暴雨型山洪灾害链监测预警研究与展望

暴雨型山洪及其链生过程是山区常见的致灾隐患,因其点多面广、成因复杂,加之相关过程常表现显著的突发性、局地性与隐蔽性等特点,增加了灾害早期识别与监测预警的难度。目前,山洪灾害链转化机理与监测预警研究是防灾减灾领域具有综合交叉特色的国际前沿与热点问题。为此,通过梳理暴雨型山洪灾害链国内外研究现状与趋势,分析了相关研究中亟需突破的关键科学与技术问题,并针对性提出了研究方向和研究展望。其中亟待突破的关键科学与技术问题有:如何揭示暴雨-洪水-滑坡(崩塌)-泥石流的同源链生转化机理,如何建立灾害链精准监测与稳定传输技术,如何构建灾害链预警指标体系与动态预警平台。建议研究方向为:暴雨型山洪灾害链致灾因子辨识研究,暴雨型山洪灾害链关键要素监测预警技术研发,山区小流域山洪灾害链监测预警平台研发,暴雨型山洪灾害链监测预警技术集成与示范。研究展望包括:突出多科学交叉、多手段融合,以“致灾因子辨识-关键技术研发-软件平台构建-集成应用示范”为研究主线,最终在灾害链驱动演化机理、精准监测与动态预警技术等方面取得突破和创新,预期成果可为提升山洪灾害链防御能力、推动生态可持续和流域高质量发展提供科技支撑。

利用表面波勘探检测沉管隧道压浆法的充填效果

基于天津中央大道海河沉管隧道工程的大型试验模型,利用表面波勘探技术检测其混凝土管段水下注浆基础的施工效果,从频率特性和现场环境等方面选择表面波勘探设备的类型和技术指标,优化检波器的设置和排列组合方式,开发了适合快速无损检测隧道的设备配置和施工方法.通过现场表面波勘探和频散分析,综合判断隧道底部注浆的密实效果,并与模型撤离后的目测结果进行比较,以验证该勘探技术和分析方法的可行性.结果表明,表面波勘探方法的穿透深度大且不受钢筋影响,能够快速、准确地检测沉管隧道的注浆质量.

多年冻土区路基调查中瞬态面波勘探方法应用研究

多年冻土地区铁路路基的振动与环境变化对路基稳定性的影响问题日益突出,为了评价这种影响引起的青藏铁路多年冻土区冻土的变化状况,首次应用了一种简便、高效、环保的瞬态面波勘探方法对其天然地表和典型结构路基及其下部多年冻土层进行了勘探。试验数据良好、频散特征显著,通过反演分析得到了青藏高原多年冻土地区天然地表和典型结构路基下部土体的剪切波速度剖面和多年冻土的分布。勘探结果表明,青藏铁路北麓河试验段勘探区内多年冻土上限一般为2m,层厚为20m左右,多年冻土层Vs平均为600m/s以上。该结果与该区地质钻探编录和钻孔波速测试结果较为一致,说明瞬态面波勘探在自然环境严峻的青藏高原多年冻土地区有着良好的适用性。

长周期地脉动观测在深部地层调查中的应用

对上海软土地区的长周期地脉动信号进行观测,采用傅里叶频谱分析及微动水平与垂直速度分量（H/V）频谱分析相关理论,分析地脉动信号的频谱稳定性及卓越频率的空间变化规律,通过反演分析得到沉积土层厚度及其横向变化规律,并与已知钻孔资料加以对比.结果表明：适宜在上海地区深入展开长周期地脉动测试,其长周期地脉动信号稳定;H/V频谱曲线峰值显著,并且在长周期范围内呈现出规律性的变化特征;上海地区软土层厚度为200~300 m.

中国沿海及内陆地区长周期脉动特征分析

地脉动台阵观测作为一种低成本的剪切波速度构造探测方法,预计将在中国地震灾害预防中起到重要作用。为了研究地脉动台阵观测中长周期信号的特征以及中国长周期地脉动的特点和适用性,开展了中国从沿海到内陆地区地脉动信号的观测和分析,探查由沿海到内陆地区地脉动的变化规律以及内陆地区广域的地脉动特征,发展适合于我国内陆地区的基于地脉动的地下构造勘探方法,在中国大陆上海市、西安市、天水市及兰州市进行了长周期地脉动观测。现场试验结果表明,上海地脉动特征与日本关东平原地区的观测结果类似,可以认为在海岸地区深部结构调查的地脉动台阵观测有良好的适用性。然而,西安、兰州、天水长周期地脉动能量只有上海的千分之一,因此需要进一步研究更加灵敏的仪器性能和更加稳定的观测方法。

钻孔成像中结构面自动判读技术研究

通过钻孔数字成像系统得到地质钻孔的孔壁数字图像并研判地下地质结构是一种重要的地质勘查手段。对钻孔成像中的结构面信息的判读通常是由人工完成的,不同的人判读结果可能存在差异。钻孔成像自动辨识结构面系统首先对图像进行RGB(red红,green绿,blue蓝)到HSV(hue色相,saturation饱和度,value明度)颜色空间的转换,使得结构面信息突出显示出来,以利于图像的结构面提取;再对转换后的S分量进行图像滤波及增强等预处理,然后对图像进行分割,对分割后的图像进行数学形态学中的二值图像边缘提取和细化处理,快速分离出结构面信息,对结构面边缘进行有效的提取;最后采用正弦曲线的Hough变换对图像边缘点进行识别,可得到钻孔结构面的产状和厚度参数。以实际钻孔数字图像为例,经过钻孔成像自动辨识结构面系统提取了其中的4个结构面的空间参数,与人工判读结果比较,自动辨识得到的参数更精确,结果具有唯一性。

关于沉积软岩固有各向异性特性的研究

利用开挖到地下50m深的试验隧洞所采集到的无风化、无扰动的式样,对东京地区常见的约2Ma前的沉积软岩(泥岩)变形特性以及强度特性进行了3方位的固有各向异性特性的研究。从室内三轴试验结果来看,现场水平方向的弹性模量和抗压强度要比垂直方向的弹性模量和抗压强度略大,但是,这种差别小于30％。因此可见,在这个地区的沉积软岩,并没有产生较大的变形以及强度各向异性特性。

微动勘探技术及其在土木工程中的应用

介绍阵列微动勘探这一新的勘探方法,并结合现场试验数据探讨该方法在土木工程地质调查领域中的应用。在土木工程、地震防灾等领域,地下的横波速度分布是一个重要物性参数,通常是通过钻孔,利用P-S波测井取得。这一方法虽然能获得较精确的速度值,但由于需要钻孔,成本高,费时长,而且对环境有一定的破坏作用。近年来在日本开发了一种新的勘探方法——阵列微动勘探(array microtremor survey),该方法通过布置于一定范围内的数台地震仪同步地记录微动信号,然后以平稳随机过程为理论依据,从微动信号中提取瑞雷面波的频散特性,最后通过对频散曲线反演来推测地下的横波速度分布。通过现场试验数据分析,探讨该方法在土木工程领域的应用可能性。试验结果表明,由微动勘探获得的地下横波速度模型与传统的P-S波测井结果整体上具有很好的一致性,虽然阵列微动勘探的分辨率差一些,但对于较厚的地层,求得的横波速度及界面深度有较高的精度。该方法与传统的利用钻孔的P-S波测井方法相比,施工简单、成本低、费时短、对环境无任何影响,特别适用于人口密集、交通繁忙的市区。如果该方法与钻孔相结合,可以通过少量钻孔快速、准确地把握地下的三维横波速度模型。

日本砂土地层中抽水试验测试系统及其应用

本文介绍了一种在日本建立的用于饱和砂土地层的全自动现场抽水试验测试系统以及进行现场抽水试验的一般过程，试验资料整理方法。该测试系统可用于地下水位观测数据的自动采集和实时监测，数据处理精度高、速度快，在实际工程中得到了广泛应用。