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从随机节理分布角度探讨工程岩体不均匀性和尺寸效应

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中国矿业大学学报 2024年第6期53卷 1063-1073页

作者：吴顺川张思瑞韩龙强侯英李卓卿昆明理工大学国土资源工程学院自然资源部高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室云南省高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室宝武资源有限公司

为研究随机节理分布对工程岩体不均匀性和尺寸效应的影响，采用等效岩体技术构建了156个含有不同随机节理的多尺度等效岩体模型.通过单轴压缩试验，研究不同岩体模型裂纹扩展机制，分析各模型力学参数随选取位置和纵向尺寸的变化.研究... 详细信息

为研究随机节理分布对工程岩体不均匀性和尺寸效应的影响，采用等效岩体技术构建了156个含有不同随机节理的多尺度等效岩体模型.通过单轴压缩试验，研究不同岩体模型裂纹扩展机制，分析各模型力学参数随选取位置和纵向尺寸的变化.研究表明：岩体起裂位置多位于节理相交处，岩体发生明显宏观裂纹时，通常沿节理进行贯通.节理的随机分布使得工程岩体具有较强的不均匀性和尺寸效应，所含节理密度越小，岩体不均匀性越明显；首次提出用相对均匀尺度(RUD)来表征岩体是否达到相对均匀，一般情况下单轴抗压强度与弹性模量参数对应的RUD相同；但节理数较少时，弹性模量对应的RUD更大，说明节理的存在对岩体变形特性的影响更大.RUD和岩体表征单元体(REV)显著相关，大多数情况下，RUD和REV具有相同取值，即岩体的相对均匀尺度与表征单元体具有同等工程意义.

关键词：工程岩体等效岩体技术节理尺寸效应不均匀性相对均匀尺度

基于深度学习的复杂地层钻孔图像岩体结构面识别方法

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第7期64卷 1136-1146页

作者：吴金吴顺川王焘席雅允北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 昆明理工大学国土资源工程学院昆明650093 自然资源部高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室昆明650093 云南省高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室昆明650093

基于钻孔电视图像的结构面调查是一种应用广泛的勘测方法,可为岩体质量评价和工程设计提供基础数据支撑。然而,复杂地层中结构面形态各异,宽度差异大且对比度低,传统算法难以准确完整地识别。为此,该文提出一种基于改进的U-Net网络模型... 详细信息

基于钻孔电视图像的结构面调查是一种应用广泛的勘测方法,可为岩体质量评价和工程设计提供基础数据支撑。然而,复杂地层中结构面形态各异,宽度差异大且对比度低,传统算法难以准确完整地识别。为此,该文提出一种基于改进的U-Net网络模型的钻孔电视图像结构面识别方法。首先,采用更深层次的编码解码网络结构,处理对比度低导致的结构面局部断裂问题,并结合通道注意力机制和残差模块提高编码阶段各层级对结构面特征的提取能力。其次,在较低层级跳跃连接中引入多尺度空间注意力模块,提高对复杂形态结构面处理能力,丰富编码层结构面语义特征;同时,通道注意力也被用于充分融合来自编码层和解码层的多通道结构面信息。然后,通过利用与地质作用下地层变形类似的透视变形等方式扩增钻孔图像数据,并结合焦点损失和Dice损失进行联合训练,以减轻图像数据不平衡问题,增强网络泛化能力。最后,将同一钻孔图像作为训练集,邻近钻孔图像作为测试集进行消融和对比实验。结果表明,相比于已有相关网络模型,该文所提方法能更有效地针对复杂地层钻孔图像,较准确、完整地识别各类岩体结构面,精确率和召回率均超过77.00%,比改进前的U-Net网络分割效果分别提高了7.96%和14.99%。该文方法可为现场结构面钻孔调查以及岩体质量评价提供技术支撑。

关键词：钻孔图像结构面识别深度学习 U-Net神经网络注意力机制

基于全位移理论的引水隧洞围岩变形全过程研究

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湖南大学学报（自然科学版） 2023年第11期50卷 181-191页

作者：吴顺川胡中亮耿晓杰浦仕江昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 自然资源部高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室云南昆明650093

鉴于当前隧洞监控量测方法无法测得由隧洞提前开挖扰动所产生的位移和未及时安装监测设备所损失的位移,因此隧洞围岩变形不能准确预测,基于全位移理论,提出了隧洞开挖过程中损失位移、超前位移和围岩内部变形全位移的计算方法.对现场监... 详细信息

鉴于当前隧洞监控量测方法无法测得由隧洞提前开挖扰动所产生的位移和未及时安装监测设备所损失的位移,因此隧洞围岩变形不能准确预测,基于全位移理论,提出了隧洞开挖过程中损失位移、超前位移和围岩内部变形全位移的计算方法.对现场监测数据进行回归分析并采用FLAC3D有限差分软件模拟隧洞开挖.研究结果表明:隧洞开挖全过程中,围岩内部位移变化曲线呈S形特征,即分为初始增长、快速增长和稳定收敛3个阶段;掌子面空间约束效应的影响范围大致在前后4倍隧洞直径内;数值模拟中超前位移与全位移比值即围岩超前位移比,计算结果为0.3~0.4,与工程现场围岩实际变形规律相符.因此,所求得的围岩内部变形全位移更符合现场实际情况,可为后续隧洞开挖过程中围岩内部变形全位移的计算,以及预留变形量的设置提供理论依据.

关键词：岩石力学隧洞围岩全位移超前位移 FLAC3D

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昆明盆地地下水水质水位长序列数据特征分析

中国岩溶 2023年第4期42卷 662-671页

作者：康晓莉周俊蓉高瑜张华云南省高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室(筹) 云南昆明650216 自然资源部高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室云南昆明650216 云南省地质环境监测院云南昆明650216

通过对昆明盆地,特别是主城区长序列水质水位监测数据对比分析,采用水文地质法、数据统计法、Piper和Matlab软件建立模型进行水质水位动态特征和变化趋势分析研究。昆明盆地地下化学类型以HCO_(3)-Ca和HCO_(3)-Ca·Mg型为主。孔隙水超... 详细信息

通过对昆明盆地,特别是主城区长序列水质水位监测数据对比分析,采用水文地质法、数据统计法、Piper和Matlab软件建立模型进行水质水位动态特征和变化趋势分析研究。昆明盆地地下化学类型以HCO_(3)-Ca和HCO_(3)-Ca·Mg型为主。孔隙水超标项以Mn、NH_(4)^(+)、NO_(3)^(-)、COD为主;岩溶水超标项以Mn、NH_(4)^(+)、F为主;近年来超标物项目趋于复杂,出现I、SO_(4)^(2-)、As、Cd等有毒有害和有机物超标,水质变化原因为工业和生活污染加剧。对地下水位20年长序列动态变化特征和趋势研究表明,昆明盆地地下水位年际变化主要受工农业生产、开采量和工程活动等影响,孔隙水2002—2009年呈下降趋势,2009年后总体呈上升趋势;岩溶水2002—2012年呈下降趋势,2012年后总体呈上升趋势;翠湖等5个降落漏斗区地下水位回升趋势较为显著,主要与昆明市限制地下水开采、封填地下水开采井的措施密切相关。基于水质、水位动态分析结果,提出保护建议。

关键词：地下水监测水质水位趋势分析昆明盆地

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滇池湖底塌陷漏水隐患研究的问题与建议

中国岩溶 2024年第1期43卷 1-11页

作者：王宇自然资源部高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室云南昆明650216 云南省高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室云南昆明650216 云南省地质调查局云南昆明650051

持滇池漏水隐患点急变临灾推论和漏水隐患不成立否定意见的双方都做了大量的分析论证工作,并发表和提交了研究成果。但以地球系统科学、水工环地质学和地球探测技术科学的理论、原理和地质勘查认识问题的程序和规范来衡量,均不同程度地... 详细信息

持滇池漏水隐患点急变临灾推论和漏水隐患不成立否定意见的双方都做了大量的分析论证工作,并发表和提交了研究成果。但以地球系统科学、水工环地质学和地球探测技术科学的理论、原理和地质勘查认识问题的程序和规范来衡量,均不同程度地存在着概念性、系统性、规范性的错误或不足,主要表现在地质学概念及术语不清、水文地质调查研究不足、湖盆形成及演化历史研究薄弱、水文地质勘探验证欠缺等,从而导致各方推断依据皆不够充分。对这些问题,文章逐一进行了深入的分析,并根据区域自然地理、地质、水工环地质等调查(勘查)研究程度及资料,结合实际工作经验,对今后的研究提出了规范地质学基本概念、开展湖底洼地钻探试验及监测、系统开展综合研究和野外查证的具体改进建议。明确指出滇池漏水隐患成立与否,关键在于湖底洼地发生岩溶塌陷的风险,必须实施钻探验证才能得出科学的定论。

关键词：滇池湖泊断陷盆地岩溶洼地岩溶塌陷湖底漏水

基于MISSA-SVM模型的边坡稳定性预测及应用

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中国安全科学学报 2024年第4期34卷 135-144页

作者：王团辉王超吴顺川王琦玮徐健珲昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 自然资源部高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室云南昆明650093 云南省高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室云南昆明650093

为提高边坡稳定性的预测精度,提出一种基于多策略改进的麻雀搜索算法(MISSA)优化支持向量机(SVM)的边坡稳定性预测模型。选取容重γ、黏聚力c、内摩擦角Ф、边坡角φf、边坡高度H、孔隙压力比ru等6个代表性特征作为模型的预测指标。针... 详细信息

为提高边坡稳定性的预测精度,提出一种基于多策略改进的麻雀搜索算法(MISSA)优化支持向量机(SVM)的边坡稳定性预测模型。选取容重γ、黏聚力c、内摩擦角Ф、边坡角φf、边坡高度H、孔隙压力比ru等6个代表性特征作为模型的预测指标。针对麻雀优化算法(SSA)存在的收敛速度慢、精确度不高、易陷入局部最优等问题,引入一维复合混沌映射、正余弦算法(SCA)、Levy飞行机制和步长因子动态调整等策略进行优化改进,构建基于MISSA-SVM的边坡稳定性预测模型。将MISSA-SVM模型应用到大溪滑坡等9组边坡工程实例进行验证。结果表明:MISSA-SVM模型的准确率、精确率、召回率、F_(1)分数、均方误差(MSE)和曲线下面积(AUC)分别达到96.29%、92.3%、100%、0.96、0.016和0.967,均优于SSA优化的SVM模型和BP模型,预测结果与实际边坡状况完全吻合,表明MISSA-SVM模型具有较强的泛化能力。

关键词：多策略改进麻雀搜索算法(MISSA) 支持向量机(SVM) 边坡稳定性正余弦算法(SCA) 预测指标

不同有机复合基材试验下排土场土壤改良效果与影响

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煤炭科学技术 2024年

作者：赵洪宝李岳陈超男杨帆中国矿业大学(北京)能源与矿业学院自然资源部高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室

煤炭露天开采导致土地和生态环境被破坏，加剧人地矛盾，排土场复垦可提高土地利用率、促进土地利用良性发展。本研究以河曲露天煤矿为研究对象，探究不同有机复合基材对露天煤矿排土场土壤改良效果与影响。根据不同比例的有机鸡粪肥、... 详细信息

煤炭露天开采导致土地和生态环境被破坏，加剧人地矛盾，排土场复垦可提高土地利用率、促进土地利用良性发展。本研究以河曲露天煤矿为研究对象，探究不同有机复合基材对露天煤矿排土场土壤改良效果与影响。根据不同比例的有机鸡粪肥、玉米秸秆和混排土设置了15组紫花苜蓿盆栽试验，通过发芽率、株高、叶长和土壤理化性质等指标的变化来反映土壤改良的效果。结果表明：不同有机复合基材方案的植株发芽率、株高表现出显著性差异，但不同方案间叶片数、叶片长并未显示出显著性差异。N10方案（70%混排土+20%有机肥+10%玉米秸秆）提升土壤肥力效果最佳，可显著促进紫花苜蓿生长，尤其对植株的发芽率、株高促进效果最好且能使pH长期保持在适宜范围内。有机肥比例大于或等于30%时会有抑制作用，使土壤酸化进而影响种子活性。通过统计学分析得知，有机质含量、碱解氮含量总体趋势随时间的推移呈先降后升的趋势，而有效磷含量的总体趋势则持续下降，N10方案有机质含量、碱解氮含量、速效钾含量最终分别提升了43.10%、71.52%、9.17%，有效增加了土壤营养物质，极大地提升了土壤肥力。伴随时间的推移，在施加的有机肥比例一定时，秸秆的增加显著增加了土壤中的有机质含量。现场试验发现N10方案对玉米叶片数量变化影响较小，但处理后玉米整体株高可达未处理前的1.34倍且种子成活率提高60%，SPAD值提高了40.62%，叶绿素含量相比于未处理的大幅增加。与施用单一有机肥相比，有机肥与秸秆的联合配施在长期保持土壤肥力、增加土壤有机质含量、减缓土壤碱化等方面更为有效。本研究提出了改善河曲露天煤矿排土场土壤质量的有效方案，并为黄河流域类似露天煤矿排土场的生态修复提供了理论和实践依据。

关键词：排土场复垦土壤改良有机生物肥玉米秸秆肥力提升

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南方岩溶地区水文地质调查的问题与改进措施

中国岩溶 2023年第4期42卷 627-635页

作者：王宇自然资源部高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室云南昆明650216 云南省地质调查局云南昆明650051

通过南方岩溶地区1∶5万水文地质调查项目检查、评审意见书及记录等大量资料的梳理,参考有关文献、对照现行行业规范及管理要求,归纳分析了部分调查项目存在的问题和不足,主要表现为综合研究工作及成效较差、专题研究联系实际不够、第... 详细信息

通过南方岩溶地区1∶5万水文地质调查项目检查、评审意见书及记录等大量资料的梳理,参考有关文献、对照现行行业规范及管理要求,归纳分析了部分调查项目存在的问题和不足,主要表现为综合研究工作及成效较差、专题研究联系实际不够、第四纪地质调查较为浅显、钻探控制作用发挥较差且探水成功率低、水资源评价内容不全面。文中联系实际探寻了产生问题的主、客观原因,主要有南方岩溶水文地质条件复杂、物探找水的准确性尚待提高、成果质量及研究程度考核指标不突出、项目成员专业构成和经验不足等。提出基于借鉴前人经验、推广应用新技术、全面理解和执行规范,以问题为导向,改进水文地质调查的措施建议,旨在促进解决当前地质调查中存在的问题,助力水文地质调查的高质量发展。

关键词：水文地质调查研究勘探试验资源评价问题及措施

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岩体暴露面图像中裂隙全自动提取方法研究

岩土力学 2024年第9期45卷 2621-2632页

作者：吴金吴顺川孙贝贝北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 自然资源部高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室云南昆明650093

裂隙显著影响岩体物理与力学性质,针对从岩体暴露面图像中自动提取裂隙存在的提取结果不完整、信噪比低,以及提取方法经验参数多、鲁棒性差等问题,提出一种全自动裂隙提取优化程序。首先,通过引入广义伽马校正初步提升裂隙与岩壁面对比... 详细信息

裂隙显著影响岩体物理与力学性质,针对从岩体暴露面图像中自动提取裂隙存在的提取结果不完整、信噪比低,以及提取方法经验参数多、鲁棒性差等问题,提出一种全自动裂隙提取优化程序。首先,通过引入广义伽马校正初步提升裂隙与岩壁面对比度;其次,考虑裂隙路径像素间相互影响,设计灰度传递算法提升裂隙连续性;最后,通过改进Frangi滤波器提取裂隙并充分抑制噪音像素响应。结果表明:该程序充分融合了裂隙低灰度和高线型两大特征,图像增强与裂隙提取两阶段协同运作,显著改善了裂隙对比度不均问题,在较完整提取裂隙的同时还能够有效防止噪音与伪裂隙的产生,对多种岩体暴露面图像均具有很高的鲁棒性。将该方法与常用的裂隙识别算法进行比较,展现了该算法流程在处理低对比度、高噪声岩体裂隙图像方面的显著优势。

关键词：岩体暴露面裂隙自动提取数字图像处理灰度传递算法 Frangi滤波