汶川大震的科学思考

在野外地震地质科学考察的基础上,围绕汶川地震发震断层的特征、发震机制、地表破裂带的分段性与分带性、南北构造带地震危险性、地震地质灾害的多发性及链生性、工程建(构)筑物的破坏特征与安全性、地震烈度区划问题及极端自然灾害的预测与应对等进行了分析和讨论,并就有关问题提出了一些新的思考.结果表明,低速滑动断层、晚更新世断层或中央活动断裂也可以发生强震;汶川地震同时具有深部构造的控震作用;地表破裂沿走向可分为映秀-安县段、北川-关口段及青川段;地表破裂可分为主破裂、牵动破裂与感应破裂3种类型;青川段的深部破裂与浅部破裂没有几何上的连续关系或继承关系;贺兰-川滇南北构造带是中国大陆强震多发带,尤其是其北段的六盘山-天水-武都-青川一带未来的强震危险性不容忽视;汶川地震地质灾害具有灾害类型多、成因机理复杂、灾害链长、规模大、范围广、灾害程度深、危害对象广、持续时间长等特点;高烈度区和活断层沿线的地质灾害危险性区划与预测评价对防灾减灾极为重要;活动断裂沿线应注意破裂影响带宽度与建筑物安全避让距离;应对地震等极端自然灾害,应以预防为主,综合减灾;地震烈度区划应同时考虑活动断层的复发周期、地震的离逝时间乃至地形地貌条件;重大工程应提高设防烈度;应当加强极端自然灾害预测评估,完善应对对策和提高应对水平.     

非稳定渗流条件下非饱和土边坡稳定分析

大量的滑坡灾害表明, 水的作用是影响边坡失稳的重要原因,合理地评价边坡的稳定性,需考虑边坡基质吸力场的变化与水的渗流作用。通过稳定与非稳定渗流条件下的非饱和土堤算例,探讨了Bishop和Fredlund非饱和土抗剪强度公式应用于强度折减有限元法的差异,并与极限平衡法的结果进行对比。结果表明,Bishop和Fredlund非饱和土抗剪强度公式的本质是相同的,而从非稳定渗流条件下的分析结果来看,强度折减有限元法分析的安全系数与极限平衡法分析临水坡和背水坡安全系数的最小值相当接近,强度折减有限元法更适合分析边坡的整体稳定性。此外,采用Bishop强度公式可以通过用饱和度代替基质吸力参数来体现基质吸力对强度的影响,在分析饱和度较高的非饱和土边坡稳定性时较为方便。     

黄土地质灾害研究中的关键问题与创新思路

我国黄土高原不仅是中华民族的发源地,也是世界上惟一的最年轻、且正在堆积的高原,它记录着240万年以来全球自然环境和气候变化以及地表灾害演化的丰富信息,每年全国有近三分之一的地质灾害发生在这一地区。本文概述了黄土地质灾害的危害现状,分析了目前黄土地质灾害研究方面存在的关键科学问题,并提出了当前应重点开展的研究思路和课题:研究黄土地质结构和黄土介质力学行为对灾害孕育的协同控制规律,概化黄土重大灾害的基本成灾模式;破解复杂动力作用下黄土重大灾害发生、突变、演化机制和灾害链演变规律;建立黄土重大灾害超前判识、预警预报与风险控制的理论及技术方法体系,形成黄土地区重大灾害减灾示范。     

求取现场黄土饱和渗透系数的双环入渗法

土体渗透性参数的测定是解决与水有关的岩土工程问题的关键所在。为使现场原状土体饱和渗透系数的测定更为准确,通过一种易于安装和固定的防蒸发型双环入渗仪,研究黄土的入渗规律与特点,试验结果表明:黄土的入渗分区可分为饱和区、湿润区与干土区,其中饱和区的入渗深度约占总入渗深度的1/2,而湿润区土体的饱和度在70%以上,这一特征与Green-Ampt入渗模型的假设较为接近,但在应用基于Green-Ampt模型的规范法（SL237-042-1999）求取黄土的饱和渗透系数时,发现该法会高估黄土的饱和渗透系数。因此,结合Green-Ampt入渗模型与土水特征曲线主要增湿路径的特点,提出了能合理测定现场黄土饱和渗透系数的双环入渗法,对Green-Ampt入渗模型参数加以修正,即直接采用干土区的初始基质吸力水头值,且该值由张力计实测或由主要增湿曲线求得;需采用入渗试验前期的平均入渗率;所对应的湿润锋发展深度需经由水分传感器实测而得。研究结果表明该法能合理估算现场黄土的饱和渗透系数。     

数值优化方法在确定张力计反应时间上的应用性

张力计的反应时间可用于估算非饱和土的渗透系数,并可作为张力计选型的评判依据。为了更加合理且便捷地确定张力计的反应时间,先通过不同含水量条件下的泾阳黄土、定边黄土以及毛乌素砂土的土柱试验测定张力计的响应曲线,再利用半经验图解法与结合通用全局优化(UGO)算法的数值优化方法来确定反应时间,并探讨了数值优化方法的实用价值及其局限性。研究结果表明,张力计的响应曲线可分为张力计安装扰动段、压力反应滞后段以及稳定平衡段,其中,压力反应滞后段建议采用4次多项式函数拟合,而稳定平衡段则采用线性函数拟合。数值优化计算结果表明,在一般情况下,Levenberg-Marquardt优化法(LM+UGO)、BFGS准牛顿优化法(BFGS+UGO)与共轭梯度优化法(CGM+UGO)的拟合程度高,用时短,但对于数据抖动幅度较大或存在突变型曲线特征等复杂形式的张力计响应曲线,数值优化算法不易获得较理想的结果,此时仍需借由经验判断才能确定合宜的反应时间。     

地铁工程地质灾害危险性综合评估定量方法——以西安地铁一号线为例

以西安市地铁一号线建设工程地质灾害危险性评估为例,对综合评估量化评分方法进行了理论探讨和实例分析,主要讨论了评估因子的选取、各因子权重和分级取值、危险性等级划分和各级分值范围确定、评分方法和步骤等几个方面的内容.实例分析结果表明,基于本文量化评分方法基础上的地质灾害危险性分区能够较好地反映多因素的综合影响,评估结果合理可信.     

基质吸力对非饱和土抗剪强度的影响

在自然界和工程实践中遇到的土大多数是非饱和土,研究吸力对非饱和土抗剪强度的作用,对于工程实践具有重要的意义。通过压力板仪和直剪仪组合试验,探讨了击实土抗剪强度和基质吸力的关系。试验结果表明：凝聚力在饱和度为40%-60%时最大,而内摩擦角则随饱和度增加而有所减少。进一步对比土-水特征曲线与抗剪强度的关系,并整合前人研究成果,指出了非饱和土中吸力对其抗剪强度影响的规律。对于无黏性土,在边界效应区不产生假凝聚力,且内摩擦角不变;在过渡区与非饱和残余区,假凝聚力和基质吸力的关系存在峰值且变化较大,内摩擦角则随吸力增加而增加。对于黏性土,残余体积含水率所对应的最小吸力可能是影响抗剪强度的界限值,小于此吸力值,φb可近似为常数。但在非饱和残余区,凝聚力将随土状态路径的不同而变化。对于重塑土,凝聚力降低;而对于原状土,则凝聚力可能不变或增加。     

坡地地质灾害的减灾策略——以降雨预警基准为例

降雨是诱发坡地地质灾害的重要原因,因此掌握降雨的趋势与分布规律,可有效地用于坡地灾害预警,但由于降雨预测精度、灾害资料统计的不足与坡地地质条件的不确定性,实际应用降雨预警基准仍存在许多困难。通过分析台风诱发坡地地质灾害的降雨特性,来说明降雨预警基准在防灾减灾工作上应用的条件与限制。结果表明,对于不同类型之坡地灾害与降雨分布特性,需采用不同的雨量预警基准。唯有通过岩土力学、工程地质学与气象学的整合研究,才能有效提高降雨预警基准预测的准确率,因此各学科的整合是未来防灾减灾研究工作的发展趋势。     

地铁工程地质灾害危险性综合评估定量方法——以西安地铁一号线为例

以西安市地铁一号线建设工程地质灾害危险性评估为例,对综合评估量化评分方法进行了理论探讨和实例分析,主要讨论了评估因子的选取、各因子权重和分级取值、危险性等级划分和各级分值范围确定、评分方法和步骤等几个方面的内容。实例分析结果表明,基于本文量化评分方法基础上的地质灾害危险性分区能够较好地反映多因素的综合影响,评估结果合理可信。