理形态变化,剪切后在剪切面上留下深坑;碎石土-基岩接触面抗剪强度指标c、值与碎石土中碎石含量有关,其内聚力c随碎石含量的增加呈现先递增后递减的趋势,内摩擦角随碎石含量的增加总体呈现递增的趋势;碎石土-基岩接触面抗剪强度指标c、值与选材的地质代表性也有关系,T22b层的紫红色砂岩相对于T12b层和T32b层的灰岩来说具有内聚力c高,内摩擦角低的特点。

三峡库区特大型多级岩质滑坡变形特征研究

特大型滑坡变形是一复杂的动态过程,分析其变形监测数据是了解滑坡稳定情况和变形机制的有效手段。以三峡库区典型的特大型多级岩质滑坡——藕塘滑坡为例,基于滑坡地形特征和GNSS专业监测数据,结合降雨量、库水位和地下水位变化情况分析滑坡不同区域的变形特征和影响因素作用下的变形机制。研究结果表明:①降雨是藕塘滑坡阶跃变形的主要诱因,阶跃期间滑坡对降雨更加敏感,少量的降雨即有可能诱发滑坡再次加速;②库水位变化的影响范围仅限于一级滑体前缘,水位升降会改变滑坡的局部稳定性但不会直接导致滑坡出现阶跃变形;③滑坡区内的地下水位变化是滑坡阶跃变形的直接原因,降低滑坡区的地下水位变化幅度是治理藕塘滑坡的关键。

基于SRTM-DEM数据的三峡库区蓄水负荷模型及其地表重力与形变响应模拟

以三峡库区蓄水负荷变化为切入点,研究了库区因蓄水导致的地表重力与形变响应。通过高分辨率SRTM-DEM数据与三峡库区主干道及各支流边界的地形对应关系,构建得到不同蓄水水位下的蓄水负荷模型,并且给出了不同水位与库区整体库容量体积及受淹面积之间的数学拟合关系。在此基础上,结合弹性负荷响应理论及macson拟合方法,计算得到整个库区在蓄水第2阶段与第3阶段地表重力场及形变场的空间分布,以及库区蓄水库容量变化的60阶次球谐系数结果,并与GRACE监测结果进行了对比分析。GRACE去除CLM4.5模型后的陆地水储量可认为与三峡库区蓄水变化直接相关,两者之间的差异可能包含了在巨大水体负荷压力下出现的地下水渗透效应。本文理论模拟结果以期为实际观测资料的对比分析和相关校正提供支撑。有助于挖掘库区滑坡活动及水库地震等与库水负荷变化之间的关系。

固结灌浆钻孔桩墙在滑坡抢险工程中的应用——以三峡库区巴东县将军岭滑坡治理工程为例

抗滑桩是滑坡治理的主要工程措施,从抗滑桩开始施工到产生抗滑效果往往需要数月时间。对处于蠕变阶段的滑坡尤其是应急抢险工程,在施工期间因抗滑桩开挖导致滑坡失稳破坏的风险极大。针对这一问题,通过采用双排钻孔灌注桩、桩顶钢桁架及桩间高压固结灌浆形成固结灌浆钻孔桩墙,能最大限度地减小土石方开挖、降低施工期间由于开挖引起失稳破坏的风险;另外在桩间采用固结灌浆技术减小桩土强度差,提高其整体刚度,使空间受力更加合理,避免了钻孔桩可能因局部弯矩、剪力过大产生压杆失稳破坏和剪断破坏。与传统抗滑桩相比,该技术为应急抢险工程赢得了宝贵的时间并且经济上更加合理。目前,该技术在三峡库区巴东县将军岭滑坡局部应急抢险工程中成功运用并取得了良好的治理效果。

基于影响因子反馈校准的北川县滑坡地质灾害易发性评价

层次分析法是地质灾害易发性评价中常用的一种方法,但该方法在专家打分构建判断矩阵的过程中主要依赖于专家的主观经验,具有局限性。通过追踪各个影响因子评价曲线AUC值的叠加增长过程,提出一种对影响因子分级权重进行反馈校准的滑坡灾害易发性评价方法,从而实现对层次分析法的改进。将该方法应用于北川新县城周边地区的滑坡地质灾害易发性评价,选择坡度、坡向、岩性、距水系距离、距断裂距离和归一化植被指数作为6个影响因子,建立影响因子及其分级的判断矩阵,并依据各个影响因子评价曲线AUC值对该判断矩阵进行反馈校准。结果表明:校准后所划分的研究区滑坡地质灾害易发性分区结果比校准前有明显的精度提升,说明基于影响因子反馈校准的层次分析法可以提高传统层次分析法的预测精度,且具有方法简单、易于实现的优点。

基于三种多变量不安定指数分析模型的汶川县地质灾害易发性评价

采用多变量不安定指数分析法模型并加以改进,应用于汶川县地质灾害易发性评价。选取坡度、坡向、地层岩性、距断层距离、植被覆盖率及距水系距离六项影响因子,结合四川省自然资源厅发布的汶川县地质灾害隐患点数据,以幂次相乘、线性累加、幂次累加这三种不同的不安定指数分析法模型分别得到了研究区地质灾害易发性分区图,并用接受者操作特性曲线(Receiver Operating Characteristic curve, ROC curve)验证了各种模型的评价性能。结果表明:(1)对本案例而言,幂次相乘模型相较其它两种模型具有最高的精度;(2)汶川县地质灾害"极高""高""中""低""极低"易发区的面积占比分别为:19.3%、 24.6%、 19.2%、 19.3%、 17.6%,且研究区地质灾害易发性较高的区域多分布在断裂带附近。本研究成果可为区域地质灾害防治工作提供理论借鉴和技术参考。

含泥量与含水率对三峡库区花岗岩风化砂细集料抗剪强度的影响

为了研究含泥量和含水率的变化对三峡库区花岗岩细集料强度特性的影响,通过控制含泥量和含水率的变化,采用四联式电动直剪仪在四个不同垂直应力下进行16组直剪试验。结果表明:花岗岩风化砂细集料抗剪强度随含水率和含泥量的增加表现为不同程度地减小;细集料的内摩擦角随含泥量的增大而减小,当含水率为15%时,含水率对内摩擦角不再具有明显的影响;而黏聚力随含泥量的增大而增加,随含水量的增大而减小。花岗岩风化砂细集料的内摩擦角在20.9°~24.9°变化,黏聚力在6.4 kPa^21.3 kPa变化。研究结果可为三峡库区地基或路基工程作参考。

微型桩固结灌浆地基处理技术在三峡库区回填土库岸护坡工程中的应用

三峡库区库岸失稳现象频发,由于库水位在145~175 m之间频繁变化,且回填砂土渗透性大的特点,护坡工程基础快速施工技术成为迫切需要的关键技术。以秭归县茅坪镇滨湖路库岸边坡为例,进行了稳定性分析和灾害治理,工程中运用微型桩固结灌浆地基处理技术作为防治措施,有效地解决了施工技术问题。

地质灾害信息存储技术及检索方法

地质灾害调查、勘查及防治等工作过程中,获取了大量的多源异构数据,其中的文本数据多以文件名检索或大字段形式整体存储,这种传统的存储方式不能满足文本信息中有用信息的快速检索与提取,是当前地质灾害数据存储和检索所面临的一个重要问题.本文基于非结构化数据库技术、中文分词技术、关键词提取技术,实现了地质灾害文本数据中任意有用信息的快速检索及与统计,可以为灾害数据的深层挖掘与融合提供有力支持.

地质灾害危险性评价体系的构建

地质灾害危险性评价方法极多,随着科技的发展,地质灾害危险性评价方法逐渐向综合化发展,且作用日益加强,故而对地质灾害危险性评价的理论与方法进行探究。首先介绍了地质灾害危险性评价的作用及研究现状;其次指出了当前不同的地质灾害评价方法的目的及内容;再次通过分析提出地质灾害危险性评价的类型及构建危险性评价体系;最后在研究的基础上指出地质灾害危险性评价方法的发展趋势。

一种基于钻孔地质数据的快速递进三维地质建模方法

三维地质建模是地质数据可视化和空间分析的关键技术之一。针对传统建模方法建模速度慢、建模效率和精度较低的问题,提出了一种直接基于钻孔的点→线→面→体快速递进三维地质建模方法。该方法先对钻孔地层信息进行人机交互对比构成地质剖面,再按钻孔实际坐标在三维空间中还原地质剖面的实际位置,接着通过对剖面间的地层连线进行Kriging插值,形成一系列地层面模型,然后以此为基础构建三维地质框架模型,最后利用BSP矢量剪切技术来裁剪模型边界,形成研究区三维地质模型。该方法在福州市上街镇三维城市地质模型构建的实际应用中得到了验证。实践结果表明,该方法不仅可以实现三维地质模型的快速构建,还可以显著提高三维地质模型的精度。

一种基于TIN-CPG混合空间数据模型的精细三维地质模型构建方法

精细三维地质模型的构建是实现地质体真三维可视化分析的难题之一。提出一种基于不规则三角网(TIN)和角点网格(CPG)的混合空间数据模型来构建三维精细地质模型的方法。首先建立基于TIN的构造-地层格架三维地质模型,然后进行TIN面元模型到CPG体元模型的转换,将基于TIN的构造-地层格架模型转换为基于CPG的精细网格体元地质模型,从而实现"表达上"精细三维地质模型的构建。在转换过程中首先要进行地层序列的定义,然后对空间格网进行划分,在此基础上计算格网中各个单元格的空间坐标和各个网格的有效性,并将计算结果存储为GRDECL格式文件,最后通过QuantyView3D系统读取该文件实现精细地质属性模型的展示。利用该方法对沿海某城市一个重点区域进行精细水文地质模型的构建,验证了其方法的可行性。

野外实测地质剖面教学实践与体会

野外实测地质剖面是野外地质实习的重要环节,具有以小组为单位、实践性强、工作程序严格等特点,是锻炼和培养学生的实际动手能力以及团队协作精神的重要课堂。教师根据教学目的和每一阶段的教学任务,采用多媒体教学与传统教学相结合、问题讨论、小组示范和练习等多种教学方法激发学生的求知欲,有利于培养本科学生的自学能力、实际动手能力和团队协作精神等综合素质。

工程地质数据处理方法探讨——以水利枢纽工程为例

以水利枢纽工程为例,通过分析工程地质的工作内容、工作流程和数据(信息)分析与处理流程,认为工程地质数据是一种典型的"大数据"。可以通过地质语义及数据库技术提高数据的有序性和共享性,通过地质语法、模式、CAD技术和三维可视化技术,提高二维地质制图的效率与规范化,提高工程区地上、地下地质结构的直观性与地质分析的洞察力;通过多传感器数据的融合与挖掘技术,提高地质监测分析与应用的深度与广度;通过网络技术提高协同工作的效率和数据共享的方便性;通过双C模式对工程地质数据及各种分析进行简洁有序的集成,从而对传统工程地质数据从采集到归档管理这一传统主流程进行信息化改造,达到促进行业信息化、数字化的目的。