大陆地质与大陆构造和大陆动力学

当代地球科学发展的新需求与板块构造对大陆地质的深化研究,使大陆问题成为21世纪地学发展的前沿研究领域、热点和关键。文中在提出“大陆动力学”研究20多年后的今天,进行关于大陆研究的新思考,从讨论厘定大陆研究的有关争议概念、大陆的基本问题、中国大陆构造的典型实例以及与世界同类范例的简要对比出发,综合概括了大陆地质与大陆构造和大陆动力学研究的关键科学问题与进一步探索研究的思考课题。提出了在大陆研究中,在进一步精确深化板块构造对大陆的研究的同时,应突出加强大陆构造中有无非板块构造动力及其远程效应的大陆内的、在深部动力学与陆块间差异非均衡背景下由陆内陆块间相互作用导致的真正陆内构造及其动力学问题的研究,以便为深化发展板块构造、认知大陆、探索大陆动力学、构建包括板块构造在内新的行星地球构造观作出努力与探索。     

延吉盆地多期不整合面的形成及其油气地质意义

延吉盆地是一个后期改造较为强烈的断陷盆地。应用地震、地质、测井资料识别出延吉盆地中存在6个较大的不整合面,它们以角度不整合和超覆不整合2种类型为主。分析认为,燕山Ⅰ、Ⅱ幕运动形成了盆地雏形,燕山Ⅳ幕运动则使盆地回返,此期出现大量高岭石（40%）,表明其与大气水淋滤等有关。短暂沉降后（龙井组）,燕山运动晚期（Ⅴ幕）发生的又一次大规模以南北挤压为主的构造运动,导致南北两翼抬起幅度巨大,剥蚀厚度超过700 m,盆地中部剥蚀厚度大约为300 m。不整合面是划分三大构造层（前断陷期、断陷期、坳陷期）的依据。其早白垩世铜佛寺组和大砬子组间的整合关系利于油气的生成。不整合面既可改善储集体的渗透性,又是形成油气二次运移的良好通道。初步预测与不整合有关的油气藏（侵蚀残丘、地层超覆不整合、断层坡折）可作为下一步勘探的目标。     

青藏高原东南部贡嘎山海螺沟冰川冰下沉积物形成与变形

冰岩界面的冰川动力学是冰川系统的重要组成部分, 海螺沟冰川地处温暖湿润的海洋环境, 冰川运动速度较快, 冰川底部接近压融点, 是研究冰下过程的较理想地点. 在海螺沟冰川大型磨光面上浅显侵蚀坑内发现了碎屑物质. 对碎屑物质理化特征研究表明: 粒度特征、地球化学与石英砂SEM 分析表明沉积在冰岩界面上的物质来自于冰川底部的底碛层, 而不是冰上环境的产物. 偏光显微镜下观察到的冰下沉积物呈现出一系列塑性变形(微旋转、褶皱)和脆性变形(线性结构、支撑结构、断层)微观结构和构造. 两种变形结构的存在是碎屑物质在形成过程中其含水量波动情况的反映. 冰下碎屑物质是冰下融出、滞碛作用的共同产物. 在整个冰下碎屑物质形成与变形过程中, 由于冰下水系季节性变化带来的冰岩界面上冰川融水含量的波动起了决定性作用.     

深大基坑首层盆式开挖对基坑变形影响分析

以上海中心大厦裙房逆作施工基坑的首层土方开挖为背景,针对盆式开挖盆边预留土堤大小对基坑变形影响进行了深入分析。结果表明,围护墙变形计算值与实测值较为吻合;在逆作法深大基坑中,围护墙厚度在0.8～1.6 m之间变化及是否考虑地墙落低作用对首层开挖的基坑变形影响不明显;采用梁单元模拟围护墙比采用实体单元的围护墙变形计算值要大10%～21%左右,原因是采用后者能考虑土体与墙之间摩擦力所产生的抵抗弯矩作用。预留土堤所承受的水平抗侧压力F随土堤宽度b的减小,先缓慢减小,当b达到为20 m左右时,F值达到最小值,接着随b的减小F值逐渐增加;对特定的盆边开挖深度 ,b值存在一临界值 ,当b减小到 时,F达到峰值,此时如再减小b值,墙体位移将迅速增加;且 值随 值增大而增大。最后根据分析,给出了盆式开挖预留土堤尺寸设计建议。     

盾构隧道局部长期渗水对隧道变形及地表沉降的影响分析

研究表明,盾构隧道长期渗水会造成地表及隧道严重沉降。针对盾构隧道局部渗流难以模拟的现状,首先提出了一种既符合盾构隧道刚度要求又能实现局部接头渗水的计算方法;在稳定渗流状态对应的相同渗流量的前提下,对比分析了管片在不同接头渗水条件下隧道周围土体孔压分布、地表和隧道沉降以及隧道变形规律。分析结果表明,盾构隧道渗水接头的位置不同,孔压分布、地表和隧道沉降以及隧道的变形均有明显差异;接头位置越靠近隧道底部,渗水导致的孔压减小越显著,造成的地表及隧道沉降越显著。接头渗水不但会使隧道发生横向椭圆化变形,还会引起隧道左右两侧受力不平衡,从而造成隧道水平侧移。通过对比表明,采用接头渗水和传统的衬砌均质渗水得到的孔压分布、沉降及隧道变形规律均有显著不同;不考虑隧道局部渗水特点会对隧道结构长期性态的认识产生偏差。     

考虑接触面积影响的粗糙节理渗流分析

节理中接触面积的存在使得渗流曲折效应更加明显,将对渗流产生显著影响。为了研究节理接触面积对节理渗流的影响,建立节理渗流概念模型,推导得到了节理渗流的接触面积影响系数;然后在节理渗流计算公式中引入该影响系数,得到了考虑接触面积影响的渗流计算公式。同时,由于接触面积的存在使得渗流曲折因子的计算更为复杂,在获得节理隙宽分布的基础上提出了计算节理渗流曲折因子的五点比较法。然后以人工大理岩节理试件为研究对象,在获得其三维表面形貌的基础上,一方面对其进行不同接触状态下5级法向应力作用下的渗流试验;另一方面,在根据节理试件的三维表面形貌数据计算节理的渗流平均曲折因子和接触面积比的基础上,分别采用考虑接触面积影响的渗流计算公式和Zimmerman计算公式对节理试件在不同法向应力作用下的渗流体积流量进行计算,并将计算结果与实测值进行比较。结果表明：考虑接触面积影响的渗流计算公式计算结果与实测值吻合较好,从而验证了考虑接触面积影响的渗流计算公式的正确性,而Zimmerman计算公式高估了节理的渗流流量。     

高土石坝裂缝分析的变形倾度有限元法及其应用

土石坝张拉裂缝一般由坝体的不均匀沉降变形引起,是土石坝破坏的主要诱因和表现形式之一。将基于现场沉降监测资料的传统变形倾度法进行了扩展,通过在有限元计算程序中嵌入变形倾度计算模块,发展了基于有限元变形计算的变形倾度有限元法。该方法简洁实用,方便与常规有限元变形计算相耦合,可作为在工程设计阶段分析和估算土石坝是否会发生表面张拉裂缝的实用方法。应用所发展的变形倾度有限元法,以糯扎渡高心墙堆石坝工程为例,进行了坝体后期变形引起坝体表面发生张拉裂缝的敏感性计算分析,探讨了高土石坝变形倾度的分布规律以及与坝体后期变形的关系,发现对糯扎渡高心墙堆石坝,坝顶后期沉降最大值小于坝高0.39%,可作为防止发生坝顶横向张拉裂缝的控制工况。通过工程实例的计算,说明提出的方法可用于高土石坝的裂缝预测分析。     

深厚砂质覆盖层土坝的弹塑性地震反应分析

由于可液化砂质土应力-应变特性模拟的复杂性及数值计算的不稳定性,深厚砂质覆盖层土坝的弹塑性地震反应分析是土坝抗震研究中的一个尚未完全解决的课题。采用u-p完全耦合的饱和多孔介质有限元分析方法和砂土多重机构弹塑性模型,对遭受M6.7级地震的国外某深厚砂质覆盖层土坝进行弹塑性地震反应分析,研究了坝体和地基的动力反应特性及其超静孔隙水压力产生、扩散和消散的变化规律。结果表明：计算得到的坝体加速度和永久变形与实测值存在一定的差异,但基本上反映了坝体加速度与永久变形的实际分布情况,从而说明采用的本构模型和计算方法具有一定的精度;由于坝体和坝基的超静孔隙水压力较小,且坝体永久变形不大,可以不对坝体和坝基进行加固处理;坝趾附近浅层地基的超静孔隙水压力较大,有可能发生液化,因此,须采取相应的抗液化加固措施。     

高液限土路基的沉降变形规律

高液限土具有高天然含水率、高塑性、高孔隙比和低压实度的特点。明确高液限土路基的沉降变形规律成为其科学合理利用的关键。为此,在明确高液限土路用特性的基础上,铺筑了1条26.5 m高的高液限土高填方路基试验段,并进行了长期的沉降观测。结果表明,高液限土路基填筑期间的压缩变形量很大,填筑完成后自然沉降稳定期的固结变形量较小,路面铺筑后的工后沉降量很小,约为高度的2‰;高液限土路基的沉降量与其竖向填筑厚度基本成正比。采用简化的非饱和土固结理论对高液限土路基的沉降变形进行了模拟计算,计算结果与高液限土路基的实测沉降量基本一致,说明非饱和土固结理论可用于高液限土路基的沉降计算。高液限土路基沉降变形规律的成果说明其工后沉降不会过大,为其在公路工程中的推广应用提供了技术依据。     

黄土的独立物性指标及其与湿陷性参数的相关性分析

黄土的湿陷性是其重要的工程特性,常用一维压缩应力条件下的湿陷系数、自重湿陷系数和湿陷起始压力等指标定量评价。影响黄土湿陷性的因素较多,包括土的粒度、密度、湿度等基本物理性质指标,且各因素之间并非完全独立,存在一定相关性。采用因子分析法,通过对西安地铁4号线黄土高台地和宝鸡-兰州高速铁路隧道黄土塬湿陷性黄土场地地层物性质指标的统计分析和相关性分析,首先确定了相对独立的含水比（含水率与液限之比）和孔隙比3个物性指标反映的两个因子。然后,依据湿陷性黄土场地的试验资料,通过多元线性回归分析,分别得到了两个场地黄土的自重湿陷系数、湿陷起始压力以及压缩模量与含水比和孔隙比之间的相关关系。最后,比较分析了两个场地黄土自重湿陷系数、湿陷起始压力和压缩模量计算值与实测值,验证了利用因子分析法寻找影响黄土湿陷性的独立因子,建立黄土湿陷性参数与独立影响因子之间相关关系的合理性和准确性。针对两个地区两类地貌单元湿陷性黄土场地,建立的黄土湿陷性参数的相关关系具有快速、准确的评价黄土湿陷性和黄土地基湿陷变形的实际意义。