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2020年  第39卷  第4期

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灾害地质
西南煤系地层山区采动型崩滑灾害研究关键问题
李军, 褚宏亮, 李滨, 贺凯, 高杨
2020, 39(4): 453-466.
摘要:
文章在分析采矿型崩滑灾害发育特征的基础上,得出西南煤系地层山区地下采动型崩滑灾害常发生在层状碳酸盐岩与碎屑岩地层组成的褶皱翼部和核部的陡崖带上,与地形地貌、地层结构与地下采矿工程活动等因素关系密切,并指出薄矿层开采诱发大型山体崩滑灾害的具体过程:①采空后覆岩顶板塌落—覆岩顶板离层,采空区上覆岩层内部及层间自下而上应力传递;②地下水运移通道形成,并加快更大范围岩体结构破坏及扩展,加速了岩体结构面的松动与破坏;③上覆岩层不均匀沉降导致坡脚压裂,山体大型岩体结构面逐渐拉剪或压剪变形扩展,最终山体发生累积损伤与大规模崩滑灾害。此外,传统经验公式的计算方法对此类采矿型崩滑灾害已不适用,建议开展西南煤系地层山区地质结构与地下采动诱发崩滑灾害的相互作用关系、薄矿层采空区上部山体累积断裂损伤—岩体松动、裂隙扩展-岩溶管道流、裂隙流变化的链式响应机制、地下采动型崩滑灾害评价方法等关键科学问题的研究,以推动采矿型地质灾害防灾减灾工作的发展。
基于易滑地质结构与多源数据差异的岩溶山区大型崩滑灾害识别研究
贺凯, 李滨, 赵超英, 高杨, 陈立权, 刘朋飞
2020, 39(4): 467-477.
摘要:
岩溶山区地质环境复杂且脆弱,重特大崩滑地质灾害时有发生。如果对岩溶山区的地质环境认知不准,将直接导致对灾害识别能力不足。文章围绕岩溶山区裸露型岩溶陡崖、复合岩组型斜坡以及非裸露型岩溶斜坡3类基本易滑地质结构差异,探讨多源数据条件下更具适用性的识别探测方法。对于空间影响面积小的厚层岩溶陡崖结构,星-地组合识别方法更加适用,基于GNSS的识别探测方式可在获得动态变形趋势基础上,对可能发生的失稳模式进行初步预判,同时可对InSAR解译的地表位移进行矢量化校正,有利于提高对具有相同或相近SAR数据条件地区的灾害识别程度。对于具有较大空间影响面积的斜坡区域,可优先选用基于InSAR的遥感技术来获取地表变形结果,对于有致灾风险的大变形区还可结合易滑地质结构及外部影响因素对其可能失稳模式进行预判或反演分析。任何灾害识别方式都有其局限性,在实践中可根据不同地质结构特征与灾害类型特点,通过多源、多维度监测来构建综合识别体系,探索更具适用性的识别探测与数据分析新思路。
岩溶山区崩滑灾害变形破坏地质模式分类
郭静芸, 李守定, 李滨, 李晓, 毕鑫涛, 方然可
2020, 39(4): 478-491.
摘要:
岩溶山区特殊的地质结构导致崩塌、滑坡等地质灾害时常发生,带来了严重的人员伤亡和经济社会损失。研究岩溶山区崩滑灾害特征,建立相应的变形破坏地质模式,对于岩溶山区崩滑灾害风险防控与治理工程具有重要理论意义与指导价值。文章以典型地质灾害形成演化过程为例,在系统地分析研究区典型崩滑灾害地质背景、影响因素、动力学与运动学特征的基础上,提出了岩溶山区崩滑灾害变形破坏地质模式,得出以下主要结论:(1)影响崩滑成灾基本因素(崩滑灾害体势能、岩溶结构面、岩组结构、斜坡地貌和斜坡结构)、影响因素(水文地质条件、工程活动、地震、降雨)和变形运动特征(运动形式和变形机制)三个方面,据此建立了岩溶山区崩滑灾害地质分类指标体系。(2)结合研究区特征对模型体系里面的每个要素进行系统分析,崩滑灾害的发生是各个要素相互组合、相互作用的结果。(3)总结了研究区内5种典型崩滑地质模式:高势能反倾降雨型高速远程滑坡—碎屑流模型、高势能斜倾视向采矿型高速远程崩滑灾害模型、超高势能横向陡倾地震型高速远程滑坡、高势能采矿型高速崩塌—碎屑流模型、低势能差异风化崩塌模型。为后续开展物理模拟、数值模拟、稳定性计算和变形破坏预测等工作奠定基础。下一步将更加深入全面地建立研究区的崩滑灾害模式,并进行崩滑灾害的危险性分级工作。
山区地质灾害应急调查的内涵及方法分析评述
王宇, 黄成, 周翠琼, 杨迎冬, 肖华宗, 晏祥省, 张令泽, 王裕琴
2020, 39(4): 492-499.
摘要:
地质灾害应急调查是针对突发性地质灾害或险情进行的紧急调查,需在一至数日的调查期间及时提供实时信息,并尽快提交应急调查报告,为地质灾害应急救援和处置提供科学依据和技术支撑。根据应急调查技术条件,划分为单点和群发地质灾害应急调查两大类。文章论述了山区地质灾害应急调查主要工作流程,即:基础资料准备、现场协调会议、制订工作方案及协调安排、卫星及无人机遥感调查、野外应急调查、资料综合研究及报告编写,以及各个环节的主要工作方法。地质灾害应急调查主要采用野外现场调查访问、地质测绘与卫星定位以及高分辨率卫星遥感、无人机航拍等便捷有效的工作方法。文中定义了地质灾害应急调查,详细分析评述了山区地质灾害应急调查的基本规则、调查方法和技术要求。
碳酸盐岩破裂过程中管道—裂隙水非线性流动特性试验研究
孙欢, 刘晓丽, 王恩志, 刘驰, 张建民
2020, 39(4): 500-508.
摘要:
本文聚焦碳酸盐岩微观渗流特性与破裂机制的研究,开展了岩石破裂过程中管道-裂隙水流动可视化试验,基于岩石块体尺度试验结果定量分析管道流体向裂隙流体过渡的流态演化过程,研究多级荷载对管道-裂隙水流动特性的影响。试验结果表明:碳酸盐岩流态稳定性与破裂状态相关,管壁破坏初期管道流主要以层流为主,局部管壁劈裂造成管道流体时域性流态交替,管道流体向裂隙流体转变的前兆特征主要表现为过渡流态临界转换点。碳酸盐岩破裂过程中管道流体向裂隙流体过渡过程具有分数演化特征,分数指数能够定量刻画管流和裂隙流的临界过渡过程。
采动作用下上硬下软型缓倾岩质高边坡变形机理试验研究
钟祖良, 王南云, 李滨, 刘新荣, 崔芳鹏, 杨忠平
2020, 39(4): 509-517.
摘要:
我国西南岩溶山区地质环境复杂,地下开采活动频繁,大型崩滑灾害频发。为了了解上硬下软缓倾岩质边坡下覆矿层开采时坡体的沉降与地裂缝发育规律,以贵州普洒崩塌为例,通过相似模型试验,研究采动作用下,坡体的地表沉降、内部位移、层间压力变化规律、以及采动诱发的地裂缝发育情况。研究表明:在地下开采情况下,坡体地表沉降和内部位移随开采宽度增加呈线性增大;当开采宽度约为采高的16倍时,地表沉降突增,并伴随裂缝出现;测点越靠近地裂缝,沉降变化率越大,地裂缝发生位置与地表沉降变化率最大的测点大致出现在同一区域;掘进工作面推进时,采空区上方顶板岩层出现卸荷区域,压应力减小,而采动工作面煤层上方岩体出现层间挤压区域,压应力增加;采空区上方大于20倍采高范围以外,岩体层间压力受地下开采活动的扰动影响微弱。本研究为西南岩溶山区在地下采动作用下,对山体崩滑的早期识别与破坏机制分析具有一定的参考意义。
光学遥感用于贵州发耳镇尖山营滑坡监测研究
陈立权, 赵超英, 任超锋, 王佩杰, 陈雪蓉, 陈恒祎
2020, 39(4): 518-523.
摘要:
文章选取贵州省发耳镇尖山营采矿型滑坡为研究对象,利用多期光学遥感数据,基于亚像元相关性匹配技术,实现该滑坡长时序定量化二维形变监测。利用多期存档Google earth影像及无人机影像,探测出该地区1#滑坡在2013年已开始发生明显的地表形变,且随着时间的推移,地表形变愈发严重;再基于Sentinel-2遥感数据求解出1#滑坡自2016年7月31日至2020年3月22日期间的二维形变时间序列,结果表明:该滑坡最大水平形变方向与斜坡方向一致,且在东西向和南北向上均表现为持续增大的趋势,最大累积形变量分别达到了44 m和-58 m。
贵州纳雍普洒滑坡动力触发机制离散元模拟分析
崔芳鹏, 李滨, 杨忠平, 吴乐乐, 李宁, 彭健全
2020, 39(4): 524-534.
摘要:
采用UDEC离散单元法数值模拟,再现了贵州纳雍张家湾镇普洒滑坡在煤层采空区、深大岩溶裂隙、强降雨和回采爆破振动协同作用下的动力响应特征,揭示出该崩滑的动力触发机制与主控因素。结果表明:(1)在原始坡体下伏煤层自下而上依次开采时,其采空区上覆岩层中“冒落带”、“裂缝带”和“弯曲下沉带”范围逐渐扩大,当位于最上部的煤层被开采后,其上覆岩层中发育的“弯曲下沉带”已触及坡脚;期间该原始坡体处于累积变形阶段,其变形具有明显的整体“下座”和“顺时针旋转”特征;(2)在强降雨作用时,已受采空区作用的坡体进入累积变形扩大阶段,其宏观变形仍具有“下座”和“顺时针旋转”特征;(3)当回采爆破振动持续作用时,已受采空区和强降雨耦合作用的变形坡体进入持续“渐进损伤”、“临界崩滑”、“解体破碎”、“震荡抛射”和“堆积压实”动力响应阶段,期间滑坡体宏观位移表现出明显的“下座”、“溃屈”和“顺时针旋转”特征。
贵州水城“7.23”高位远程滑坡冲击铲刮效应分析
高浩源, 高杨, 贺凯, 李滨, 赵志男, 陈立川, 王永甫
2020, 39(4): 535-546.
摘要:
以2019年贵州水城“7.23”滑坡为例,采用现场调查、无人机航测和数值模拟技术,分析了滑坡的运动过程和冲击铲刮特征,结果表明:(1)水城“7.23”滑坡属典型的高位远程滑坡,滑体高位启动后冲击下方凸起山脊,铲刮地表残坡积土层,并解体形成碎屑流,最大铲刮深度可达11 m;(2)模拟结果显示,滑坡运动最大速度为30 m?s-1,最大动能达8 900 kJ,铲刮体积达46×104 m3,最终体积为116×104 m3,灾害放大效应明显;(3)水城滑坡的冲击铲刮过程可分为冲击嵌入→剪切推覆→裹挟混合三个阶段。
水力作用下岩质斜坡破坏机制和稳定性分析研究现状
刘新荣, 熊飞, 李滨, 杨忠平, 周小涵
2020, 39(4): 547-558.
摘要:
基于国内外研究现状和岩质滑坡案例,总结出岩质滑坡的水力致灾机制,归纳考虑水力作用下的岩质斜坡主要失稳破坏模式,评述了岩质斜坡稳定性分析方法。岩质滑坡的水力致灾机制主要由于水对滑体产生的静水压力(岩体侧面的推力、滑面的扬压力和岩体的浮力)和动水压力(向坡外的渗透力)作用。从渗流—应力耦合的角度可较全面评价水渗流对坡体稳定性的影响。斜坡的岩体结构决定了水力作用方式和坡体的失稳破坏形式,考虑水力作用下的岩质斜坡失稳破坏形式主要有:顺层滑动、平推式滑动、楔形体滑移和危岩的崩塌。对于水力作用下岩质斜坡的稳定性分析方法主要有极限平衡法、有限元强度折减法、基于断裂力学的危岩稳定性分析法和渗流—应力耦合模型分析法,其中前两种方法应用较为广泛。
鬃岭高位滑坡带地下水补径排特征及致灾作用研究
易连兴
2020, 39(4): 559-566.
摘要:
本文以贵州省纳雍县鬃岭崩塌滑坡带两个滑坡区为例,通过水文地质调查、水动力场分析、水化学和流量动态对比分析,得出结论(1)天然条件下,崩塌滑坡带存在3个相对独立的地下水系统,采煤活动改变了局部地下水径流排泄方向,使上部基岩裂隙水、中部岩溶水补给到下部基岩裂隙水中,最后从坑道或泉排泄出地表。(2)流量动态和钙离子含量变化表明,雨季中部岩溶水灌入式补给到了采空区坑道中,同时也表明老鬃岭镇滑坡区山体浅部垂直裂缝发育,左家寨滑坡区山体浅部至深部垂直裂缝均有发育。(3)鬃岭崩塌滑坡体内部地下水以非饱和水下渗运动为主,不存在饱和地下水流场,故而不存在水动力驱动滑坡影响作用。(4)在鬃岭崩塌滑坡孕灾或灾害触发过程中,地下水对垂直裂缝、滑动结构面的发展和岩体破坏、失稳主要起到加速和促进作用。本文对岩溶石山地区类似滑坡机理研究有一定意义。
三峡水库碳酸盐岩区岩溶作用与斜坡破坏
陈小婷, 黄波林, 李滨, 张鹏, 秦臻
2020, 39(4): 567-576.
摘要:
三峡水库峡谷区矗立着大量岩溶不稳定库岸,危及长江黄金水道安全。采用野外勘查和力学分析,对三峡库区碳酸盐岩区岩溶作用与斜坡破坏关系进行深入研究。野外勘查发现,三峡库区碳酸盐岩库岸存在许多与溶洞、溶隙、溶蚀带、溶槽、溶沟等表层岩溶作用有关的斜坡不稳定现象。巫峡段库岸内共发育岩溶地质灾害及隐患点186处,其中滑坡隐患点37处,大型以上危岩体6个。岩体力学分析表明:强降雨、蓄水和岩体劣化会因为有效应力减少、强度下降而造成破裂的节理/裂隙逐渐扩大。同时,水位变动带岩体劣化的裂缝扩展速率比三峡的平均溶蚀率高出约1 300倍,极大地加快了已经进入屈服状态的不稳定岩体的演化进程。溶蚀作用是岩溶岸坡中最基本的作用,库水长期波动加快了岩溶岸坡演化。本次研究将为三峡库区峡谷段不稳定库岸识别和防灾减灾提供技术支撑。
基于强溶蚀带特征的地基岩溶发育程度评价方法
曹贤发, 刘玉康, 刘之葵, 张炳晖
2020, 39(4): 577-583.
摘要:
岩溶发育程度评价结论不能合理反映地基实际的岩溶问题处理难度,是导致目前岩溶区建筑基础选型失误屡见不鲜的根本原因。本文以南宁市吴圩国际机场新航站楼为工程背景,分析了现有的岩溶发育程度评价指标的局限性,论证了以强溶蚀带厚度作为岩溶发育程度评价指标的先进合理性,提出了岩溶发育程度评价的建议标准,结果表明:基于地基溶蚀率深度分布曲线划分的地基强溶蚀带,综合考虑了地基的岩面溶蚀和洞隙发育的主要深度范围,其分布特征能反映岩溶地基最为复杂的深度范围,其作为场地岩溶发育程度评价指标是合理的,其岩溶发育程度评价标准建议如下:当强溶蚀带厚度(M)分别为:<3.0 m,3.0 m≤M≤6.0 m,≥6.0 m时,场地岩溶发育程度可分别判定为岩溶弱发育、中等发育和强发育。
桂林阳朔如意峰景区A4救生平台基础岩体稳定性分析
谢艳华, 张炳晖, 孙刚臣, 刘宝臣, 陈宣东, 范新东
2020, 39(4): 584-591.
摘要:
依托桂林阳朔如意峰旅游景点项目开发,针对项目建设中A4救生平台基础存在的安全隐患问题,通过现场调查和理论分析相结合的方法,采用赤平投影定性分析和极限平衡法、有限元数值模拟法定量计算相结合的方式,对如意峰景区A4救生平台基础岩体稳定性进行综合评价,分析表明A4救生平台基础岩体处于不稳定状态,需对其进行加固处理,并提出了加固处理建议措施,为后期危岩崩塌的治理提供理论支撑和科学依据,对岩溶地区类似岩体的稳定性研究具有一定的参考价值。
峨汉高速廖山隧道岩溶发育规律及其工程效应浅析
李芳涛, 李华明, 胡志平, 陈南南, 晏长根
2020, 39(4): 592-603.
摘要:
峨汉高速廖山隧道地处西南岩溶区,岩溶地质灾害频发。在开展岩溶区地质环境调研的基础上,厘清隧址区岩溶发育特征,浅析隧址区岩溶发育规律及其控制因素,最后探究了岩溶发育的工程效应。结果表明:隧址区岩溶形态多样,呈现多尺度、多样化、密集性发育的特征;岩溶在控溶因素的耦合作用下表现出显著的选择性、方向性、分层性、不均匀性以及系统连贯性等规律,其中地层岩性及其组合情况是物质基础,地形地貌与地质构造特征是主导条件,而水文地质条件是决定性因素;岩溶发育的工程效应表现在隧洞稳定性、岩溶涌水突泥和全寿命周期内的影响三个方面,不良岩溶地质体及岩溶富水空间的存在极易诱发洞身大变形、隧底岩溶塌陷等稳定性问题,以及局部静态岩溶水突出与湖水倒灌等涌水突泥灾害,甚至对隧道结构在运营期内的稳定性和耐久性造成不利影响。
云南万寿山地区岩溶水系统特征及隧道选线研究
任亚楠, 万军伟, 黄琨, 何欣慧
2020, 39(4): 604-613.
摘要:
岩溶地区隧道建设中常发生突水、突泥等地质灾害,危及工程和施工人员安全,故隧道线路的优化工作尤为重要。本文以三清高速万寿山隧道为例,通过大比例尺水文地质调查,查明了区域岩溶水系统的空间展布和岩溶地下水的循环特征,研究了不同隧道方案与岩溶水系统的空间位置关系,并预测不同线位方案岩溶水害的发育特征。在此基础上,选取隧道穿越断层数量、隧道穿越岩溶含水层长度、最大突水压力以及最大突涌水量作为隧道方案比选的定量评价指标,基于层次分析法,建立岩溶地区隧道线路综合评价模型。对不同线位方案进行地质比选,结果表明:C方案的岩溶水文地质条件相对较好,岩溶突水突泥风险最低。
小三峡岩溶隧道围岩防突层安全厚度有限元分析
张桥
2020, 39(4): 614-621.
摘要:
针对小三峡隧道岩溶发育的工程地质特征,采用有限元方法建立典型隧道断面数值计算模型,分析充水溶洞位于隧道不同方位、不同距离时隧道围岩位移和塑性区变化规律,并结合围岩的位移变化情况和塑性区分布情况作为评价隧道围岩突水的判据,得出防止隧道围岩突水的岩层最小安全厚度。研究结果表明:在岩溶水压力作用下,当洞径比一定时,随着溶洞逐渐远离隧道,溶洞对隧道的影响在逐渐减弱;当间径比一定时,溶洞直径越大对隧道的影响越明显;同时根据围岩的位移和塑性区计算结果得到了隧道围岩最小防突厚度。研究成果可为小三峡隧道安全施工提供技术支撑。
基于PCA-PSO-SVM的凡口铅锌矿地区岩溶地表塌陷危险性预测
周爱红, 牛鹏飞, 袁颖, 黄虎城
2020, 39(4): 622-628.
摘要:
岩溶地表塌陷是由多个影响因素共同作用导致地面形成塌陷坑(洞)的一种动力地质现象,具有隐蔽性和突发性的特点,常规简单数学模型难以对地表塌陷危险性准确预测。文章先通过主成分分析法(PCA)对选取的地下水位、地下水位波动幅度、给水度等11个影响因素提取5个主成分,对导致地表塌陷危险性的主成分进行全新的解释,同时引入粒子群算法(PSO)优化的支持向量机(SVM)方法,建立PCA-PSO-SVM岩溶地表塌陷危险性预测模型,并结合凡口铅锌矿地区工程实例,将预测结果与单一的SVM模型预测结果进行对比,表明PCA-PSO-SVM危险性预测模型精度更高,可以更好地为岩溶地表塌陷防治工作提供依据。

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《中国岩溶》编辑部
2022年4月20日