以四川凉山州木里县黄泥巴沟泥石流为例, 基于Massflow数值仿真平台, 通过现场调查及数值模型构建, 分析泥石流形成演化机制, 反演泥石流动力演进物理过程。在此基础上, 开展不同重现期泥石流危险性评估, 构建不同破坏模式下砌体结构易损性评估模型, 建立基于动力过程的泥石流风险评估方法。研究区泥石流风险评估结果表明: 20 a一遇泥石流极高、高风险区面积分别为0.15×10⁴和1.68×10⁴ m², 其中建筑物数量分别为10和13座; 50 a一遇极高、高风险区面积相比20 a一遇分别增加40%和70.8%, 建筑物分别增加2和4座; 100 a一遇极高、高风险区面积相比20 a一遇分别增加113.3%和132.1%, 建筑物分别增加11和5座。本研究构建的考虑侵蚀的泥石流动力过程数值模型可较好反映黄泥巴沟泥石流事件, 且砌体结构易损性评估模型经与其他泥石流事件分析验证表明其具有较好的可行性, 相关结果可为黄泥巴沟泥石流风险定量预测提供依据。

高地应力或复杂地质条件下隧道围岩极易变形侵限。在隧道施工期对围岩的变形趋势与收敛变形值进行超前判识, 对保障施工人员安全、提高隧道施工效率具有重要意义。传统单一预测模型难以适应隧道收敛变形的动态变化, 预测效果有限。建立了一个基于连续贝叶斯反分析方法和最优模型选择的围岩收敛变形动态预测模型, 利用隧道收敛变形监测信息作为观察值, 对用于围岩收敛变形曲线预测的3种经验模型参数进行了连续更新校准, 选择最优模型预测围岩最终收敛变形值并量化其不确定性。将该模型应用于白马隧道9个断面16组测点的围岩收敛变形预测, 预测与监测的最终收敛变形量平均相对误差仅3.22%。动态预测模型仅需开挖后10 d的观测数据即可有效预测40 d的最终变形收敛结果, 为全断面开挖法隧道围岩变形侵限和大变形灾害防治提供了重要技术支撑。

滑坡灾害在我国分布广泛, 实施有效的监测预警和风险管理措施是该领域防灾减灾的关键。近几十年来, 分布式光纤传感技术(distributed fiber optic sensing, 简称DFOS)在滑坡监测领域取得了显著进展, 相较于常规监测方法具有分布式、长距离、大量程和多参量监测的优势。首先介绍了几种有代表性的光纤传感技术, 提出滑坡光纤神经感测系统的概念, 并详细阐述了各类光纤传感器的工作原理及其布设工法。在此基础上, 介绍了2个利用超弱反射光纤布拉格光栅(ultra-weak fiber Bragg grating, 简称UWFBG)监测技术的典型滑坡案例, 并进一步讨论了当前存在的技术瓶颈。案例分析结果表明, 光纤神经感测系统能实现远程、实时、高精度的地下多参量数据采集, 可准确探测潜在滑面及其他关键界面位置, 界面处的多物理量变化为揭示滑坡地下演化过程提供了重要的数据支持, 为滑坡预测预警提供了新的思路。

针对当前工程上土体滑坡位移监测稳定性与准确性差、覆盖难、成本高等难题, 提出了一种基于微机电系统(micro-electro-mechanical system, 简称MEMS)传感器技术的土体滑坡内部位移监测方法。考虑斜坡岩土体形变过程的运动特性, 设计了消除MEMS传感器加速度数据随机偏差和固定偏差的时域加速度积分算法。为验证该位移监测方法的有效性和实用性, 设计开展了2组室内牵引式滑坡模型试验及对应有限元仿真计算, 利用MEMS技术进行试验边坡土体内部位移监测, 结合有限元软件计算结果对试验MEMS数据结果进行对比分析, 评估算法的准确性和可靠性。结果表明: 基于该算法的MEMS土体滑坡监测位移值, 在水平方向和竖向的平均相对误差最小值分别为0.09%和0.50%, 具有较高的准确度, 满足实际工程需要。研究成果为土体滑坡监测提供了新的思路, 也为MEMS传感器在滑坡/边坡防护工程中应用提供理论基础。

堰塞湖水体动态监测对于堰塞湖的险情评估、灾害推演、安全管理以及降险处置决策等均具有重要意义。为了高效提取高山区堰塞湖真实水体范围, 以中巴公路Attabad堰塞湖为研究区, 利用决策树分类结合归一化差值水体指数(normalized difference water index, 简称NDWI)、综合水体指数(comprehensive water index, 简称CWI)等6种常规水体提取方法来提取堰塞湖水体范围, 并对比了6种方法用于堰塞湖水体提取的效果, 筛选出适用于高山区堰塞湖的最佳水体提取方法, 最后使用混淆矩阵法进行了精度评价, 并做了分类后处理, 准确提取了堰塞湖水体边界。研究结果表明: (1) 6种水体提取模型中CWI模型水体提取效果最好; (2)基于坡度的决策树分类方法总分类精度为89.31%, Kappa系数为0.84, 较为完整地提取了高海拔堰塞湖真实水体范围, 有效剔除了湖岸斜坡山体阴影, 湖泊边界较为清晰完整。基于决策树的高山区堰塞湖水体提取方法在高海拔山区能较为有效地提取真实水体范围, 尤其是针对地形切割强烈、山体阴影较多的堰塞湖区域, 能快速准确识别水体。该方法的优点是: 水体提取过程较为简单, 容易实现, 提取效率较高, 便于推广。

山体修复是目前环境工程的主要项目, 回填形成的人工边坡填土较为松散, 极易受到降雨强度的影响, 导致边坡失稳。联合采用数值模拟技术以及现场监测技术对顶冠峰山体修复形成的人工边坡进行稳定性分析, 通过建立准确的地质模型, 定义材料参数、设定边界条件, 得出边坡在设置的4种不同降雨工况条件下的稳定性系数, 模拟边坡在不同条件下渗流场的变化特征, 分析边坡在不同条件下的变形分布特征。在现场建立了实时监测云平台, 对现场填土边坡的地表水平位移与深层水平位移进行监测, 最后与数值模拟分析得到的结果进行对比, 定量评价不同工况下的边坡稳定性。研究结果表明, 填土边坡在不同降雨工况下的稳定性系数均大于临界面滑动的安全系数, 在不同工况下, 边坡坡角处部分与靠近坡面部分孔隙水压力上升较大, 坡体前缘和坡面陡峭处多发育渗水通道, 降雨对此处的稳定性影响也相对较大, 随着降雨强度的加剧, 边坡中下部的最大水平位移逐渐增加, 相同时间内渗透到边坡的降水量增多, 导致抗剪强度显著下降, 从而使得产生较大水平位移的区域范围扩展, 并逐渐向坡体前后缘延伸, 通过将数值模拟结果与现场监测得到的数据进行对比, 发现两者具有较好的一致性, 边坡基本处于稳定状态。因此, 今后对于数值模拟分析产生的数据, 应与现场监测数据相结合, 对工程稳定性进行更加全面的评价。

澜沧江上游拟建RM水电站, 其蓄水运行可能导致近坝左岸RS巨型堆积体发生变形失稳, 进而诱发滑坡涌浪灾害, 威胁枢纽建筑物和下游居民安全。结合前期大量地质勘察及物理力学试验资料, 采用大型离心机模型试验等方法, 进行了RS堆积体蓄水潜在失稳破坏模式研究。在此基础上, 建立了RS堆积体至大坝段全河道的三维数值模型, 开展了RS堆积体滑坡-涌浪链式灾害动力学灾变全过程数值分析, 对滑坡涌浪的首浪高度、对岸爬坡浪高、沿途传播特征、坝前浪高、沿大坝爬升高度等进行了预测分析。结果表明: 随着水库蓄水位逐步抬升至2 800 m高程, RS堆积体最可能发生较大规模的失稳破坏, 其后缘拉裂边界为蓄水位以上一定范围的堆积体碎石土层、前缘剪切边界为堆积体中下部细颗粒层。堆积体失稳破坏后诱发滑坡涌浪, 首浪高度在入水点附近达到峰值, 约为31.5 m, 历时约15 s。涌浪沿河道向下游传播通过①号河湾前后浪高衰减39.5%, 涌浪在约147 s时传至大坝处并沿坝坡继续爬升, 爬坡浪高约为2.6 m, 历时180 s, 首浪及后续小浪均无翻坝风险。首浪受大坝阻挡消能后, 随即向上游反向传播形成回涌现象, 回涌与后续涌浪撞击形成局部高浪区, 至P5监测点处回涌浪高达到最大, 约为4.56 m, 历时219 s。涌浪传播过程中, 河湾地形及回涌现象可大幅加速涌浪能量衰减, 有效降低涌浪冲击与次生灾害风险。

随着我国交通运输行业的快速发展, 公路建设所面临的地质条件越来越复杂, 隧道凭借其优越的越岭能力在地质条件复杂的山岭公路建设中得到了广泛的应用。然而随着隧道工程数量的增加, 公路隧道建设过程中, 围岩掉块、塌方等频繁发生, 造成严重的经济损伤和人员伤亡, 因此进行准确的风险评估具有重要工程意义。首先, 针对公路隧道失稳风险评估因素的复杂性和多样性, 归纳统计了40例失稳工程案例, 细化出14个二级指标并构建了风险评估指标体系。然后, 从灾害发生的概率和后果2个方面对风险进行了评估, 采用解释结构模型(interpretative structural modeling, 简称ISM)法构建了层次拓扑图, 并通过因果图法修正建立贝叶斯网络模型, 分别使用统计结果中80%和20%的案例对模型进行了训练和验证。最后, 自主开发了公路隧道失稳风险贝叶斯网络评估系统(risk assessment Bayesian network evaluation system, 简称RIAS), 该系统兼具工程适用性和使用友好性特征, 实现了公路隧道建设过程中的准确、快速围岩失稳风险评估。将构建的公路隧道失稳风险评估系统应用在北固山隧道ZK5+937~ZK5+917等标段的风险评估工作, 预测结果显示隧道的失稳概率为18.2%, 失稳规模为"None(无)", 失稳风险评估等级计算为"低度Ⅰ", 与实际开挖情况相符。本研究创新性地改进了单一风险等级评估的缺陷, 构建了适用于公路隧道失稳风险评估的贝叶斯网络模型, 解决了因工程数据组数不足致使无法借助评估模型实现精准、快速评估的难题。所搭建的贝叶斯网络模型成功通过了北固山隧道的检验, 证明该模型可应用于其他公路隧道工程建设中, 对提高公路隧道建设的安全性和风险预测具有较好工程应用价值。

软土固化技术在地基处理中应用广泛, 为发挥其空间可塑性优势, 板墙组合式固化土地基逐步在工程中得到应用。然而, 板墙组合式固化土地基承载力尚无可靠计算方法, 叠加固化土与软土力学参数不确定性, 导致板墙组合式固化土地基优化设计困难, 需要提出一种板墙组合式固化土地基承载力计算及优化设计方法。以浙江省台州市经纬110 kV滨海变电站场地为研究对象, 测试固化土与软土力学参数, 建立数值模型计算板墙组合式地基承载力, 以此为基础训练神经网络模型, 作为板墙组合式固化土地基承载力计算模型, 为工程应用提供便利。引入岩土工程鲁棒性设计理论, 采用蒙特卡洛模拟处理固化土与软土力学参数不确定性, 以标准差作为鲁棒性评价指标评估不确定性对设计的影响, 以固化土地基截面面积近似表征工程造价, 实现考虑经济性和鲁棒性的固化土地基优化设计。将设计方法应用于工程实例, 得到最优设计方案为固化板厚度P=2 m、固化墙深度W=3 m、固化墙厚度D=1.5 m、固化墙净间距S=1 m, 为工程设计提供参考。本研究提出的板墙组合式固化土地基承载力计算模型及优化设计方法为相关工程计算和设计提供新思路和新方法。

为研究输电线路单锚与群锚基础抗拔承载特征差异, 采用理论分析和现场试验相结合的研究方法, 首先根据结构特点, 从受力与变形2方面分析了单锚与群锚的承载机制; 然后以输电线路基础工程中常用的全长黏结型锚杆为研究对象, 选取位于福建泉州地区的花岗岩地基作为试验场地, 分别开展了3组单锚、4组群锚的现场足尺拉拔试验, 采用位移传感器测试基础与地基变形、采用光频域反射光纤传感技术测试锚杆应变, 分析得到试验基础的荷载位移曲线以及锚杆界面内力分布; 最后对受力过程中2类锚杆基础的变形破坏机制进行对比分析。结果表明: 单锚与群锚荷载位移曲线特征存在差异, 群锚反映出的塑性变形特征较单锚明显; 加载前半段, 锚杆体系位移以锚筋拉伸为主, 加载后半段, 以锚岩界面滑移为主; 锚杆截面轴向应力沿深度方向逐渐减小, 且最终在2~3 m深度处趋于0;拉拔荷载作用下的单锚破坏模式与基岩饱和单轴抗压强度有关, 而群锚的破坏模式与组成的单锚数量有关; 工程中建议以群锚基础试验获得锚岩界面黏结强度为设计依据。研究成果可为输电线路岩石锚杆基础的选型与设计提供参考。

煤矿采空区覆岩破裂信号作为开采沉陷的前兆特征, 对其开展监测有助于预警采空区塌陷事件。但现有手段难以实现大范围、全方位、分布式的监测。以我国宁东矿区羊场湾煤矿为研究区域, 引入分布式声波传感技术(distributed acoustic sensing, 简称DAS)对采空区覆岩破裂信号开展连续监测。针对DAS数据信噪较低的问题, 对比试验了5种去噪方法。对预处理后的信号开展时频分析, 提取覆岩破裂信号; 进一步将DAS信号转换为递归图以构建数据集, 训练基于卷积神经网络的覆岩破裂信号智能识别模型。结果表明, 同步压缩小波变换能够很好地压制DAS数据的噪声。覆岩破裂信号与非覆岩破裂信号的递归图之间具有明显区别, 训练得到的VGG-16模型在分类二者的任务上实现了85%的准确率。因此, 利用DAS技术监测覆岩破裂具有可行性, 本研究所提出的基于递归图和卷积神经网络VGG-16的深度学习方法可实现对覆岩破裂信号的智能识别。研究成果为后续开发基于DAS系统的开采沉陷智能预警系统提供了一定技术支撑。

膨胀土胀缩等级的分类是治理膨胀土工作中的首要问题, 为了精确评价膨胀土胀缩性, 便于现场安全施工, 防灾减灾, 将功效系数法应用于膨胀土胀缩等级的分类问题中。选用液限、胀缩总率、塑性指数、天然含水率和自由膨胀率为评价指标, 采用德尔菲法和熵权法相结合的主客观赋权确定各指标的权重系数, 通过计算样本总功效系数值来确定最终评价结果, 建立了一个新的膨胀土胀缩等级评价模型, 选取19组膨胀土实测数据进行了模型检验, 其中有15组数据与其他方法进行了对比分析, 有4组数据与实际情况进行对比分析。研究结果表明: 与模糊数学、物元可拓法、变权靶心贴近度法和未知测度法对比分析的15组数据准确率达到93.3%;与实际情况对比的4组数据准确率达到了100%。研究成果证明了功效系数法用于膨胀土胀缩等级划分的合理性和有效性, 对膨胀土现场安全施工具有指导意义。

次声是泥石流监测预警的有效手段, 目前常用的阈值预警法仅考虑了个别次声时频特征, 容易造成误报和漏报。因此, 需综合考虑多种次声时频特征, 提升泥石流次声预警准确度。基于北京市草甸水村泥石流的次声监测数据, 分析了该流域泥石流次声和环境次声的时频特征差异, 并基于随机森林算法构建了泥石流次声识别模型。结果表明, 泥石流次声的有效声压为0.4~1.0 Pa, 环境次声的有效声压多低于0.1 Pa, 但噪音会引起声压上升至0.4 Pa以上; 噪音次声能量多集中在低于6 Hz的频段, 泥石流次声在6~15 Hz频段的能量明显高于噪音次声。因此, 泥石流次声的甄别需综合考虑时频域的多个特征, 重点是6~15 Hz频段对应的能量。基于随机森林算法, 以有效声压、6~15 Hz有效声压、短时过零率、主频、主频振幅为特征变量构建的泥石流次声识别模型AUC值为0.99, 对测试数据识别准确率为90.0%, 相比传统声压阈值法提升了15.0%。研究结果说明随机森林模型能够较为精准地甄别泥石流次声信号, 适用于北京山区的泥石流次声预警, 可为其他区域的泥石流次声预警研究提供参考。

城市地铁隧道的沉降监测与收敛变形的精准监控对于保障运营安全及周边环境稳定性至关重要。传统的监测方式, 如人工巡检和固定传感器监测, 存在实时性差、数据有限等问题。以上海地铁2号线东延伸段(在软土地基下采用盾构技术建造的大型城市地下隧道工程)为例, 介绍了一种创新的无线传感网络(wireless sensor network, 简称WSN)监测技术, 针对无线传感网络监测数据可能存在缺失的问题, 提出了一种适用于无线传感网络特性的缺失值补全算法, 以填补长达8年的监测周期中可能出现的数据空白点。通过以上监测网络及算法获取了该隧道的完整监测数据及特征指标, 并揭示了软土地基盾构隧道横向收敛变形的部分影响因素。本研究在确保了监测数据的有效性和完整性的基础上, 为软土地基盾构隧道的施工安全和地铁运营安全提供了技术支持和数据保障。

土石混合体边坡在我国分布范围广, 且其材料组成复杂, 受到了众多学者的关注。为了科学合理地评估土体参数的空间变异性对土石混合体边坡稳定性的影响, 基于随机场理论, 选取有效抗剪强度参数黏聚力c和内摩擦角φ作为随机变量, 采用局部平均法模拟随机场, 在MATLAB中实现随机场参数生成, 在考虑土石混合体块石真实形状和块石含量基础上, 采用Python语言脚本方式, 将随机场参数映射到有限元软件中的土石混合体边坡, 应用强度折减法计算边坡稳定安全系数。计算结果显示, 土石混合体边坡的稳定安全系数符合正态分布, 随着土石混合体边坡块石含量增加, 边坡稳定安全系数的均值从1.005增长至1.095, 边坡也由浅层破坏逐渐发展为深层破坏。块石质量分数均为35%时, 块石粒径较大土石混合体边坡稳定性安全系数为1.334, 块石粒径较小土石混合体边坡稳定安全系数为1.064。相比于确定性计算结果, 考虑土体参数空间变异性的稳定安全系数更高。因此, 在进行土石混合体边坡稳定性分析时, 应充分考虑土体有效抗剪强度参数空间变异性, 避免出现设计过于保守的情况。

城市地表的差异性形变易对其表面基础设施造成断裂、扭曲等威胁或损害, 监测差异性形变并评估建筑物风险等级对人民生命财产安全至关重要。采用时序InSAR方法对Sentinel-1卫星数据进行时间序列分析, 获取了研究区地表形变及空间形变梯度; 结合夜光遥感数据、土地利用类型数据集、建筑物高程数据等多源外部数据, 采用网络层次分析法计算了研究区的危险性和易损性指标, 并由此开展了宏观风险评估; 在微观层面上评估建筑物的风险性, 识别潜在风险区域, 对宏观风险评估结果进行补充, 并进行对比实验验证了本研究的有效性。研究结果显示, 朝阳区东部、通州区西北部具有较大的差异性形变; 首都国际机场区域、安定南街附近等地区存在较高的风险性。因此, 利用多源数据进行差异性形变监测和风险评估对城市安全运行具有重要意义。

为探究移民迁建城区受人类工程活动影响而产生的滑坡易发性时空变化, 以三峡库区云阳县新城区为例, 引入滑坡易发性时变指标因子进行滑坡时空易发性差异制图, 从而探究迁建城区在城镇化过程中滑坡灾害的时空演化规律。选择Stacking集成模型作为静态易发性评价模型; 选取2017年1月16日-2018年8月27日(T1)、2018年9月20日-2021年7月30日(T2)、2021年8月23日-2023年11月17日(T3)3个不同时间跨度的InSAR形变速率和土地利用类型作为时变因子; 将时变因子与静态评价结果结合, 绘制了不同时间段的易发性差异分布图。研究表明, 引入时变因子进行滑坡时空易发性差异分析可以有效反映城市化对滑坡灾害的影响, 研究区土地类型由非工程用地转变为工程用地时, 滑坡易发性等级普遍上升, 2个变化阶段中栅格占比分别为61.3%和67.1%。城区所选典型滑坡的InSAR位移时序曲线的变化趋势与土地类型转变具有较高的时空相关性, 进一步验证了该方法的可靠性。本研究提出的研究思路能够在三峡库区移民迁建城区城市化进程中提供有效的防灾减灾依据和区域规划手段。

受"5·12"汶川大地震影响, 白龙江流域由泥石流引发的堵江-溃决洪水链式灾害出现的频率显著增加。同时, 由于特殊的地质环境条件, 白龙江流域很多城镇都位于峡谷阶地、泥石流堆积扇等地区, 极易受到泥石流堵江-溃决洪水链式灾害的威胁。为探究白龙江流域潜在泥石流堵江-溃决洪水链式灾害的危险性, 以甘肃省舟曲县白龙江流域的寨子沟泥石流为研究对象, 旨在正确认识寨子沟泥石流堵江-溃决洪水链式灾害的孕灾特征、致灾条件及演化模式, 明确泥石流引发的链式灾害威胁范围。通过遥感解译与野外调查等方法, 构建寨子沟泥石流地形地貌和物源数据库, 核算了该泥石流静动力学参数, 并在此基础上分析了泥石流堵河和溃决洪水的灾害链效应。选用FLO-2D和HEC-RAS模型, 开展了不同降雨频率下(P=1%, 2%)的泥石流演进数值仿真, 获取了泥石流和溃决洪水的深度、流速和威胁范围等特征参数, 并基于特征参数分析了泥石流和溃决洪水危害强度并评估潜在危险。结果表明: (1)百年一遇降雨频率下的寨子沟泥石流流动最大流速可达11.96 m/s, 泥石流冲出物进入河道形成的堰塞坝平均厚度约10 m, 造成白龙江完全堵塞, 堰塞湖库容为6.26 km³。(2)溃决洪水演进过程总时长约为12 h, 溃口流量达到顶峰时间约30 min, 其溃决影响范围为沿白龙江主干流甘南州舟曲县峰迭镇下游至陇南市武都区桔柑乡上游段河谷及两岸区域, 面积达56.36 km², 距离约97.4 km。结合模拟结果, 初步探讨了监测与治理为一体的流域性泥石流灾害链风险防控模式。该研究强调了传统模型在洪水灾害评估中的局限性, 并有助于深入了解泥石流堵江引起的洪水灾害的连锁危害。研究成果可为白龙江中下游流域此类泥石流链式灾害风险评价和防治工程设计提供参考。

2022年1月8日, 青海省门源回族自治县发生M_w6.7地震, 地表破裂明显并导致兰新高铁停运。为研究门源地震的震源机制, 通过差分干涉测量技术(D-InSAR)处理Sentinel-1A升降轨SAR数据得到地震同震形变场, 并在InSAR形变约束下, 通过两步反演法获取了地震断层几何参数和精细同震滑动分布, 计算了同震静态库仑应力变化, 进一步分析讨论了发震构造及区域地震危险性。结果表明: InSAR LOS向同震形变场长轴呈WNW-ESE向, 初步判断具有左旋走滑的运动特征, 在其约束下的精细双断层滑动分布结果显示冷龙岭破裂段与托莱山破裂段均以高倾角左旋走滑为主; 为进一步阐明地震变形模式, 基于弹性位错模型及黏弹性分层介质模型分别模拟得到同震地表三维形变场, 考虑地壳分层结构模拟的三维形变更准确。同震库伦应力变化结果表明: 托莱山断裂西端、冷龙岭断裂东端及兰新高铁大梁隧道地震风险性增强, 未来发生破裂的风险仍较高。研究结果为进一步了解门源地震三维地壳形变及相关地震研究提供参考依据。

西南地区峡谷大型堵江时有发生, 由堆积体组成的河道岸坡在堰塞坝溃决形成的超大洪水动水冲刷下的破坏机理及演化过程对水电、道路、城镇建设具有重要的现实意义。在前人研究的基础上, 从定性角度分析了河道岸坡在过洪工况下的破坏过程, 从理论角度推导了顺直河道岸坡、弯道凹岸岸坡在动水冲刷作用下的掏蚀槽发育机制, 并使用Geo-studio软件计算了丹巴县干海子滑坡在水位上涨情况下的多级滑动过程。建立了与时间、水流切应力、岸坡抗剪强度、岸坡起动切应力等因素有关的顺直河道岸坡冲刷程度函数; 从定性及定量的角度共同解析了河道岸坡在动水冲刷条件下的滑动过程: 岸坡近水面部分由表及里被掏蚀→掏蚀后缘土体发生牵引式滑坡→坡脚被冲蚀且坡体形态不断改变→多级牵引式滑坡; 干海子滑坡在水位攀高15 m且冲刷时间足够的情况下将发生多级牵引式滑坡。目前稳定的堆积体岸坡在某些极端过水工况下仍存在大规模滑移致灾的可能。研究成果为崩岸问题的理论分析提供了一种新的思路, 并对水库等水利建设的下游堆积体岸坡致灾预防提供了一定的理论指导。

为了研究赣东地区典型土质滑坡成因以及对研究区内降雨因子进行稳定性评价。以江西上饶广丰区紫坞滑坡为例, 通过对日降雨量及地表监测位移等数据综合分析并结合GeoStudio有限元软件建立了2D力学模型, 模拟了不同降雨条件下小型残坡积土质滑坡的变形情况; 分析当地降雨特征, 设置了五大工况下4种典型的降雨雨型对比实验, 采用多元线性回归进行数据拟合, 建立了一种I-D-Fs概化评价模型。研究结果表明: (1)土压力与土壤含水率峰值分别为16.8 kPa和16.3%, 降雨初期滑坡土压力与含水率的增加滞后降雨3~5 d; (2)降雨是滑坡发生的主要诱因, 该滑坡发生过程可总结为前缘坡体蠕动-后缘滑体拉裂-坡体整体突滑3个阶段; (3)降雨雨型对滑坡稳定性也起着至关重要作用, 监测预警应分季进行。当日降雨量较小时, 均匀型降雨为其最不利影响型, 较其他雨型, 稳定性系数最大程度下降2%;当日降雨量较大时, 前锋型降雨为其最不利影响型, 较其他雨型, 稳定性系数最大程度下降8%。研究结果可为浅层土质滑坡灾害的监测预警提供科学参考。

近年来, 孟加拉湾北部若开盆地新生界沉积地层内不断取得深水油气勘探发现。本研究基于高分辨率3D地震反射资料, 在若开盆地上上新统沉积地层内识别出水道、天然堤、朵体(决口扇、含分支水道朵体)、半深海泥、块体搬运沉积体等多种深水沉积单元。结合钻井的测井、岩屑样品结果, 进一步确认了水道、天然堤、朵体沉积单元, 并针对过井沉积体开展沉积储层特征及勘探潜力的分析和对比研究, 获取了储层级别及其平面分布范围。由于若开盆地上新世以来沉积地层整体埋藏较浅, 压实作用较弱且成岩作用程度低, 水道、天然堤和朵体均可能为若开盆地中新统-上新统生物气的主力勘探烃藏提供储集空间。其中, 蜿蜒型紧密叠置浊积水道是尤其具有厚沉积、强连通、广展布、高砂地比和高孔隙系数的优质深水油气储集类型。研究成果可为深水油气勘探提供重要指导和启示。

在河流-潮汐双向水流控制的沉积环境之下, 西湖凹陷PB地区平湖组含油气地层中普遍发育薄煤层, 煤层导致储层的地震振幅、相位、频率均会发生一定变化。为明确PB地区煤层的发育对储层识别的具体影响以及储层识别的有效手段, 以地震、测井资料为研究基础, 在开展储层叠前、叠后地震响应特征的基础上, 基于去煤层反射系数地震响应特征分析和基于波动方程的叠后地震正演, 在厘清煤层发育对储层特征影响的前提下, 采用岩石物理多参数交会分析, 以探索研究区储层岩性识别的敏感参数、定门槛值。结果表明, 当储层厚度均小于调谐厚度时, 对地震数据进行90°相位旋转, 煤层对储层影响能一定程度地减弱。针对研究区含薄煤层的薄储层, 采用宽频谱反演-叠前V_p/V_s-叠前AVO三步走逐级优质储层预测流程, 能较好地刻画研究区含气砂体展布范围。

随着新井加密以及老井重复压裂的实施, 井间距缩小、单井改造规模扩大, 井间干扰程度高, 严重影响压裂效果及产量。为解决井间干扰程度评价及预防控制等问题, 应用地质工程一体化模拟技术, 综合利用三维位移不连续裂缝扩展方法及嵌入式离散裂缝技术, 建立水平井组地质工程一体化模拟模型, 评价单井及井组压裂改造后动用范围, 开展井间干扰程度影响因素分析。结果表明: (1)基质渗透率高于0.3×10^-3 μm²、裂缝半长大于100 m、裂缝间距小于40 m, 压裂改造范围明显变大, 井间干扰程度越明显; (2)随着井间距增加, 井间干扰程度不断变弱, 当井间距增加到400 m时, 井间干扰对单井最终可采储量(EUR)的影响可以忽略; (3)当井间距大于400m时, 井组累计产油量降低幅度变大, 需要优化合理井间距来平衡区块采收率和单井累计产油量的关系。研究结果可为井距优化及重复压裂技术应用提供有效指导。

为给黔中安江地下河系统污染防治及乌江流域生态保护提供科学支撑, 在水文地质调查和样品采集测试的基础上, 综合运用水文地质条件分析、舒卡列夫分类法和派铂三线图、正态性检验和Grubbs检验法、污染指数法等方法, 对安江地下河系统边界及水文地质特征、水化学成分及主要离子来源、背景值、污染现状及污染成因等进行了系统研究。研究结果表明, 安江地下河系统面积约18.91 km², 其地下水化学类型为HCO₃·SO₄-Ca型水、HCO₃-Ca·Mg型水、HCO₃·SO₄-Ca·Mg型水和SO₄-Ca型水等4类, 各类型占比大致相等, 其地下水主控离子主要来源为娄山关组白云岩、栖霞组-茅口组灰岩等碳酸盐岩与龙潭组含硫矿物的溶解和沉淀; 安江地下河系统已受到污染, 污染程度最严重指标为总磷, 其次为氟化物, 再次为硫酸盐; 栖霞组-茅口组灰岩含水岩组污染程度等级远高于娄山关组白云岩含水岩组。研究证明了安江地下河系统岩溶管道主要发育于栖霞组-茅口组, 其次为娄山关组; 含总磷、氟化物和硫酸根等无机污染物的地下水经岩溶管道向北东方径流迁移, 污染安江地下河系统, 并最终通过S50地下河出口排泄于乌江。本研究对于岩溶区地下河系统污染防治具有理论指导意义。

为识别济南长孝岩溶水系统岩溶地下水富集区补给源并揭示其富水机制, 利用水化学方法和自组织神经网络(SOM-KM)耦合法揭示研究区岩溶地下水补给源和空间分布规律, 利用端元混合模型定量计算富水区岩溶地下水的补给源贡献比; 并结合地形地貌、地质构造、地层岩性及汇水条件探究岩溶地下水富集机制。结果表明, 汇集排泄区岩溶地下水与南部补给区、侧向径流区岩溶地下水和黄河水水化学特征皆具相似性, 水力联系密切, 指示汇集排泄区岩溶地下水接受南部山区、侧向径流岩溶地下水和黄河水三源补给, 枯水期三者补给贡献率分别为75.09%、21.02%、3.89%。汇集排泄区碳酸盐岩分布广泛且裂隙岩溶发育, 尤其在马集-孝里-归德一带, 加之该地区岩溶地下水补给源丰富, 且在岩溶地下水自东南向西北径流过程中, 在北部受砂岩泥岩阻水地层的阻滞, 地下水汇聚于可溶岩与非可溶岩接触带, 形成地层阻滞型岩溶地下水富水构造。通过揭示长孝岩溶水系统岩溶地下水富集机制, 可为后续准确计算可采资源量、济南市保泉供水提供科学支撑。

为了解地下水与湖泊交互作用的研究趋势与前沿, 基于Web of Science数据库对相关文献进行了总结回顾, 依据VOSviewer辅助梳理了地下水与湖泊交互作用研究主题的发展历程, 结合CNKI数据库核心文献综合探讨了领域内的热点主题和难点问题, 总结了主要的热门研究手段, 并对该领域的未来发展趋势进行了预测和展望。分析发现, 地下水与湖泊交互作用研究依次经历了个体论、还原论、整体论3个发展阶段。当前的热点研究主题主要包括地下水与湖泊的水量交互、溶质传输以及生境互馈三大方面, 并将面临交互的时空异质性、交互界面的生物地球化学过程以及含水层对湖泊生态修复的时滞性等难点问题。稳定/放射性同位素、温度示踪、卫星遥感和数值模型是目前研究的热门手段, 且存在数据精度与覆盖范围相矛盾的共有应用缺陷。未来该领域的研究将迎来其发展的第Ⅳ阶段, 即大数据论。在这个阶段, 首先要依靠智慧数据进行精细监测, 提高地下水与湖泊交互动态变化过程的刻画精度; 其次应增效界面的数据挖掘, 准确量化地下水与湖泊交互界面的溶质传输通量; 然后还要建全数字生态文明, 全面赋能地下水与湖泊的生境互馈研究与生态环境保护, 促进该领域的综合发展。

低渗透砂岩储层的孔隙系统复杂, 孔隙-喉道大小分布多变, 是决定储层宏观岩石物理性质和控制流体在砂岩中渗流行为的关键因素。以往的低渗透砂岩孔隙结构分级评价工作多基于孔隙-喉道大小分布的几何形态或参数回归分析, 受人为因素干扰大, 缺乏精确的分级评价标准。以渤海湾盆地G油田沙四上亚段低渗透砂岩储层为研究对象, 综合运用岩相学分析、高压压汞、核磁共振及X射线CT扫描等技术手段, 详细探讨了低渗透砂岩微观孔隙结构特征。在此基础上, 选取了15个能够反映低渗透砂岩微观孔隙结构特征的储层评价参数, 并采用无监督模式下的自组织映射神经网络算法将取心层段的70组岩心样本自动划分为4类孔隙结构。研究结果表明, Ⅰ类孔隙结构以大孔喉为主, 中值喉道半径r₅₀主要分布在0.38~2.35 μm的范围内; 孔喉连通性好, 对渗透率贡献作用显著。Ⅱ类孔隙结构的渗流性能和连通性能仅次于Ⅰ类孔隙结构, 可动流体孔隙度在2.76%~5.61%之间, 中值喉道半径r₅₀主要分布在0.01~0.23 μm的范围内。Ⅲ类孔隙结构具有较好的孔喉连通性和较强的微观非均质性, 储集和渗流性能与Ⅰ类和Ⅱ孔隙结构相比明显较差。Ⅳ型孔隙结构内小孔喉占主导, 孔喉连通性差, 不利于流体在砂岩中的渗流。基于自组织映射神经网络算法可以实现多参数情况下的孔隙结构类型自动分类。分类结果不受不准确的用户自定义信息的影响, 并且对参与训练过程的参数数量没有限制, 在基于多参数的孔隙结构分类方面应用效果显著。建立的基于自组织特征映射(self-organizing feature map, 简称SOM)神经网络算法的孔隙结构分类评价标准, 对于研究低渗透砂岩储层的微观渗流行为和储层质量评价意义重大。