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考虑形貌特征和级配影响的钙质砂压缩破碎力学特性研究

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工程地质学报 2021年第6期29卷 1700-1710页

作者：田朝阳兰恒星刘鑫长安大学地质工程与测绘学院西安710054 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101

针对岛礁大型构筑物修建过程中由于高应力而导致作为地基材料的钙质砂发生破碎,进而引发地基沉降变形问题。本文采用高压固结仪对钙质砂开展了一系列终止压力为16MPa的侧限压缩试验,研究了高应力水平下钙质砂的压缩破碎特性。同时基于... 详细信息

针对岛礁大型构筑物修建过程中由于高应力而导致作为地基材料的钙质砂发生破碎,进而引发地基沉降变形问题。本文采用高压固结仪对钙质砂开展了一系列终止压力为16MPa的侧限压缩试验,研究了高应力水平下钙质砂的压缩破碎特性。同时基于显微图像采集和处理技术对钙质砂颗粒的形状参数(圆度和完整度)进行了定量化表征,研究了钙质砂的形状分布规律。最终分别探讨了级配特征(如平均粒径、不均匀系数)、形貌特征等因素对钙质砂压缩和破碎特性的影响。结果表明:随着平均粒径的增大,钙质砂颗粒的形状不规则程度逐渐增加,其棱角也越发育。随着竖向应力的增大,在e-log p平面内,不同粒径钙质砂的压缩曲线逐渐会聚并相交于一条直线,初始粒径对其压缩特性的影响逐渐减小以致消失。而不同级配钙质砂的压缩曲线也发生会聚,但未相交于一条直线。当试样的不均匀系数(C_(u))相近时,其压缩破碎量随着平均粒径(d_(50))的增大而逐渐增加,当试样的d_(50)相近时,其压缩破碎量随着C_(u)增大而逐渐减小。上述研究成果将对南海岛礁大型工程建设提供重要科学依据。

关键词：钙质砂高应力颗粒破碎形状级配

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岩体多尺度异质性及其力学行为

工程地质学报 2022年第1期30卷 37-52页

作者：兰恒星包含孙巍锋刘世杰长安大学地质工程与测绘学院西安710064 长安大学公路学院西安710064 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101

异质性是岩体的重要属性之一,从岩体的物质组成到结构特征,再到微宏观力学行为表现,异质性现象普遍存在。本文在梳理已有研究成果的基础上,从岩体的细微观异质性、结构面异质性和宏观异质性3个不同的尺度,对异质性的产生原因、表现特征... 详细信息

异质性是岩体的重要属性之一,从岩体的物质组成到结构特征,再到微宏观力学行为表现,异质性现象普遍存在。本文在梳理已有研究成果的基础上,从岩体的细微观异质性、结构面异质性和宏观异质性3个不同的尺度,对异质性的产生原因、表现特征、力学效应和时空演化规律等进行阐述,并介绍了相关研究方法以及异质性在不同尺度上的差异表现。岩体异质性的研究,是岩体工程地质力学理论体系的延伸,而多尺度的研究方法也成为全面揭示岩体变形破坏机制的一种有效手段。

关键词：岩体异质性多尺度微观异质性结构面异质性宏观异质性

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岩体结构效应与长远程滑坡动力学

工程地质学报 2019年第1期27卷 108-122页

作者：兰恒星仉义星伍宇明中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 长安大学地质工程与测绘学院西安710054 中国科学院大学北京100049

岩体结构是岩体的固有属性。结构面和结构体是岩体结构的组成单元,当岩体发生形变时,这些单元会起到控制作用(谷德振,1979)。长远程岩质滑坡中岩体结构单元往往伴随着整个滑坡运动的过程,这是由于岩体内在的结构控制着岩体变形、破坏的... 详细信息

岩体结构是岩体的固有属性。结构面和结构体是岩体结构的组成单元,当岩体发生形变时,这些单元会起到控制作用(谷德振,1979)。长远程岩质滑坡中岩体结构单元往往伴随着整个滑坡运动的过程,这是由于岩体内在的结构控制着岩体变形、破坏的机制与运动方式。虽然目前存在多种关于长远程滑坡的理论假设和基于各种理论假设的实现模型,然而这些模型的大多忽略了岩体结构效应这一本质问题。本文在系统总结了目前已有长远程滑坡理论和模型的基础上,讨论了长远程岩质滑坡动力学关键参数,动力学机制和动力学过程模型中的关键岩体结构效应问题,提出了考虑岩体结构效应的滑坡动力学可能的研究方向。

关键词：岩体结构效应长远程滑坡动力学参数动力学机制动力学模型

大型滑坡坝溃决对下游河谷坡岸的影响分析——以白格滑坡下游50 km内的河谷边坡为例

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山地学报 2021年第2期39卷 226-237页

作者：刘青王伟高星兰恒星中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室中国科学院大学

堰塞湖的泄流会对下游河谷边坡造成严重的冲刷,对下游居民的生产生活及基础设施的安全造成威胁。为了研究堰塞湖泄流对下游河谷边坡的影响,选取了具有足够代表性的金沙江白格滑坡下游一定范围(50 km)的河谷边坡为代表区域,将遥感信息提... 详细信息

堰塞湖的泄流会对下游河谷边坡造成严重的冲刷,对下游居民的生产生活及基础设施的安全造成威胁。为了研究堰塞湖泄流对下游河谷边坡的影响,选取了具有足够代表性的金沙江白格滑坡下游一定范围(50 km)的河谷边坡为代表区域,将遥感信息提取技术、GIS技术与空间分析等方法相结合,定量地研究了堰塞湖泄流对河谷边坡的影响;并综合考虑了河流形态发育中的重要影响因素,从地形、地貌和地质三个方面分析了不同影响因素对冲刷效果的影响。结果表明:(1)冲刷面积在河流弯曲度较大的地方普遍较大;(2)坡度与冲刷面积呈幂律分布,且在坡度35°～40°范围内冲刷作用最强;(3)地质岩性对冲刷面积的影响作用显著,受风化作用影响,花岗岩分布的区域相较于大理岩冲刷面积普遍较大;(4)在当前研究的尺度和精度下,地貌要素与冲刷面积具有一定的相关关系。本研究成果可对该区域滑坡灾害的预防以及大型工程选址建设提供参考。

关键词：堰塞湖泄流河谷边坡相关性分析金沙江白格滑坡

人工神经网络和决策树模型在滑坡易发性分析中的性能对比

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地球信息科学学报 2020年第12期22卷 2304-2316页

作者：田乃满兰恒星伍宇明李郎平中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 长安大学地质工程与测绘学院西安710054 中国科学院大学北京100049

机器学习模型广泛应用于区域性滑坡易发性分析。模型的选择关系到评价结果的可信度、准确率和稳定性。现有滑坡易发性分析模型对比研究侧重模型的预测精度。模型的稳定性和数据量敏感性对机器学习模型的性能评估同样非常重要。本文以福... 详细信息

机器学习模型广泛应用于区域性滑坡易发性分析。模型的选择关系到评价结果的可信度、准确率和稳定性。现有滑坡易发性分析模型对比研究侧重模型的预测精度。模型的稳定性和数据量敏感性对机器学习模型的性能评估同样非常重要。本文以福建省南平市蔡源流域为研究区,以四川省绵阳市北川县为验证区,从预测精度、稳定性和数据量敏感性3个方面深入对比BP(Back Propagation)人工神经网络模型和CART(Classification and Regression Tree)决策树模型在滑坡易发性分析中的效果,主要结论如下:①在逐渐增加一定数量训练样本的过程中,BP人工神经网络模型预测精度的增长率更高。在蔡源流域内,当训练样本数量增加10000时,BP人工神经网络模型的预测精度上升5.22%,CART决策树模型的预测精度上升2.11%。②BP人工神经网络的预测精度高于CART决策树模型,且较为稳定。在100组数据集上,BP人工神经网络模型验证集预测精度的均值和验证集滑坡样本预测精度的均值分别为81.60%和84.86%,高于CART决策树模型的72.97%和76.59%。与此同时,BP人工神经网络模型对应预测精度的标准差分别是0.32%和0.37%,小于CART决策树模型的0.35%和0.67%。③BP人工神经网络模型分析的滑坡易发区相比CART决策树模型,更接近实际滑坡的空间分布。最后,北川县的验证实验也出现了相同的现象。

关键词：滑坡易发性分析人工神经网络模型决策树模型模型对比预测精度稳定性数据量敏感性

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金坛盐穴天然气储库区地表变形PSI监测

岩石力学与工程学报 2012年第9期31卷 1821-1829页

作者：李郎平兰恒星李晓孟云闪陈雨中国科学院地理科学与资源研究所资源环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院工程地质力学重点实验室北京100029

地面沉降监测对天然气地下储气库安全有效运行具有重要意义。由于盐穴空间分布和应力环境周期性改变的特点,盐穴储库区地面变形具有空间差异性和时间波动性。因而,利用监测时空密度较高的技术才能全面细致地反映盐穴储库区地面变形的时... 详细信息

地面沉降监测对天然气地下储气库安全有效运行具有重要意义。由于盐穴空间分布和应力环境周期性改变的特点,盐穴储库区地面变形具有空间差异性和时间波动性。因而,利用监测时空密度较高的技术才能全面细致地反映盐穴储库区地面变形的时空特征。基于永久散射体雷达干涉测量(PSI)技术,利用PALSAR数据,对金坛盐穴天然气储库区在2007～2010年的地面变形进行监测。与地面GPS监测结果的对比表明,PSI监测在变形的总体趋势和非线性过程方面都具有较高精度,并且监测的空间范围更广、空间密度和时间密度更高。储库区地面变形显示明显的空间差异,沉降高值区与人类工程活动强烈的区域对应。同时,监测时间段内的储库区非线性变形过程可以被划分为3个沉降阶段和2个抬升阶段。但是因为相关资料的缺乏,这种沉降和抬升的交替现象是否与各时段的人类活动特征有关,还有待进一步研究。

关键词：岩石力学金坛天然气储库区地表变形永久散射体雷达干涉测量 PALSAR数据

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石窟寺典型工程地质变形破坏模式及分类体系

地球科学 2022年第12期47卷 4710-4723页

作者：刘世杰兰恒星包含彭建兵长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 生态地质与灾害防控自然资源部重点实验室陕西西安710054 长安大学公路学院陕西西安710054

石窟寺是宝贵的石质文物,但在复杂的赋存环境、长期的侵蚀风化以及人类活动的影响下产生了多种变形破坏问题.详细的破坏分类体系是石窟寺病害表征、解释、分级和预测的基础,而目前尚未有针对石窟变形破坏的综合分类方法.分析了川渝、陇... 详细信息

石窟寺是宝贵的石质文物,但在复杂的赋存环境、长期的侵蚀风化以及人类活动的影响下产生了多种变形破坏问题.详细的破坏分类体系是石窟寺病害表征、解释、分级和预测的基础,而目前尚未有针对石窟变形破坏的综合分类方法.分析了川渝、陇东地区代表性石窟的工程地质条件和变形破坏特性,将石窟的变形破坏类型分为工程地质成因型和工程地质力学型,建立了2大类、6亚类、24种破坏现象的综合分类体系.采用工程地质类比法对比了石窟变形破坏及诱发机制的南北差异.陇东石窟因卸荷产生的变形破坏更多,而微环境扰动带来的变形破坏在川渝石窟更突出.在微环境扰动下,川渝石窟的破坏响应以鳞片状剥落破坏为主,而陇东石窟以渔网状剥蚀破坏为主.

关键词：石窟寺工程地质力学破坏现象分类体系砂岩微环境

考虑各向异性形貌特征的岩体结构面刚度计算模型

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交通运输工程学报 2022年第2期22卷 160-175页

作者：包含胥勋辉兰恒星晏长根许江波刘长青长安大学公路学院陕西西安710064 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054

为了实现岩体结构面切向刚度和法向刚度的便捷化精准取值,准确分析结构面变形行为特征,以关山隧道闪长岩结构面为例,对结构面形貌信息进行数字化提取,应用3D打印技术制作结构面试样,开展单轴压缩与各向异性直剪试验,提出了各向异性新形... 详细信息

为了实现岩体结构面切向刚度和法向刚度的便捷化精准取值,准确分析结构面变形行为特征,以关山隧道闪长岩结构面为例,对结构面形貌信息进行数字化提取,应用3D打印技术制作结构面试样,开展单轴压缩与各向异性直剪试验,提出了各向异性新形貌参数,建立了结构面切向刚度与法向刚度计算新模型。研究结果表明:新形貌参数综合考虑了结构面起伏体上坡段的爬坡角与爬坡高度,有利于反映结构面形貌的各向异性特征,并且同一方向上结构面剖面线的形貌参数服从对数正态概率分布;在物理模型力学试验的基础上,结合结构面形貌参数、结构面壁面强度和法向应力构建的结构面切向刚度计算新模型,不仅降低了计算参数的获取难度,还可以更好地体现结构面切向变形能力的各向异性;改进的双曲函数法向刚度计算模型考虑了结构面初始法向刚度和最大法向闭合量与结构面壁面强度之间的量化关系,避免了复杂的力学测试,简化了法向刚度的获取过程;通过与经典计算模型和力学试验结果进行对比,发现采用新模型计算的刚度更为接近试验值,其中切向刚度与试验值的平均相对误差为2.09%~27.88%,法向刚度与试验值的平均相对误差为3.25%~17.25%,表明结构面切向刚度和法向刚度计算新模型可以更准确和便捷地获取结构面变形参数。

关键词：岩土工程切向与法向刚度模型试验刚度计算模型岩体结构面形貌参数

石窟寺多尺度岩体结构发育特征与三维精细化建模方法研究—以安岳圆觉洞为例

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工程地质学报 2023年

作者：刘长青包含兰恒星吕洪涛尹培杰李黎刘建辉陈卫昌中国科学院地理科学与资源研究所长安大学公路学院中国文化遗产研究院

石窟寺岩体中发育的结构面尺度多变、分布复杂，对石窟寺长期稳定性造成严重威胁。以安岳圆觉洞为例，由无人机、三维激光扫描仪、探地雷达、相机及人工调查统计形成一套综合探测方法，对石窟寺多尺度结构面参数与空间分布特征开展了系... 详细信息

石窟寺岩体中发育的结构面尺度多变、分布复杂，对石窟寺长期稳定性造成严重威胁。以安岳圆觉洞为例，由无人机、三维激光扫描仪、探地雷达、相机及人工调查统计形成一套综合探测方法，对石窟寺多尺度结构面参数与空间分布特征开展了系统的分析。结果表明，石窟寺以长大尺度的卸荷裂隙和层理以及中、小尺度的次生风化裂隙为主，洞窟顶板表面与内部的结构面数量均呈现出北侧多于南侧的空间差异性分布特征。分区统计显示顶板结构面的产状符合Fisher分布，不同尺度的结构面均存在有近NW330°的优势走向，具有一致性的发育规律；而结构面的迹长、间距、深度主要服从负指数或对数正态分布。在此基础上，融合Agisoft Metashape—Cloudcompare—Geomagic Studio—HyperMesh—3DEC多软件处理的方法，提出一种针对石窟寺多源结构面信息的三维建模技术，得到了石窟寺岩体结构面数字化分布信息。本文可为石窟寺关键块体和整体稳定性的分析以及加固方案的制定提供依据。

关键词：石窟寺岩体结构无损探测三维重构离散裂隙网络模拟