川藏铁路交通廊道地质调查工程主要进展与成果

川藏铁路是我国正在规划建设的重点工程,由于其位于地形地貌和地质构造都极为复杂的青藏高原东部,在铁路规划建设中面临一系列迫切需要解决的关键地质问题: 区域性活动断裂与断错影响、地质灾害、高地应力及其引起的岩爆和大变形、高温热害、断裂带高压水与涌水突泥、高陡边坡稳定性等。为满足技术支撑川藏铁路规划建设、精准服务国家重大战略实施的需要,中国地质调查局部署了“川藏铁路交通廊道地质调查工程”,聚焦制约川藏铁路规划建设的关键问题,充分发挥地质调查工作对国家重大工程规划建设的支撑作用。2019年主要完成铁路沿线1:5万区域地质调查1 350 km²、1:5万地质灾害调查5 000 km²,建设6口大地热流地质参数井、8个地温监测站,完成地应力测量20孔,编制完成11份地质调查专报,提出的大渡河大桥段、理塘车站段、毛垭坝盆地段等线路优化建议/防灾建议被采纳; 首次将1:5 000大比例尺航空物探技术引入复杂山地铁路工程勘察,创新形成千米级超长水平钻孔定向取心钻进技术,实现500 m深的水平孔地应力测量突破等。该工程通过2019年调查研究,全力提升了铁路沿线地质调查程度与精度,并创新了复杂艰险山区重大工程地质问题与探测技术、地质灾害风险防控理论与减灾关键技术,有效支撑服务了川藏铁路规划建设。     

基于SBAS- InSAR技术的西藏雄巴古滑坡变形特征

大型古滑坡及其强变形和复活灾害日益频发,已造成重大灾害事件和严重损失.古滑坡的发育、变形影响因素多、机理复杂和识别难度大,本文采用SBAS-InSAR技术,结合遥感解译,获取了金沙江西岸雄巴村古滑坡2017年10月至2020年6月间的地表变形特征.研究表明,雄巴古滑坡方量巨大,可达2.6×108～6×108 m3,根据InSAR形变监测结果,滑坡前缘发育H1和H2等2个大型强变形区,变形级别分为4级:极强变形区(-132.1 mm/a≤VLOS＜-58.5 mm/a)、强变形区(-58.5 mm/a≤VLOS＜-20.3 mm/a)、中等变形区(-20.3 mm/a≤VLOS＜l.8 mm/a)和弱变形区(1.8 mm/a≤VLOS＜55.4 mm/a);其中H1变形区,最大累计变形量达203.8 mm,H2变形区变形量达302.1 mm.受金沙江河流侵蚀,特别是上游75 km的2018年10月和11月白格2次滑坡-堵江-溃坝-泥石流/洪水灾害链对雄巴古滑坡坡脚的侵蚀,加剧了雄巴古滑坡的变形,其中H1变形区的蠕滑速率是白格滑坡灾害链发生前的14～16倍,灾害链引起H2区发生变形,雄巴古滑坡整体呈现牵引式复活状态.基于SBAS-InSAR的形变监测结果得到了野外的验证,目前H1变形区前缘出现局部垮塌,滑体中横向和竖向裂缝发育,局部呈现拉张状态.雄巴古滑坡目前呈现持续变形中,部分地段为加速变形,雄巴古滑坡发生大规模复活将导致堰塞金沙江-溃坝-泥石流灾害链,应加强雄巴古滑坡的空—天—地一体化监测预警,为该区正在规划建设的重大工程和流域性地质安全风险提供技术支撑和科学依据.     

西藏贡觉粉砂质泥岩工程地质特性与蠕变强度研究

川藏铁路在穿越西藏贡觉地区时遇到三叠系粉砂质泥岩,在高地应力条件下容易发生大变形等危害。文章开展了不同围压下的岩石三轴压缩和和三轴蠕变试验,结合PFC数值模拟,研究了粉砂质泥岩在不同围压下的蠕变特性和长期强度研究,结果表明:贡觉粉砂质泥岩流变具有西原蠕变模型特征,蠕变与常规三轴试验条件下,随着围压不断增大,粉砂质泥岩试样均由拉-剪破坏向单剪破坏过渡,剪切破裂面与水平线的夹角逐渐减小,微裂纹数量减少;蠕变试验相较于常规三轴试验,由拉应力引起的压碎带影响范围更广;在高围压条件下,粉砂质泥岩更容易发生流变,随着围压的增大,轴向应变、侧向应变和体积应变均增大,微裂纹数量呈下降趋势;瞬时弹性模量及黏弹性系数与围压呈线性递增关系,黏弹性模量与围压呈对数型增长关系,黏塑性系数与围压呈指数型增长关系。在荷载长期作用下,岩石长期强度低于瞬时强度。     

大瑞铁路高黎贡山越岭段主要工程地质问题与地质选线

在野外地质调查、钻探、地应力测量和室内测试分析的基础上,对大瑞铁路高黎贡山越岭段规划设计中可能遇到的高地温、高地应力、活动断裂断错、岩爆、涌水突泥、软岩大变形和边坡稳定性等主要工程地质问题进行了论述,认为高地温和热害是制约高黎贡山深埋隧道段建设的关键因素。根据地热钻探、测试资料分析,该区的地热分布受断裂构造控制明显,黄草坝断裂具有阻水隔热的工程地质特性。对比分析认为,C12K方案(34.5 km越岭长隧道方案)位于黄草坝阻水隔热断层之南,通道内相对低温,且在隧道口处避让了古滑坡等不利工程地质问题,在众多比选方案中工程地质条件较好。调查研究结果对大瑞铁路全线贯通具有重要意义。     

西藏加查拉岗村巨型古滑坡发育特征与形成机理研究

青藏高原地质构造活跃,内外动力作用强烈,加之气候异常变化,区内大型滑坡发育。以雅鲁藏布江断裂附近新发现的拉岗村古滑坡为研究对象,在现场调查、槽探揭露、地质测年和工程地质分析等基础上,对其发育特征及成因机制进行了分析研究。研究表明,(1)拉岗村滑坡属巨型岩质滑坡,体积达3.6×107 m3,最大水平滑动距离约3050m,滑坡后壁与堆积体前缘高差达965m,最大运动速率达78.1m/s,具明显高速远程特征;(2)受冷冻风化和冰体"楔劈"作用影响,滑坡后部岩体崩裂,全新世以来气候变化冰川逐渐消退,融雪降水入渗加剧劣化岩体结构,降低岩体强度;(3)根据14 C和10Be测年结果,拉岗村古滑坡形成于距今4140~9675a,沿雅鲁藏布江断裂发生的强震可能是该滑坡的直接诱因,岩体受到地震抛掷力作用,原有节理裂隙和新生破裂面发生张剪-拉裂破坏迅速贯通,首先沿断裂附近碎裂结构岩体发生破坏,上部岩体随之失稳并高速下滑。该研究可为认识青藏高原断裂带内大型古滑坡的形成机理提供借鉴。     

基于离心机模型试验的甘肃江顶崖古滑坡复活机理研究

位于白龙江断裂带的甘肃舟曲江顶崖古滑坡规模巨大,受断裂活动、降雨入渗与河流侵蚀和人类工程活动等因素影响,多次发生复活-堵塞白龙江灾害事件,造成极大危害。为研究江顶崖古滑坡的复活机理,本文在野外地质调查的基础上,重点开展了滑体在含水率为10%、15%和20%条件下的离心机模型试验。研究表明:在滑体含水率为10%情况下,试验结束后仅在坡体中后部产生少量裂缝,但滑坡体整体还处于稳定状态; 而在滑体含水率为15%和20%情况下,滑坡均发生了破坏,在滑体含水率分别为15%、20%情况下坡体失稳所需离心加速度分别为100g和50g。试验测试分析表明,江顶崖古滑坡为推移式滑坡,其变形先从坡体中后部开始,坡体中后部产生裂缝,随后裂缝逐渐向前缘扩展,最终裂缝贯通造成滑坡滑动破坏。滑坡体的变形过程主要分为3个阶段: ①变形启动阶段(裂缝开始形成阶段); ②变形加速阶段(裂缝加速发展阶段); ③失稳阶段。通过离心模拟试验,结合野外调查分析,认为江顶崖古滑坡复活的因素主要受降雨和孔隙水压力的影响,是受前缘河流侵蚀牵引、降雨入渗造成滑坡中后部推移的耦合滑动。     

滇西北小中甸盆地湖相粘土沉积特征与工程特性研究

滇西北小中甸盆地是上新世末期以来在青藏高原强烈隆起过程中形成的NNW向第四纪断陷湖盆地,从深切的小中甸河谷剖面可见盆地上部发育中晚更新世湖相粘土.规划建设中的滇藏铁路将从小中甸盆地穿过.野外调查发现小中甸湖相粘土厚数十米以上,粘土细腻、层理发育.室内试验表明:小中甸湖相粘土是一种高分散性、高含水量、高塑性和高孔隙性的结构性粘土,其力学性质指标表现为高粘聚性、以中低膨胀性为主.工程开挖卸荷、浅表层土体暴露在干湿交替环境中,土体收缩强度衰减,由此产生土体差异变形和粘土边坡滑塌破坏.     

基于瑞典条分法数值解的边坡蒙特卡罗可靠性分析

本文基于瑞典条分法数值解的基本思想,建立了蒙特卡罗(Monte-Carlo)边坡可靠性分析计算模型,对云南省香格里拉县冷都复杂斜坡体前缘滑动体的稳定性进行了分析,计算结果表明该复杂斜坡体在目前状况下具有较高的稳定系数和可靠度,在降雨和地震作用下稳定性差,需要采取工程措施进行加固。     

数值模拟探讨青藏高原东部应力应变场及断裂活动性

青藏高原东部是我国活动构造非常强烈的区域,现今的应力应变状态对活动构造研究有重要参考意义。本文依据地质资料和岩石力学性质构建相应的有限元数值模型,以GPS观测为边界约束,计算得到了青藏高原东部应力应变场,在此基础上探讨了主要断裂的活动特征。结果显示,距离印度板块和欧亚大陆板块碰撞带较近的青藏高原,汇聚速度、最大压应变率和最大压应力均较高,而随着远离碰撞带各个数值相应降低;在青藏高原东部,以喜马拉雅东构造结为旋转中心的一系列弧形断裂滑动速率相对较高,如玉树—鲜水河—小江断裂带,巴塘—金沙江断裂带,嘉黎断裂带等,这些走滑断裂带控制着青藏高原东南缘物质旋转挤出的特征,而其它断裂带滑动速率则相对较低,在块体内部则更低;结果同时表明应变速率分配高的断裂达到屈服的时间短,对应的地震复发周期短。