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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

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冷竹关沟高陡斜坡地震动响应特征

地震学报 2024年第3期46卷 502-513页

作者：唐涛王运生吴昊宸刘世成冯卓詹明斌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 成都理工大学环境与土木工程学院成都610059

四川省泸定县冷竹关沟两岸属于高陡斜坡,距2022年5月20日汉源M_(S)4.8地震震中52 km。基于冷竹关沟监测剖面上安置的4台强震仪对汉源M_(S)4.8地震的监测数据,分析了高陡斜坡上的地震波响应规律,并与前人研究成果对比,结果显示:(1)斜坡... 详细信息

四川省泸定县冷竹关沟两岸属于高陡斜坡,距2022年5月20日汉源M_(S)4.8地震震中52 km。基于冷竹关沟监测剖面上安置的4台强震仪对汉源M_(S)4.8地震的监测数据,分析了高陡斜坡上的地震波响应规律,并与前人研究成果对比,结果显示:(1)斜坡对此次地震的地震波放大效应在水平南北向最为显著,右岸半岛状山梁处的放大作用强于左岸浑厚山体,且随着高程的增加场地的放大作用逐渐增大;(2)斜坡右岸的地震动卓越频率为2—6 Hz,左岸主要分布在7—13 Hz,冷竹关沟高陡斜坡的地震动卓越频率在半岛状山梁部位以特低频为主,在浑厚山体斜坡以中低频为主,在未来可能发生的地震中,斜坡更容易与卓越频率在此范围内的地震动记录发生共振作用,以致坡体地震动响应强烈;(3)冷竹关沟高陡斜坡存在地震波背坡效应,同时该处斜坡对地震波的放大效应还受到微地形的控制,地震波在右岸坡顶凸起地形处能量最为强烈,右岸斜坡坡顶在地震波经过时更容易发生崩塌等次生灾害。

关键词：汉源M_(S)4.8地震冷竹关沟放大效应斜坡地震动深切峡谷

青川刨地里地震滑坡发育特征及其成因机制探讨

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地震学报 2024年第3期46卷 514-525页

作者：李均益罗永红周赞南凯成都理工大学环境与土木工程学院成都610059 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

以“5·12”汶川地震诱发的青川县刨地里滑坡为例,现场调查了滑坡的地质特征,并基于离散元软件(UDEC)分析了1号滑坡动力响应及变形破坏过程,探讨了滑坡的成因机制。现场调查表明,刨地里1号滑坡具有近水平“上硬下软”的地层结构,其中石... 详细信息

以“5·12”汶川地震诱发的青川县刨地里滑坡为例,现场调查了滑坡的地质特征,并基于离散元软件(UDEC)分析了1号滑坡动力响应及变形破坏过程,探讨了滑坡的成因机制。现场调查表明,刨地里1号滑坡具有近水平“上硬下软”的地层结构,其中石坎断层穿过了滑坡后缘;滑坡堆积体的岩性分带特征表明,刨地里1号滑坡下部千枚岩先于上部硅质岩被破坏,且破坏时间早于2号和3号滑坡;数值模拟研究揭示,峰值加速度放大效应在断层带附近的千枚岩内最强,其放大系数达6.79,导致下层千枚岩首先沿陡倾面产生拉裂破坏,随后上层硅质岩体产生拉裂破坏,结果与现场调查堆积物特征较吻合;断层和上硬下软的地层结构对刨地里滑坡动力响应、变形及破坏起到了控制作用。该研究可为上硬下软且含断层的地震滑坡的评价提供参考。

关键词： “5·12”汶川地震地震滑坡上硬下软地层石坎断层成因机制

CO_(2)增强页岩气开采及地质埋存的三维数值模拟

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天然气工业 2024年第4期44卷 104-114页

作者：赵鹏朱海燕张丰收地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室·成都理工大学油气藏地质及开发工程全国重点实验室·成都理工大学成都理工大学能源学院同济大学土木工程学院

将CO_(2)注入页岩储层中,既可以提高气藏天然气采收率,又可以达到CO_(2)地质埋存的目的,是实现减少碳排放的有效途径之一。页岩储层非均质性强,将CO_(2)注入页岩储层后,储层纵向非均质性对于CO_(2)增强CH_(4)开采效果的影响机理研究还... 详细信息

将CO_(2)注入页岩储层中,既可以提高气藏天然气采收率,又可以达到CO_(2)地质埋存的目的,是实现减少碳排放的有效途径之一。页岩储层非均质性强,将CO_(2)注入页岩储层后,储层纵向非均质性对于CO_(2)增强CH_(4)开采效果的影响机理研究还存在不足。为此以四川盆地上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩储层为对象,以考虑CO_(2)和CH_(4)竞争吸附的热—流—固多场耦合数值模拟方法为基础,建立了页岩非均质储层CO_(2)增强CH_(4)开采及地质埋存一体化三维数值模型,最后通过CO_(2)驱替CH_(4)室内实验结果验证该数值模拟方法的可靠性。研究结果表明:①当注入井所在层位保持不变时,随着开采井埋深增加,各小层内CH_(4)剩余量呈增加趋势,CO_(2)埋存量表现出逐渐减小的趋势;②当开采井所在层位保持不变时,各小层内CH_(4)的剩余量随注入井埋深的增加而减小,各小层内CO_(2)的埋存量随注采井纵向间距的增加而提高;③增加注采井纵向距离能够提高CH_(4)增产量和CO_(2)埋存量。结论认为,页岩对CO_(2)和CH_(4)有较强的竞争吸附特性,相关过程是一个复杂的热—流—固耦合过程,该基础理论模拟研究对注CO_(2)置换CH_(4)提高页岩气采收率并实现碳封存具有现实意义,且研究认识对今后相关技术的现场应用提供了理论支撑。

关键词： CO_(2)增强页岩气开采 CO_(2)地质埋存储层非均质性热—流—固多场耦合三维模型

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“6.1”芦山地震作用下宝兴新华村滑坡动力响应与失稳过程离散元模拟

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地质科技通报 2024年第2期43卷 226-237页

作者：周赞罗永红南凯李均益马潇成都理工大学环境与土木工程学院成都610059 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

斜坡浅表层是各类地震地质灾害发育的潜在破坏位置,坡面形态和坡体结构往往造成斜坡动力响应及破坏的复杂化。为探究不稳定斜坡浅表潜在滑动层动力响应特征与失稳过程,以芦山M_(s)6.1级地震触发的新华村滑坡为例,基于现场调查采用离散... 详细信息

斜坡浅表层是各类地震地质灾害发育的潜在破坏位置,坡面形态和坡体结构往往造成斜坡动力响应及破坏的复杂化。为探究不稳定斜坡浅表潜在滑动层动力响应特征与失稳过程,以芦山M_(s)6.1级地震触发的新华村滑坡为例,基于现场调查采用离散元方法建立了二维计算模型,分析了该斜坡潜在滑动层及坡面形态的动力响应特征并对其失稳过程进行了模拟。结果表明:(1)斜坡浅表潜在滑动层具有强烈动力放大效应;(2)微地貌对于潜在不稳定斜坡坡面的放大效应具有明显的影响,浅表潜在滑动层水平向及竖直向加速度在凸出部位的放大效应显著,凹陷部位相较于凸出部位放大效应较低;(3)研究揭示新华村滑坡在微地貌的作用下凸起地形呈现先于凹陷地形遭受破坏,其失稳过程分为震动放大局部震裂-凸出地形破坏-凹陷地形破坏-完全破坏整体下滑-重力堆积5个阶段。该研究结果有助于提升防灾人员对地震诱发潜在不稳定斜坡失稳的认识,为防灾减灾提供理论和数据支撑。

关键词：芦山M_(s)6.1级地震地震滑坡动力响应变形破坏模型二维离散元模拟新华村滑坡

植被覆盖对季节冻土区黄土斜坡水热变化及稳定性影响

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干旱区资源与环境 2024年第1期38卷 133-142页

作者：李广汤明高张明礼左炙坪帅奕垚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 兰州理工大学土木工程学院兰州730050

植被覆盖对斜坡土壤水热变化具有显著影响,而水热变化会导致斜坡地下水位、稳定性改变。以黑方台斜坡植被覆盖区域、无植被区域的土壤温度与含水量监测数据为基础,基于水热力耦合数值模型,研究植被覆盖对季节冻土区斜坡土壤水热与稳定... 详细信息

植被覆盖对斜坡土壤水热变化具有显著影响,而水热变化会导致斜坡地下水位、稳定性改变。以黑方台斜坡植被覆盖区域、无植被区域的土壤温度与含水量监测数据为基础,基于水热力耦合数值模型,研究植被覆盖对季节冻土区斜坡土壤水热与稳定性影响。结果表明:1)无植被区域土体冻结深度更厚,冻结持续时间更长,促进地下水往植被覆盖区域渗流,导致植被覆盖区域土壤含水量更高。2)在冻结期,无植被区域地下水位的上涨幅度高于植被覆盖区域,在相同灌溉条件下,植被覆盖区域更容易发生滑动,其滑移面也更陡。(3)黑方台植被覆盖区域滑坡具有渐进后退式演化特点,每次滑移面均会沿滑坡后壁凹槽底部发生,形成逐级后退的破坏模式。

关键词：植被覆盖斜坡稳定性数值模拟水热变化黑方台

基于深度学习的隧道微震监测及岩爆预警技术与系统研究

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岩石力学与工程学报 2024年第5期43卷 1041-1063页

作者：李天斌许韦豪马春驰张航张彧轩代坤坤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 重庆市城市建设投资(集团)有限公司重庆400023

针对隧道工程建设中微震监测信息处理智能化不高、隧道三维可视化信息不全和隧道岩爆灾害预警难等亟待解决的问题,采用微震监测、深度学习和虚拟仿真技术,建立隧道微震信息自动一体化处理及岩爆智能预警技术体系与系统平台。提出基于双... 详细信息

针对隧道工程建设中微震监测信息处理智能化不高、隧道三维可视化信息不全和隧道岩爆灾害预警难等亟待解决的问题,采用微震监测、深度学习和虚拟仿真技术,建立隧道微震信息自动一体化处理及岩爆智能预警技术体系与系统平台。提出基于双模态特征提取的微震多分类模型,建立基于深度卷积编解码网络的波形降噪–到时拾取双任务模型以及基于引力搜索法的微震定位算法,实现隧道微震分类–降噪–拾取–定位–震源参数计算的自动、高效、准确处理;选取累积视体积和能量指数震源参数作为关键指标,建立基于LSTM多变种网络的微震参数平行序列预测模型和岩爆孕育阶段判识预警模型,实现岩爆当前–未来状态时效演化的预警。同时,基于三维可视化框架Cesium实现隧址地理信息、地质模型、隧道模型、灾害(微震)信息的集成与显示,形成微震信息采集模块、微震信息云处理模块、岩爆预测预警模块于一体的隧道微震监测与岩爆预警系统。将系统应用于峨汉高速公路大峡谷隧道岩爆灾害段,实现海量微震数据的自动、高效、准确处理,验证隧道微震信息自动一体化处理及岩爆智能预警技术体系的有效性。

关键词：岩石力学隧道微震监测岩爆预警深度学习虚拟仿真

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基于统一强度理论的扰损围岩巷道脆塑性解答

岩土力学 2024年第5期45卷 1343-1355页

作者：张常光周渭徐灏赵帅孙珊珊长安大学建筑工程学院陕西西安710061 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

钻爆法施工常造成岩质巷道扰损区围岩性能劣化。针对扰损围岩、扰损外围岩的弹塑性状态下不同的扰损围岩巷道力学模型,采用统一强度理论、弹-脆-塑性模型和非关联流动法则,建立扰损围岩巷道有关应力、位移和塑性区半径的脆塑性解答,探... 详细信息

钻爆法施工常造成岩质巷道扰损区围岩性能劣化。针对扰损围岩、扰损外围岩的弹塑性状态下不同的扰损围岩巷道力学模型,采用统一强度理论、弹-脆-塑性模型和非关联流动法则,建立扰损围岩巷道有关应力、位移和塑性区半径的脆塑性解答,探讨巷道力学模型的转换路径及判定方法,并将结果进行对比、验证,获得各因素的影响规律。研究表明:提出的巷道脆塑性解答合理反映了中间主应力、围岩扰损范围和峰后强度、剪胀特性的综合影响,通过参数组合变换可退化为多种解答并得到正确性验证,具有重要的理论意义和应用前景;巷道力学模型判定与中间主应力、围岩扰损范围密切相关,显著影响巷道应力-位移分布和围岩特征曲线;支护压力和巷道稳定变形随着围岩峰后强度下降、剪胀特性参数增加而明显增大。

关键词：扰损围岩统一强度理论弹-脆-塑性模型剪胀特性围岩特征曲线

地表水体下隧道涌突水过程的自然电位响应模拟研究——以珠海石景山隧道为例

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地球物理学进展 2024年第3期39卷 1275-1284页

作者：黄民尧凌成鹏邓富祥李桦柳傅志杰成都理工大学环境与土木工程学院成都610059 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) 成都610059

涌突水是复杂地质区域隧道开挖过程中遭遇的主要地质灾害之一.当隧道穿越地表水体之下并沟通断裂破碎带时,隧道掌子面处极易发生涌突水灾害,造成施工人员伤亡,并延缓施工进度.本文基于自然电位法基础理论,以珠海市石景山隧道为研究对象... 详细信息

涌突水是复杂地质区域隧道开挖过程中遭遇的主要地质灾害之一.当隧道穿越地表水体之下并沟通断裂破碎带时,隧道掌子面处极易发生涌突水灾害,造成施工人员伤亡,并延缓施工进度.本文基于自然电位法基础理论,以珠海市石景山隧道为研究对象,采用数值模型模拟隧道涌突水过程,讨论了不同工况隧道纵横断面处自然电位响应特征.结果表明:沿地下水径流方向,自然电位响应逐渐增强,在掌子面处达到极大值105.3 mV.自然电位响应与地下水流速、涌水量呈线性关系.隧道纵横断面自然电位响应与水头呈负相关关系.本研究表明自然电位响应规律可以有效指示隧道施工引起的地下水流场变化,进而作为隧道涌突水灾害预警的有效信息.

关键词：隧道涌突水自然电位响应地下水流场地表水体