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直剪过程中砂岩渐进损伤及渗透演化的离散元模拟

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岩石力学与工程学报 2024年第S01期43卷 3161-3174页

作者：陈旭余飞阳汤明高肖义曾鹏钟志彬成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 成都理工大学环境与土木工程学院四川成都610059

为探究砂岩在直剪作用过程中的渐进损伤和渗透演化规律,在物理试验的基础上,采用离散元软件PFC^(2D)建立砂岩试样的颗粒流数值模型,开展4种不同法向应力条件下的直剪渗流数值模拟研究,讨论砂岩在直接剪切破坏过程中的细观裂纹扩展规律... 详细信息

为探究砂岩在直剪作用过程中的渐进损伤和渗透演化规律,在物理试验的基础上,采用离散元软件PFC^(2D)建立砂岩试样的颗粒流数值模型,开展4种不同法向应力条件下的直剪渗流数值模拟研究,讨论砂岩在直接剪切破坏过程中的细观裂纹扩展规律、能量耗散机制以及渗透率演化特征。结果表明:(1)直剪过程中,细观裂纹表现出由萌生、扩展、合并、连接、形核到最终形成宏观贯通剪切带的渐进特征,破坏产生的裂纹总数随着法向应力的增大而增加。(2)峰前阶段输入的总能量主要以颗粒间黏结键应变能的形式储存,峰后阶段耗散能快速增加,最终岩样破坏时的耗散能接近总能量的40%。(3)直剪作用下岩样渗透率的变化受控于内部优势渗流通道,渗透率的突增是剪切过程中“孔隙流”转化为“裂隙流”的表现。

关键词：岩石力学直剪试验渐进损伤渗透演化颗粒流离散元

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长江上游区域滑坡灾害生态风险评估

生态学报 2024年

作者：单云锋李为乐周胜森曲歌许强地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学) 应急管理部滑坡灾害风险预警与防控实验室

滑坡灾害对生态系统健康构成巨大威胁，滑坡灾害生态风险评估对于生态系统管理和风险防范至关重要。基于“概率损失”理论，提出了综合滑坡危险性、生态脆弱性和潜在损失的滑坡灾害生态风险评估框架，以长江上游地区为例，开展了实证研... 详细信息

滑坡灾害对生态系统健康构成巨大威胁，滑坡灾害生态风险评估对于生态系统管理和风险防范至关重要。基于“概率损失”理论，提出了综合滑坡危险性、生态脆弱性和潜在损失的滑坡灾害生态风险评估框架，以长江上游地区为例，开展了实证研究。通过随机森林模型进行滑坡危险性评估，采用景观指数进行生态脆弱性分析，并利用生态系统服务和人口空间数据表征潜在损失。结果表明：（1）研究区滑坡危险性等级主要为极低和低，占总面积的44%和14%；中等危险性区域占总面积的17%，主要分布在贵州省北部；高和极高危险性区域分别占总面积的17%和8%，主要分布在四川省雅安市、四川省巴中市至达州市一带及三峡库区。（2）高和极高等级生态脆弱性占总面积的40%，主要分布在四川盆地、云贵高原、三峡库区和黄土高原的平原和丘陵地区，潜在损失主要集中在三峡库区和横断山区，这些地区具有强大的生态系统服务功能，但在发生滑坡灾害时，潜在损失较高。（3）较高生态风险区域呈现局部聚集，占总面积的3.21%，主要集中在岷江、大渡河、长江流域地区；长江上游地区的高生态风险的成因和机制具有显著的空间异质性，人类活动对生态风险产生了较大的影响。

关键词：滑坡生态系统风险评估长江上游地区

反倾层状岩质边坡倾倒变形模式与宏观形变特征关系研究

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工程科学与技术 2024年第5期56卷 60-73页

作者：陈明浩郑光刘震东刘俊杰陆会燕地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学) 四川成都610059 成都理工大学环境与土木工程学院四川成都610059

随着中国建设工程不断向西南地区发展,一系列地质灾害问题日益凸显,许多学者利用InSAR遥感技术在该地区开展早期识别研究卓有成效,但研究却仅限于地表宏观形变的识别与判定,无法明确斜坡内部破裂与表层宏观形变间的对应关系。加之西南... 详细信息

随着中国建设工程不断向西南地区发展,一系列地质灾害问题日益凸显,许多学者利用InSAR遥感技术在该地区开展早期识别研究卓有成效,但研究却仅限于地表宏观形变的识别与判定,无法明确斜坡内部破裂与表层宏观形变间的对应关系。加之西南地区复杂地质构造作用,产生了许多高隐蔽、难预测的反倾层状岩质边坡,使得InSAR遥感早期识别遇到了又一难题。因此,本文通过开展大型土工离心试验,分析斜坡弯曲-倾倒变形阶段,结合图像分析技术,建立起斜坡倾倒变形模式与表层宏观形变特征之间的耦合关系,并利用原型边坡的InSAR解译和实地调查结果,反向推断边坡所处阶段,将斜坡变形阶段可视化,为此类斜坡变形的识别和防控提供技术支撑。研究表明:1)反倾层状岩质边坡弯曲倾倒破坏主要分为初始蠕变、坡脚倾倒-弯曲、变形累进以及折断带贯通4个阶段。倾倒破坏往往始于坡脚,而后向斜坡中上部发展,伴随阶梯状破裂面的发育贯通,斜坡被整体破坏;2)对试验图像识别分析,获取深部与表层的速率变化,建立二者的对应耦合关系。发现在倾倒变形不同阶段,大变形区域(表层关键裂缝)遵循从下至上的发展规律,依次是坡脚附近—坡前中部—陡缓交界处;且陡缓交界处岩板的变形速率曲线在倾倒变形启动、内部折断带贯通阶段存在两次明显的峰值现象;3)选用扎永变形体的In-SAR解译结果与试验结果进行对照,并通过现场复核,初步判断该变形体正处于变形累进阶段。

关键词：反倾层状岩质边坡离心模型试验早期识别宏观形变特征

基于NbS结构的黄土填方边坡降雨物理模型试验

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工程科学与技术 2024年第5期56卷 24-34页

作者：杨帆李明俐王徐吴鄂王峰吕剑四川省地质环境调查研究中心四川成都610036 四川省华地建设工程有限责任公司四川成都610036 四川省地质灾害防治工程技术研究中心四川成都610036 成都理工大学地质灾害与环境保护国家重点实验室四川成都610054

黄土高原地区,在“平山造城”“固沟保塬”“治沟造地”等计划开展过程中产生了大量的填方工程边坡,存在着巨大的地质灾害隐患。为了对黄土高原地区填方边坡治理提供新的解决思路,本文将黄土-古土壤层状自稳结构引入黄土填方边坡的灾变... 详细信息

黄土高原地区,在“平山造城”“固沟保塬”“治沟造地”等计划开展过程中产生了大量的填方工程边坡,存在着巨大的地质灾害隐患。为了对黄土高原地区填方边坡治理提供新的解决思路,本文将黄土-古土壤层状自稳结构引入黄土填方边坡的灾变防控中,利用生石灰以及改性纤维素对黄土进行改良,提出了基于自然的解决方案(natural-based solutions,NbS)理念的黄土填方边坡控水结构,并开展人工降雨物理模拟实验,探究了有无控水结构下填方边坡渗流场、应力场和形变场变化规律、低渗场性质对边坡的影响,最终得出边坡失稳破坏模式。结果表明:1)改良黄土具有良好的工程性质,与重塑黄土相比,其液限、塑限均提高,抗剪强度增强,饱和渗透系数大幅下降,其中,改性纤维素改良黄土渗透系数降低88.59%,石灰改良黄土渗透系数降低95.18%,有控水结构边坡水分运移速度较慢,低渗层起到了良好的隔水效果;2)抗侵蚀面层的存在提高了边坡的抗侵蚀能力,有控水结构坡面的侵蚀量仅为无控水结构的28.43%;3)有控水结构边坡变形破坏模式为渐进式剪切滑移失稳,无控水结构边坡变形破坏模式为突发式溃散流滑破坏。本研究成果可为黄土高原地区填方边坡的生态治理及灾变防控工作提供理论参考。

关键词：黄土填方边坡黄土-古土壤基于自然的解决方案NbS理念物理模型试验控水结构

“三查”体系在高植被山区地质灾害隐患识别与监测中的应用——以四川省乐山市为例

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自然资源遥感 2024年

作者：周胜森李为乐陆会燕任娟付豪李雪清王新程李雨森韦春豪成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川省国土空间生态修复与地质灾害防治研究院

自天-空-地一体化的“三查”体系提出以来,地质灾害隐患识别与监测示范性工作取得显著成效。乐山市是示范区中的地质灾害重点防治区,高植被覆盖率和集中降雨导致地质灾害具有高位隐蔽和突发性,目前还没有对乐山市地质灾害隐患进行识别... 详细信息

自天-空-地一体化的“三查”体系提出以来,地质灾害隐患识别与监测示范性工作取得显著成效。乐山市是示范区中的地质灾害重点防治区,高植被覆盖率和集中降雨导致地质灾害具有高位隐蔽和突发性,目前还没有对乐山市地质灾害隐患进行识别和监测。以乐山市为研究区,采用天-空-地一体化的“三查”技术体系为指导,开展高植被山区地质灾害隐患识别与监测应用研究。主要得出以下结论:(1)研究区共识别地质灾害隐患75处,通过现场核查确认地质灾害隐患解译数为51处,识别准确率为68%,新识别隐患点为36处;(2)地质灾害隐患主要集中分布在2个区域,集中区内识别地质灾害隐患37处,占研究区地质灾害隐患的72.5%;(3)斜坡不同变形阶段的对应识别技术:Stacking-InSAR可以作为斜坡初始变形阶段的地质灾害识别手段;斜坡处于显著变形阶段且在InSAR探测能力范围内时,Stacking-InSAR、高分辨率光学卫星影像、LiDAR均能作为地质灾害识别的技术手段;(4)在高植被覆盖的山区,可利用Li DAR技术去除地表植被的影响,结合一定的专家经验开展地质灾害隐患识别工作;(5)目前,利用遥感手段很难对“非显性地质灾害隐患”进行有效识别。

关键词：地质灾害隐患高植被山区 “三查”体系识别与监测乐山市

甘肃积石山地震液化型泥流特征、成因及其对黄河上游盆地地震次生灾害风险评估的启示

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西北地质 2024年第2期57卷 220-229页

作者：刘港贾俊张戈洪勃董英裴赢薛强高波自然资源部黄土地质灾害重点实验室中国地质调查局西安地质调查中心陕西西安710119 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都理工大学四川成都610059

北京时间2023年12月18日23点59分30秒,甘肃省临夏州积石山县发生Ms 6.2级浅源地震,地震在青海省民和县中川乡诱发了一处同震特大型规模泥流灾害,造成了特大型灾难事件的发生。笔者采用现场调查、无人机摄影测量、现场取样及室内测试等... 详细信息

北京时间2023年12月18日23点59分30秒,甘肃省临夏州积石山县发生Ms 6.2级浅源地震,地震在青海省民和县中川乡诱发了一处同震特大型规模泥流灾害,造成了特大型灾难事件的发生。笔者采用现场调查、无人机摄影测量、现场取样及室内测试等研究方法对此次泥流灾害发育特征及成因进行分析。结果表明:①该泥流具有典型沟谷型泥石流平面特征,形成区、流通区和堆积区分界明显,泥流主要物源为山前洪积粉质黏土。②地震、降雪消融、农田冬灌、低温冻结,为泥流提供了初始动力并抬升了局部地下水位,是该泥流灾害的主要诱因;地形坡度、地层岩性,为泥流提供了后续运动势能和振动液化条件,是该泥流灾害的内因。③泥流运移过程中存在侧向和底部铲刮效应,尤其在3处流向改变区侧向铲刮、局部堆积显著,最终快速流入沟口金田村和草滩村。分析结果可为官亭盆地乃至黄河上游沉积盆地地震次生灾害风险评价工作提供思路与理论依据。

关键词：积石山地震振动液化雪融冬灌粉质黏土泥流灾害

基于响应面法的地热钻采碳纳米管复合水泥基材料的研究

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硅酸盐通报 2024年第2期43卷 495-508页

作者：向杰王胜李玉杰王文杰成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都610059

针对现有导热固井水泥存在的性能不足问题,本文研制了一种新型地热钻采碳纳米管复合水泥基材料(CNTs-CC)。首先,选用石墨、氮化硅作为主要导热填料,硅微粉作为热稳定材料,碳纳米管作为协同增强填料,初步研制出纳米复合水泥材料基础液;其... 详细信息

针对现有导热固井水泥存在的性能不足问题,本文研制了一种新型地热钻采碳纳米管复合水泥基材料(CNTs-CC)。首先,选用石墨、氮化硅作为主要导热填料,硅微粉作为热稳定材料,碳纳米管作为协同增强填料,初步研制出纳米复合水泥材料基础液;其次,基于响应曲面法Box-Behnken试验设计,开展17组配比优化试验,构建了以2 d抗压强度和导热系数为响应指标的二次多项式预测模型,结合方差分析和响应曲面考察了各因素对响应指标的影响,并得到胶凝材料最优配比;最后,对复合水泥基材料的工程性能进行评估,并结合XRD与SEM研究了材料的水化机理。结果表明:复合水泥基材料的导热性能与抗压强度受多因素交互作用影响,其中早强剂与减水剂交互影响显著;CNTs-CC水泥石28 d抗压强度达8.15 MPa,导热系数为2.236 W/(m·K);导热填料不参与水化过程,碳纳米管粉可发挥“填充”及“桥连”效应,外加剂调控水化进程。

关键词：地热钻采水泥基材料石墨氮化硅碳纳米管响应曲面水化

基于“三查”体系的丹巴县滑坡隐患早期识别与监测

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第5期49卷 734-746页

作者：付豪李为乐陆会燕许强董秀军郭晨谢毅王栋刘刚马志刚成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 四川省国土空间生态修复与地质灾害防治研究院四川成都610081 中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031

针对高位隐蔽性滑坡隐患传统地面调查手段难以识别的问题,笔者所在团队提出了天-空-地协同的滑坡隐患识别与监测“三查”体系,并已在全国范围进行工程化应用,取得了较好的成效,但相关工作的学术报道较少。以滑坡灾害频发的大渡河流域丹... 详细信息

针对高位隐蔽性滑坡隐患传统地面调查手段难以识别的问题,笔者所在团队提出了天-空-地协同的滑坡隐患识别与监测“三查”体系,并已在全国范围进行工程化应用,取得了较好的成效,但相关工作的学术报道较少。以滑坡灾害频发的大渡河流域丹巴县段为研究区,开展基于“三查”体系的滑坡隐患识别与监测具体实践。首先利用干涉图堆叠技术(stacking-interferometric synthetic aperture radar,Stacking-InSAR)和小基线集InSAR(small baseline subsets-InSAR,SBAS-InSAR)两种InSAR技术结合高分辨率光学遥感实现整个实验区活动滑坡隐患的广域普查,并对比分析Stacking-InSAR和SBAS-InSAR的识别结果;随后利用机载激光雷达测量技术和无人机航空摄影测量技术对丹巴县城周边高风险区段滑坡隐患进行详查,进一步通过现场调查实现重大滑坡隐患的核查,最后利用SBAS-InSAR技术对典型滑坡隐患形变进行监测分析。协同利用天-空-地观测手段在研究区共探测到滑坡隐患41处,主要为大型古老滑坡堆积体在长期重力作用、河流冲刷和人类工程活动等因素扰动下产生的局部复活,大部分滑坡隐患形变演化趋势与季节性降雨有较好的相关性。

关键词：滑坡隐患识别与监测 “三查”体系合成孔径雷达干涉测量机载激光雷达测量丹巴县

基于岩石CT扫描的冻融作用对花岗岩细观结构及力学强度影响研究

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地质力学学报 2024年第3期30卷 462-472页

作者：侯圣山何箫孟宪森陈亮冯振刘明学李昂郭长宝吉锋中国地质环境监测院北京100081 自然资源部四川雅安地质灾害野外科学观测研究站四川雅安625099 自然资源部地质灾害智能监测与风险预警工程技术创新中心北京100081 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 中国地质科学院地质力学研究所北京100081

近年来随着西部地区的基础工程建设数量及规模不断增加,西部高原地区的季节性冻融循环效应的影响也随之增强,开展冻融循环作用下岩石细观特性及强度劣化性质研究对指导西部寒区基础工程建设至关重要。首先在偏光显微镜下对岩石薄片进行... 详细信息

近年来随着西部地区的基础工程建设数量及规模不断增加,西部高原地区的季节性冻融循环效应的影响也随之增强,开展冻融循环作用下岩石细观特性及强度劣化性质研究对指导西部寒区基础工程建设至关重要。首先在偏光显微镜下对岩石薄片进行观察,获取岩石的矿物成分和微结构;接着利用CT扫描技术,对冻融后的花岗岩进行扫描,对扫描图层利用阈值分割进行二值化处理,堆叠得到样品内外结构的高分辨3D数据及影像;结合分形理论计算图像计盒维数并由此对图像复杂度做出量化判断,由此对冻融循环对花岗岩内部结构演化分布特点进行分析;进而揭示其强度演化规律,探究结构演化与强度之间的关系。偏光显微镜下,岩石呈块状构造,具有似斑状粗粒不等粒花岗结构,局部见交代蠕虫结构。似斑晶矿物主要为碱性长石;其他矿物粒径0.25~4.0 mm为主,矿物成分主要为石英、斜长石、碱性长石,次要矿物为黑云母、绿帘石,副矿物有磷灰石、锆石、黄铁矿等,镜下鉴定为似斑状粗粒不等粒黑云二长花岗岩。CT扫描显示,冻融循环效应在影响花岗岩细观结构时,会导致花岗岩内部孔隙率的整体上升,但岩石渗透性变化不大,岩石渗透率仅上升0.003×10^(-3)μm^(2);内部孔隙发育不均匀,试样整体结构改变以萌生较多新的微孔隙为主。冻融循环后岩石内部结构复杂度有所下降,但岩石整体完整性仍然较好,分形维数仍保持在较高水平。分形研究显示,20次冻融循环并未导致花岗岩的结构复杂度发生较大变化,同时试样整体力学特性出现下降,黏性增加以及长期强度出现较大幅度的衰减,进入蠕变试验阶段的应变阈值提高。在评价此类原生结构较致密的岩石的安全性时,仅从结构上进行考量与实际情况往往会出现偏差,应结合必要的强度指标综合评估。岩石在经历冻融循环后,在强度更低的同时会发生更大的变形。该研究可为分形理论在岩石细观结构演化方面的应用及岩石细观结构与强度演化相关研究提供借鉴,并对高寒地区工程施工有指导意义。

关键词：冻融循环阈值分割 CT模型分形维数结构演化长期强度