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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208066
摘要:
岩溶区隧道在施工过程中易发生崩塌，针对力学方面的隧道塌方机理分析较多，而针对岩溶软弱破碎带等地层方面的隧道塌方机理研究分析较少。为保证隧道施工的安全性、经济性和可行性，掌握隧道施工中的塌方机理非常有必要。依托贵州某岩溶破碎地层隧道在开挖过程中发生的坍塌现象，结合隧道的监测数据，运用BP神经网络的构建原理，对隧道的地层参数进行反演。将反演土体力学参数输入到Flac3D有限元软件构建的不同施工方法模型中，对典型断面的崩塌破坏机制和风险进行判断和分析。结果表明：施工方法对隧道开挖的稳定性影响较大，针对围岩等级为Ⅴ级的隧道，采用三台阶七步法和单侧壁导坑法施工较安全，隧道塌方与隧道双向同时开挖没有关系；反演所得的隧道拱顶位移预测值为2.3 cm，地表位移预测值为1.2 cm，与监测数据偏差13%左右，反演结果具有一定的可信度。研究结果对岩溶区软弱破碎地层断面隧道公路建设具有重要指导意义。
岩溶区隧道在施工过程中易发生崩塌，针对力学方面的隧道塌方机理分析较多，而针对岩溶软弱破碎带等地层方面的隧道塌方机理研究分析较少。为保证隧道施工的安全性、经济性和可行性，掌握隧道施工中的塌方机理非常有必要。依托贵州某岩溶破碎地层隧道在开挖过程中发生的坍塌现象，结合隧道的监测数据，运用BP神经网络的构建原理，对隧道的地层参数进行反演。将反演土体力学参数输入到Flac3D有限元软件构建的不同施工方法模型中，对典型断面的崩塌破坏机制和风险进行判断和分析。结果表明：施工方法对隧道开挖的稳定性影响较大，针对围岩等级为Ⅴ级的隧道，采用三台阶七步法和单侧壁导坑法施工较安全，隧道塌方与隧道双向同时开挖没有关系；反演所得的隧道拱顶位移预测值为2.3 cm，地表位移预测值为1.2 cm，与监测数据偏差13%左右，反演结果具有一定的可信度。研究结果对岩溶区软弱破碎地层断面隧道公路建设具有重要指导意义。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202211048
摘要:
致密砂岩气是重要的非常规天然气资源，致密砂岩储层的矿物组成特征与孔隙微观结构不仅会影响致密储层中天然气的赋存状态，同时也对水力压裂改造效果具有重要影响。然而，有关致密砂岩矿物成分及其微观赋存形态对气井水力压裂潜在影响的研究尚不充分，针对这一问题，文章以鄂尔多斯盆地苏里格地区主开采层——二叠系下石盒子组盒8下段致密砂岩为研究对象，钻取5口气井岩心样品，利用XRF、XRD、铸体薄片、SEM及EDS能谱等技术系统分析了该段致密砂岩矿物组成、微观形貌、孔隙分布等储层特征。基于分析结果，探讨了上述储层特征因素对水力压裂的潜在影响。研究发现，苏里格地区盒8下段致密砂岩主要为岩屑砂岩和岩屑石英砂岩，密度介于2.44～2.56 g/cm3之间，孔隙度7.7%～12.6％，渗透率0.16～1.42 mD，属于典型的低渗透气藏。矿物成分主要为石英和黏土矿物，而长石矿物和碳酸岩矿物含量极低。其中黏土矿物含量占比为16.5%～47.4%，以高岭石、伊利石和绿泥石为主。高岭石在该区致密砂岩中广泛发育，呈书页状和蠕虫状填充于粒间孔隙及粒表，形成大量高岭石晶间孔。此外，致密砂岩中粒间孔隙、粒内溶孔、粒间裂隙及粒内缝均有发育，为致密砂岩气的赋存提供了良好的储集空间。矿物分析以及压裂液致密砂岩水岩试验结果显示黏土矿物稳定性对于苏里格地区致密砂岩气水力压裂效果至关重要，尤其是易分散运移的高岭石和伊利石矿物。水力压裂前需要对储层矿物成分及地层水成分展开详细研究，选择合适的黏土稳定剂优化水力压裂。
致密砂岩气是重要的非常规天然气资源，致密砂岩储层的矿物组成特征与孔隙微观结构不仅会影响致密储层中天然气的赋存状态，同时也对水力压裂改造效果具有重要影响。然而，有关致密砂岩矿物成分及其微观赋存形态对气井水力压裂潜在影响的研究尚不充分，针对这一问题，文章以鄂尔多斯盆地苏里格地区主开采层——二叠系下石盒子组盒8下段致密砂岩为研究对象，钻取5口气井岩心样品，利用XRF、XRD、铸体薄片、SEM及EDS能谱等技术系统分析了该段致密砂岩矿物组成、微观形貌、孔隙分布等储层特征。基于分析结果，探讨了上述储层特征因素对水力压裂的潜在影响。研究发现，苏里格地区盒8下段致密砂岩主要为岩屑砂岩和岩屑石英砂岩，密度介于2.44～2.56 g/cm3之间，孔隙度7.7%～12.6％，渗透率0.16～1.42 mD，属于典型的低渗透气藏。矿物成分主要为石英和黏土矿物，而长石矿物和碳酸岩矿物含量极低。其中黏土矿物含量占比为16.5%～47.4%，以高岭石、伊利石和绿泥石为主。高岭石在该区致密砂岩中广泛发育，呈书页状和蠕虫状填充于粒间孔隙及粒表，形成大量高岭石晶间孔。此外，致密砂岩中粒间孔隙、粒内溶孔、粒间裂隙及粒内缝均有发育，为致密砂岩气的赋存提供了良好的储集空间。矿物分析以及压裂液致密砂岩水岩试验结果显示黏土矿物稳定性对于苏里格地区致密砂岩气水力压裂效果至关重要，尤其是易分散运移的高岭石和伊利石矿物。水力压裂前需要对储层矿物成分及地层水成分展开详细研究，选择合适的黏土稳定剂优化水力压裂。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104015
摘要:
矿井涌（突）水是煤矿开采过程中不可忽视的主要灾害之一。矿井涌水量过大将对井下安全生产具有极大的威胁，同时对地下水资源和地表植被造成巨大的破坏。为准确预测矿井涌水量保障煤层安全开采，揭示矿井涌水对沙漠植被的影响规律以保护地表生态植被，有针对性的解决了边界条件概化不准确和水文地质参数选用不可靠等关键问题，采用Visual Modflow软件构建了地下水三维非稳定流数值模型，此外依据矿井采空区拓展进程及其涌水量和地下水监测数据等进行模型模拟识别，论证了该模型的合理性和可靠性。利用所建立的数值模型预测了煤层开采条件下的矿井涌水量和潜水降深场，进而基于潜水位埋深与沙漠植被关系分析了潜水位下降对沙漠植被的影响。结果表明：矿区先期煤层开采，预测矿井涌水量为3.08×104 m3/d，引起矿区内潜水位下降值2.08~2.35 m，将导致矿区内代表性植被沙柳和小叶杨的长势变差、甚至部分枯萎，呈现由中生植被类型向旱生植被方向的演替趋势。研究结果可为矿业单位防治矿井涌水降灾减灾和保护矿区沙漠植被正常生长提供重要科学依据。
矿井涌（突）水是煤矿开采过程中不可忽视的主要灾害之一。矿井涌水量过大将对井下安全生产具有极大的威胁，同时对地下水资源和地表植被造成巨大的破坏。为准确预测矿井涌水量保障煤层安全开采，揭示矿井涌水对沙漠植被的影响规律以保护地表生态植被，有针对性的解决了边界条件概化不准确和水文地质参数选用不可靠等关键问题，采用Visual Modflow软件构建了地下水三维非稳定流数值模型，此外依据矿井采空区拓展进程及其涌水量和地下水监测数据等进行模型模拟识别，论证了该模型的合理性和可靠性。利用所建立的数值模型预测了煤层开采条件下的矿井涌水量和潜水降深场，进而基于潜水位埋深与沙漠植被关系分析了潜水位下降对沙漠植被的影响。结果表明：矿区先期煤层开采，预测矿井涌水量为3.08×104 m3/d，引起矿区内潜水位下降值2.08~2.35 m，将导致矿区内代表性植被沙柳和小叶杨的长势变差、甚至部分枯萎，呈现由中生植被类型向旱生植被方向的演替趋势。研究结果可为矿业单位防治矿井涌水降灾减灾和保护矿区沙漠植被正常生长提供重要科学依据。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202211007
摘要:
滑坡推力的确定对于抗滑桩设计极其重要，沉埋桩作为对传统抗滑桩的优化，受荷段推力的研究目前主要借助于模型试验和数值模拟，缺乏深入的理论分析。为了建立沉埋桩后侧受荷段及桩顶沉埋段滑坡推力计算方法，针对沉埋桩加固的基岩-覆盖层式滑坡，基于潜在越顶破坏模式，由桩顶位置将越顶滑面分为顶部、底部两段，其中，顶部滑面上水平方向合力即为沉埋段推力，可由积分求得，底部滑面上各个方向的力求解方法与此类似；在此基础上，利用刚体极限平衡理论对底部滑面与桩受荷段所围滑体进行受力分析，进而可得受荷段推力计算公式。实例分析表明，理论算法所得沉埋段与受荷段推力值与FLAC3D结果非常接近，其中，受荷段推力、沉埋段推力、设桩位置处总推力随沉埋比的增大而分别非线性减小、增大、减小；沉埋比位于0~0.67范围内，沉埋段与受荷段推力之比由0缓慢增大到约0.3~0.5，随着沉埋比增大到0.8，该比值急剧增大到1.47~2.12；一般沉埋深度下，沉埋段推力小于受荷段推力。沉埋桩推力的理论研究对于桩体内力优化、沉埋深度确定具有重要的现实意义，将有助于该桩型的进一步推广应用。
滑坡推力的确定对于抗滑桩设计极其重要，沉埋桩作为对传统抗滑桩的优化，受荷段推力的研究目前主要借助于模型试验和数值模拟，缺乏深入的理论分析。为了建立沉埋桩后侧受荷段及桩顶沉埋段滑坡推力计算方法，针对沉埋桩加固的基岩-覆盖层式滑坡，基于潜在越顶破坏模式，由桩顶位置将越顶滑面分为顶部、底部两段，其中，顶部滑面上水平方向合力即为沉埋段推力，可由积分求得，底部滑面上各个方向的力求解方法与此类似；在此基础上，利用刚体极限平衡理论对底部滑面与桩受荷段所围滑体进行受力分析，进而可得受荷段推力计算公式。实例分析表明，理论算法所得沉埋段与受荷段推力值与FLAC3D结果非常接近，其中，受荷段推力、沉埋段推力、设桩位置处总推力随沉埋比的增大而分别非线性减小、增大、减小；沉埋比位于0~0.67范围内，沉埋段与受荷段推力之比由0缓慢增大到约0.3~0.5，随着沉埋比增大到0.8，该比值急剧增大到1.47~2.12；一般沉埋深度下，沉埋段推力小于受荷段推力。沉埋桩推力的理论研究对于桩体内力优化、沉埋深度确定具有重要的现实意义，将有助于该桩型的进一步推广应用。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202209010
摘要:
储层压裂阶段，近井渗透率高效评估是分析压裂效果、更新压裂方案的重要环节。但受技术或成本制约，目前仍然缺少深部储层近井渗透率原位测算方法。借助于压裂施工过程的间歇性注入和返排泄压环节，本次研究提出一种依托于压裂施工过程的单井注抽示踪试验工艺，以及基于数值求解和解析解的两种渗透率估算方法，实现了低成本条件下深部储层渗透率原位测试。该套方法体系应用于实际增强型地热系统场地，结果显示：在单井注抽试验示踪剂突破曲线不完备条件下，通过数值方法仍然能够合理地估算近井渗透率（0.8 D），但方法计算效率较低；而在示踪剂突破曲线相对完备条件下（即监测得到示踪剂浓度峰值），可采用解析法快速估算渗透率（0.25 D）；但由于解析法中未能精确考虑井筒内部长距离示踪剂迁移过程和储层内部弥散作用对示踪剂突破曲线的影响，计算精度相对较低。然而，通过数值方法和解析方法估算近井渗透率处于同一数量级，解析法仍可以作为渗透率原位快速估算的一种有效手段。综述，本文所提出的单井注抽试验工艺和数据解释方法体系为深部储层渗透率原位测试提供一种新的途径。
储层压裂阶段，近井渗透率高效评估是分析压裂效果、更新压裂方案的重要环节。但受技术或成本制约，目前仍然缺少深部储层近井渗透率原位测算方法。借助于压裂施工过程的间歇性注入和返排泄压环节，本次研究提出一种依托于压裂施工过程的单井注抽示踪试验工艺，以及基于数值求解和解析解的两种渗透率估算方法，实现了低成本条件下深部储层渗透率原位测试。该套方法体系应用于实际增强型地热系统场地，结果显示：在单井注抽试验示踪剂突破曲线不完备条件下，通过数值方法仍然能够合理地估算近井渗透率（0.8 D），但方法计算效率较低；而在示踪剂突破曲线相对完备条件下（即监测得到示踪剂浓度峰值），可采用解析法快速估算渗透率（0.25 D）；但由于解析法中未能精确考虑井筒内部长距离示踪剂迁移过程和储层内部弥散作用对示踪剂突破曲线的影响，计算精度相对较低。然而，通过数值方法和解析方法估算近井渗透率处于同一数量级，解析法仍可以作为渗透率原位快速估算的一种有效手段。综述，本文所提出的单井注抽试验工艺和数据解释方法体系为深部储层渗透率原位测试提供一种新的途径。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202205054
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华南地区台风暴雨诱发的滑坡往往呈浅层、流态化、群发性等特征，大量调查发现植被增渗效应对花岗岩残积土滑坡的形成具有显著影响，但目前研究大多探讨植被根系对土体渗透性的影响，未能揭示植被增渗效应对浅层滑坡的影响机理。基于此，以“2019.6.9”广东省龙川县群发性滑坡灾害为例，通过大量的滑坡现场勘查，查明滑坡区域地质环境条件与植被发育情况，分析植被对浅层滑坡的增渗效应；采用“双环入渗法”测得不同植被样地的入渗速率，分析其下渗过程和渗透规律；选取典型滑坡剖面，建立地质模型，运用Geo-Studio软件对强降雨条件下浅层滑坡渗流规律和土体应力-应变特征进行模拟；最后结合模拟结果和现场调查情况，分析强降雨条件下植被增渗效应对浅层滑坡的影响机理。结果表明：植被能够有效地增强土壤渗透能力，渗透能力大小依次为针叶林地、灌木林地、裸土；在植被增渗效应影响下，雨水入渗到根土复合层底部会发生滞水现象，浅层土体迅速趋于饱和，土体中孔隙水压力及渗流力瞬时剧增，土体饱水使得残积土发生软化，同时边坡自重增加，最终导致斜坡失稳。研究结果可为华南地区暴雨群发性滑坡的形成机理、预警预报等提供科学依据，具有重要的意义。
华南地区台风暴雨诱发的滑坡往往呈浅层、流态化、群发性等特征，大量调查发现植被增渗效应对花岗岩残积土滑坡的形成具有显著影响，但目前研究大多探讨植被根系对土体渗透性的影响，未能揭示植被增渗效应对浅层滑坡的影响机理。基于此，以“2019.6.9”广东省龙川县群发性滑坡灾害为例，通过大量的滑坡现场勘查，查明滑坡区域地质环境条件与植被发育情况，分析植被对浅层滑坡的增渗效应；采用“双环入渗法”测得不同植被样地的入渗速率，分析其下渗过程和渗透规律；选取典型滑坡剖面，建立地质模型，运用Geo-Studio软件对强降雨条件下浅层滑坡渗流规律和土体应力-应变特征进行模拟；最后结合模拟结果和现场调查情况，分析强降雨条件下植被增渗效应对浅层滑坡的影响机理。结果表明：植被能够有效地增强土壤渗透能力，渗透能力大小依次为针叶林地、灌木林地、裸土；在植被增渗效应影响下，雨水入渗到根土复合层底部会发生滞水现象，浅层土体迅速趋于饱和，土体中孔隙水压力及渗流力瞬时剧增，土体饱水使得残积土发生软化，同时边坡自重增加，最终导致斜坡失稳。研究结果可为华南地区暴雨群发性滑坡的形成机理、预警预报等提供科学依据，具有重要的意义。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208017
摘要:
为了更准确地预测裂隙对岩体压缩力学特性如强度和刚度的影响，需要建立更为合理的裂隙岩体压缩损伤模型。为此，基于相关试验数据和裂隙岩体单轴压缩力学行为，采用损伤及断裂理论对目前断续裂隙岩体压缩损伤模型中存在的不足进行了深入分析，并对其进行了3方面的改进，即：不再将裂隙变形参数视为定值、考虑了裂隙面上法向正应力产生的负第一应力强度因子KI、考虑了裂隙面上有效剪应力产生的KI，由此最终提出了考虑裂隙变形参数的岩体单轴压缩损伤本构模型。最后采用试验数据对该模型的合理性进行了验证，发现与现有模型相比，该模型对岩体单轴压缩弹性模量和损伤值的预测精度有明显提高，尤其是当裂隙倾角为0°时，该模型计算得到的弹性模量为4.306 MPa，与实测弹性模量4.310 MPa几乎相同。因此，该模型能够很好地刻画岩体单轴压缩力学行为，这也说明考虑裂隙变形参数对岩体单轴压缩力学特性的影响是十分必要的。该研究可为准确预测裂隙岩体的单轴压缩力学行为提供参考。
为了更准确地预测裂隙对岩体压缩力学特性如强度和刚度的影响，需要建立更为合理的裂隙岩体压缩损伤模型。为此，基于相关试验数据和裂隙岩体单轴压缩力学行为，采用损伤及断裂理论对目前断续裂隙岩体压缩损伤模型中存在的不足进行了深入分析，并对其进行了3方面的改进，即：不再将裂隙变形参数视为定值、考虑了裂隙面上法向正应力产生的负第一应力强度因子KI、考虑了裂隙面上有效剪应力产生的KI，由此最终提出了考虑裂隙变形参数的岩体单轴压缩损伤本构模型。最后采用试验数据对该模型的合理性进行了验证，发现与现有模型相比，该模型对岩体单轴压缩弹性模量和损伤值的预测精度有明显提高，尤其是当裂隙倾角为0°时，该模型计算得到的弹性模量为4.306 MPa，与实测弹性模量4.310 MPa几乎相同。因此，该模型能够很好地刻画岩体单轴压缩力学行为，这也说明考虑裂隙变形参数对岩体单轴压缩力学特性的影响是十分必要的。该研究可为准确预测裂隙岩体的单轴压缩力学行为提供参考。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202301006
摘要:
地表硅酸盐矿物风化通常是水体中钙、镁、钠、钾等元素的重要来源，然而相比于水体中的钙、镁和钠，前人对钾的水文地球化学行为的认识仍十分有限。表生地球化学领域最新研究证明风化、吸附等多种水岩反应伴随着较大的钾同位素分馏，表明钾同位素技术可以用于示踪地下水中钾的来源及迁移转化。文章通过系统总结上地壳、水圈和其他地表储库（植物、肥料）的钾同位素组成，发现水圈普遍比大陆上地壳富集41K，为识别地下水的钾来源提供了基础；通过总结钾同位素在常见的水岩作用过程（硅酸盐矿物溶解、次生黏土形成、吸附作用、离子交换反应）中的分馏行为，发现硅酸盐矿物溶解分馏有限，次生黏土矿物形成引起水体富集41K，表面吸附和离子交换使水体富集39K，不同水岩反应中K同位素行为差异为示踪地下水中钾的迁移转化过程提供了基础；列举了应用钾同位素示踪硅酸盐岩风化和水体污染的最新研究成果。由于钾同位素是硅酸盐岩风化的良好示踪剂，可以利用钾同位素揭示CO2较充足含水层中钾元素释放及迁移转化机理；由于表面吸附和离子交换控制的钾同位素分馏方向与风化控制的钾同位素分馏方向不同，可以利用钾同位素识别出地下水循环过程中多种水岩反应对钾迁移转化的共同控制。在此基础上，本文对钾同位素在水文地球化学领域的应用进行了展望：（1）开展对研究区多端元控制下地下水钾来源贡献的研究；（2）开展地下水漫长循环过程中钾迁移转化的定量研究；（3）联合使用多种同位素示踪碳循环相关的过程。
地表硅酸盐矿物风化通常是水体中钙、镁、钠、钾等元素的重要来源，然而相比于水体中的钙、镁和钠，前人对钾的水文地球化学行为的认识仍十分有限。表生地球化学领域最新研究证明风化、吸附等多种水岩反应伴随着较大的钾同位素分馏，表明钾同位素技术可以用于示踪地下水中钾的来源及迁移转化。文章通过系统总结上地壳、水圈和其他地表储库（植物、肥料）的钾同位素组成，发现水圈普遍比大陆上地壳富集41K，为识别地下水的钾来源提供了基础；通过总结钾同位素在常见的水岩作用过程（硅酸盐矿物溶解、次生黏土形成、吸附作用、离子交换反应）中的分馏行为，发现硅酸盐矿物溶解分馏有限，次生黏土矿物形成引起水体富集41K，表面吸附和离子交换使水体富集39K，不同水岩反应中K同位素行为差异为示踪地下水中钾的迁移转化过程提供了基础；列举了应用钾同位素示踪硅酸盐岩风化和水体污染的最新研究成果。由于钾同位素是硅酸盐岩风化的良好示踪剂，可以利用钾同位素揭示CO2较充足含水层中钾元素释放及迁移转化机理；由于表面吸附和离子交换控制的钾同位素分馏方向与风化控制的钾同位素分馏方向不同，可以利用钾同位素识别出地下水循环过程中多种水岩反应对钾迁移转化的共同控制。在此基础上，本文对钾同位素在水文地球化学领域的应用进行了展望：（1）开展对研究区多端元控制下地下水钾来源贡献的研究；（2）开展地下水漫长循环过程中钾迁移转化的定量研究；（3）联合使用多种同位素示踪碳循环相关的过程。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202207046
摘要:
随着城市工程建设的发展，建筑工程事故问题愈发突出，采用传统方求取的岩土参数区间无法满足实际工程需要。基于无监督学习思想，选取工程性质较差的泥炭质土，结合工程经验选用8个物理指标作为输入集，利用主成分分析（PCA）算法实现多样本多参数去耦合的降维处理，得出各物理指标相关性及敏感度，结合其相关性及敏感度赋予不同埋深泥炭质土物理指标的综合评价值。利用k-means聚类分析泥炭质土物理指标、综合评价值及工程特性之间关系，为岩土参数选取提供理论基础。采用监督学习方法—BP神经网络算法分析无监督结果，验证（PCA—k-means）算法模型的合理性。将通过聚类分析得到的正态样本利用多种截尾法优化，得到可靠取值区间，并将取值结果与实际工程取值比较，验证该模型工程参数取值合理性。该算法模型具有较好的工程应用价值，所得研究结果可为工程勘察、设计、施工参数取值提供参考，也能为岩土参数取值分析提供新的分析方法。
随着城市工程建设的发展，建筑工程事故问题愈发突出，采用传统方求取的岩土参数区间无法满足实际工程需要。基于无监督学习思想，选取工程性质较差的泥炭质土，结合工程经验选用8个物理指标作为输入集，利用主成分分析（PCA）算法实现多样本多参数去耦合的降维处理，得出各物理指标相关性及敏感度，结合其相关性及敏感度赋予不同埋深泥炭质土物理指标的综合评价值。利用k-means聚类分析泥炭质土物理指标、综合评价值及工程特性之间关系，为岩土参数选取提供理论基础。采用监督学习方法—BP神经网络算法分析无监督结果，验证（PCA—k-means）算法模型的合理性。将通过聚类分析得到的正态样本利用多种截尾法优化，得到可靠取值区间，并将取值结果与实际工程取值比较，验证该模型工程参数取值合理性。该算法模型具有较好的工程应用价值，所得研究结果可为工程勘察、设计、施工参数取值提供参考，也能为岩土参数取值分析提供新的分析方法。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208008
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在我国西北黄土高原的黄土塬、黄土台塬区赋存有较丰富的黄土潜水，大气降水垂直入渗是其主要补给来源，但对水分赋存和运移的空间通道认识尚有不足。文章基于董志塬、渭北黄土台塬的地貌、地层结构等水文地质条件、地下水利用动态和相关试验资料，结合黄土扫描电镜图像处理与统计分析，对黄土塬区黄土潜水和包气带水分运移的孔隙特征、过程进行了探讨并分带。研究认为孔隙是黄土地下水的主要赋存、运移的空间通道，其最小渗透等效孔径约为12μm。上部由孔隙发育的马兰黄土构成的黄土包气带垂向结构组合有利于大气降水的入渗，包气带孔隙中的水分运移非常微弱缓慢，但较为连续均匀。黄土包气带可划分为气候影响带、储存调节带、缓慢径流带和毛细接收带四个带，除上部气候影响带外，其余三带处于基本稳定的水分运移动平衡状态。研究成果可为全面系统地认识黄土塬区包气带水分运移特征提供参考和借鉴。
在我国西北黄土高原的黄土塬、黄土台塬区赋存有较丰富的黄土潜水，大气降水垂直入渗是其主要补给来源，但对水分赋存和运移的空间通道认识尚有不足。文章基于董志塬、渭北黄土台塬的地貌、地层结构等水文地质条件、地下水利用动态和相关试验资料，结合黄土扫描电镜图像处理与统计分析，对黄土塬区黄土潜水和包气带水分运移的孔隙特征、过程进行了探讨并分带。研究认为孔隙是黄土地下水的主要赋存、运移的空间通道，其最小渗透等效孔径约为12μm。上部由孔隙发育的马兰黄土构成的黄土包气带垂向结构组合有利于大气降水的入渗，包气带孔隙中的水分运移非常微弱缓慢，但较为连续均匀。黄土包气带可划分为气候影响带、储存调节带、缓慢径流带和毛细接收带四个带，除上部气候影响带外，其余三带处于基本稳定的水分运移动平衡状态。研究成果可为全面系统地认识黄土塬区包气带水分运移特征提供参考和借鉴。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202201042
摘要:
渗透系数是评价重金属污染液在重塑黄土中迁移扩散作用的一个重要指标。目前，已有的研究表明污染液的pH值、EC值、离子含量和饱和渗透系数的变化存在一定的相关关系，但未明晰渗透过程中的地球化学反应机制。基于此，采集了西安白鹿原地区的Q3黄土，选取Cu2+溶液作为渗透溶液，开展了重塑黄土的饱和渗透试验，建立了基于Netpath软件的地球化学反演模型。结果表明：试验过程中饱和渗透系数从1 d开始显著降低，且与去离子试验组相比降低幅度较大，极差为5.57×10−5 cm/s；离子来源分析证明了地球化学反应的发生，存在着矿物的溶解、沉淀以及阳离子交换作用；地球化学反演模拟结果显示由于Cu2+的存在，加剧了矿物溶解产生大量的Ca2+，促进碳酸盐矿物溶解平衡左移，从1 d开始方解石和白云石持续形成沉淀，沉淀量分别为1.912 mmol、0.958 mmol，从而堵塞渗流孔隙，降低土体的渗透系数。研究结果有助于了解重金属离子侵入过程中重塑黄土饱和渗透系数的变化，同时对于进一步明晰影响渗透系数变化的地球化学机制具有重要的理论意义。
渗透系数是评价重金属污染液在重塑黄土中迁移扩散作用的一个重要指标。目前，已有的研究表明污染液的pH值、EC值、离子含量和饱和渗透系数的变化存在一定的相关关系，但未明晰渗透过程中的地球化学反应机制。基于此，采集了西安白鹿原地区的Q3黄土，选取Cu2+溶液作为渗透溶液，开展了重塑黄土的饱和渗透试验，建立了基于Netpath软件的地球化学反演模型。结果表明：试验过程中饱和渗透系数从1 d开始显著降低，且与去离子试验组相比降低幅度较大，极差为5.57×10−5 cm/s；离子来源分析证明了地球化学反应的发生，存在着矿物的溶解、沉淀以及阳离子交换作用；地球化学反演模拟结果显示由于Cu2+的存在，加剧了矿物溶解产生大量的Ca2+，促进碳酸盐矿物溶解平衡左移，从1 d开始方解石和白云石持续形成沉淀，沉淀量分别为1.912 mmol、0.958 mmol，从而堵塞渗流孔隙，降低土体的渗透系数。研究结果有助于了解重金属离子侵入过程中重塑黄土饱和渗透系数的变化，同时对于进一步明晰影响渗透系数变化的地球化学机制具有重要的理论意义。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208065
摘要:
河流对地下水的补给过程研究是科学认识水循环规律及地下水资源可持续管理的基础。河床沉积层与其下伏潜水含水层岩性差异是河流下伏含水层的主要结构特征，也是控制河流对地下水补给过程的主要因素。为揭示含水介质分层结构特征影响下河流对地下水的补给过程。基于黄河干流河南段野外试验成果，建立了地表水地下水相互作用概念模型，并以地下水流路径为对象，精细刻画了地表水地下水相互作用过程。结果表明：① 河流对地下水的补给量主要受河床沉积层渗透性影响，河床沉积物厚度变化对河流向地下水转化量的影响不大。即：河床低渗透性沉积物的存在是河流向地下水补给量降低的主要原因，当河床沉积层与其下伏含水层厚度比（HS/H）由0增大为0.125时，河流向地下水转化量的减小幅度达72%。② 与均质条件相比，河床沉积层渗透性及其厚度变化均明显改变了河水向地下水转化的水流路径及径流时间。随着河床沉积物与下伏含水层渗透系数比KU/KL的增大，河水向地下水转化的水流路径穿透深度增大，径流时间延长。③ 河流对地下水的补给量及地下水径流时间对低渗透性河床沉积层渗透系数的敏感性随渗透系数的减小而增大，同时，地下水径流时间对低渗透性河床沉积层的厚度变化较为敏感，且随着厚度的增大，敏感性增强。研究成果可为地下水资源管理及可持续开发提供参考依据。
河流对地下水的补给过程研究是科学认识水循环规律及地下水资源可持续管理的基础。河床沉积层与其下伏潜水含水层岩性差异是河流下伏含水层的主要结构特征，也是控制河流对地下水补给过程的主要因素。为揭示含水介质分层结构特征影响下河流对地下水的补给过程。基于黄河干流河南段野外试验成果，建立了地表水地下水相互作用概念模型，并以地下水流路径为对象，精细刻画了地表水地下水相互作用过程。结果表明：① 河流对地下水的补给量主要受河床沉积层渗透性影响，河床沉积物厚度变化对河流向地下水转化量的影响不大。即：河床低渗透性沉积物的存在是河流向地下水补给量降低的主要原因，当河床沉积层与其下伏含水层厚度比（HS/H）由0增大为0.125时，河流向地下水转化量的减小幅度达72%。② 与均质条件相比，河床沉积层渗透性及其厚度变化均明显改变了河水向地下水转化的水流路径及径流时间。随着河床沉积物与下伏含水层渗透系数比KU/KL的增大，河水向地下水转化的水流路径穿透深度增大，径流时间延长。③ 河流对地下水的补给量及地下水径流时间对低渗透性河床沉积层渗透系数的敏感性随渗透系数的减小而增大，同时，地下水径流时间对低渗透性河床沉积层的厚度变化较为敏感，且随着厚度的增大，敏感性增强。研究成果可为地下水资源管理及可持续开发提供参考依据。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202207019
摘要:
为深入研究雄安新区东北部地面沉降主控因素，有效减缓地面沉降快速发展趋势，提出针对性防控对策。本文以大营镇分层标组为研究对象，利用常规土工试验、高压固结试验与分层沉降观测数据，结合前人研究成果对本区地面沉降成因进行探讨。结果表明：研究区第四系松散层总厚度412 m，其中浅部地层（第I、II含水组）厚度约170 m，黏性土占比66.4%~80.2%，结构松散，砂黏互层交替频繁，释水条件较好。浅部黏性土颗粒较细、分选性好、孔隙度大，液性指数多大于0.25，呈软塑、可塑态，自重压缩系数为0.03~0.43，均值0.08，与深部相比压缩性较强。浅部黏性土层以欠固结、正常固结夹欠固结状态为主，0~90 m超固结比均值0.55，90~280 m均值0.89，易于发生塑性变形，形成永久性沉降。2020年12月—2021年12月，研究区第四系以上地层总沉降量为61 mm。其中，0~160 m第四系松散层沉降贡献量最大，为42 mm，表现为塑性形变特征；160~415 m第四系地层沉降贡献量小，为19 mm，表现为黏弹塑性形变特征。过量开采浅层地下水引起浅部固结程度低、压缩性高的黏性土层发生塑性变形是本区发生严重沉降的主要原因。
为深入研究雄安新区东北部地面沉降主控因素，有效减缓地面沉降快速发展趋势，提出针对性防控对策。本文以大营镇分层标组为研究对象，利用常规土工试验、高压固结试验与分层沉降观测数据，结合前人研究成果对本区地面沉降成因进行探讨。结果表明：研究区第四系松散层总厚度412 m，其中浅部地层（第I、II含水组）厚度约170 m，黏性土占比66.4%~80.2%，结构松散，砂黏互层交替频繁，释水条件较好。浅部黏性土颗粒较细、分选性好、孔隙度大，液性指数多大于0.25，呈软塑、可塑态，自重压缩系数为0.03~0.43，均值0.08，与深部相比压缩性较强。浅部黏性土层以欠固结、正常固结夹欠固结状态为主，0~90 m超固结比均值0.55，90~280 m均值0.89，易于发生塑性变形，形成永久性沉降。2020年12月—2021年12月，研究区第四系以上地层总沉降量为61 mm。其中，0~160 m第四系松散层沉降贡献量最大，为42 mm，表现为塑性形变特征；160~415 m第四系地层沉降贡献量小，为19 mm，表现为黏弹塑性形变特征。过量开采浅层地下水引起浅部固结程度低、压缩性高的黏性土层发生塑性变形是本区发生严重沉降的主要原因。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202207022
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滑坡涌浪灾害造成的伤亡和损失一般远超滑坡灾害本身，已引起广泛关注。针对该类灾害的预测评价一直是研究的难点，精细刻画滑坡涌浪运动特征和能量转化规律是解决问题的关键和前提。因此，本文以天然碎石模拟散粒体滑坡，建立缩尺的矩形水槽滑坡涌浪三维物理试验模型，研究滑坡体积、速度和水深对堆积体形态和涌浪特征的影响以及滑体与水体能量转化规律。研究结论包括：（1）滑体通过冲击、挤压和抬升水体形成涌浪的特征受滑体规模和形态影响显著；厚度大且速度快的滑体趋向产生非线性过渡波而厚度小且速度低的滑体一般产生非线性震荡波；（2）基于试验提出的体积效应和速度效应揭示了一定水深的涌浪规模与滑坡体积和速度呈正相关规律，水深效应则解释了一定波能的涌浪在波形和速度上的分布差异，结果表明浅水比深水工况涌浪高度平均高出67%、波速平均高出51.17%；（3）基于试验的数值反演总结了滑体势能与波能转化率为1.00%~3.07%，由于三维试验中滑体与水体在水平和环向的扩散造成更多能量耗散，相较二维试验转化率较低。本文探讨了散粒体滑坡运动过程和首浪产生、传播及爬高特征，揭示了滑体-水体能量转化基本规律，研究成果对滑坡涌浪防灾减灾工作具有一定的理论价值和意义。
滑坡涌浪灾害造成的伤亡和损失一般远超滑坡灾害本身，已引起广泛关注。针对该类灾害的预测评价一直是研究的难点，精细刻画滑坡涌浪运动特征和能量转化规律是解决问题的关键和前提。因此，本文以天然碎石模拟散粒体滑坡，建立缩尺的矩形水槽滑坡涌浪三维物理试验模型，研究滑坡体积、速度和水深对堆积体形态和涌浪特征的影响以及滑体与水体能量转化规律。研究结论包括：（1）滑体通过冲击、挤压和抬升水体形成涌浪的特征受滑体规模和形态影响显著；厚度大且速度快的滑体趋向产生非线性过渡波而厚度小且速度低的滑体一般产生非线性震荡波；（2）基于试验提出的体积效应和速度效应揭示了一定水深的涌浪规模与滑坡体积和速度呈正相关规律，水深效应则解释了一定波能的涌浪在波形和速度上的分布差异，结果表明浅水比深水工况涌浪高度平均高出67%、波速平均高出51.17%；（3）基于试验的数值反演总结了滑体势能与波能转化率为1.00%~3.07%，由于三维试验中滑体与水体在水平和环向的扩散造成更多能量耗散，相较二维试验转化率较低。本文探讨了散粒体滑坡运动过程和首浪产生、传播及爬高特征，揭示了滑体-水体能量转化基本规律，研究成果对滑坡涌浪防灾减灾工作具有一定的理论价值和意义。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202207050
摘要:
针对Sinmap模型在评价降雨作用下浅层黄土滑坡稳定性中存在的评价精度较低问题，基于最大熵模型（Maxent）对Sinmap模型评价进行改进，构建了一种基于Maxent-Sinmap模型评价降雨作用下区域性浅层降雨型黄土滑坡稳定性方法。以黄土滑坡高发区志丹县为例，利用野外及室内相关工作获取地形、岩土体力学参数及地质灾害等相关数据，通过Maxent模型获取主要环境变量实现分区，在此基础上通过Sinmap模型对降雨作用下浅层黄土滑坡稳定性进行评价。研究结果如下：基于Maxent模型得到志丹县内坡度（27.1%）、降雨量（20.3%）、地貌（18.8%）、道路缓冲区（18.7%）及植被覆盖率（6.2%）等对历史灾点的贡献率。相较于传统Sinmap模型，该模型不稳定区域灾点密度分别提高了17.26%（小雨）、16.54%（中雨）、17.39%（大雨）、14.20（暴雨）、12.96%（大暴雨）。Maxent-Sinmap模型计算结果相较于Sinmap模型计算结果具有更大的稳定区域，且稳定区的扩大区无历史灾点分布。表明该模型具有更高精度及更可靠的结果，可以更好的为区域性浅层降雨型滑坡评价提供科学依据。
针对Sinmap模型在评价降雨作用下浅层黄土滑坡稳定性中存在的评价精度较低问题，基于最大熵模型（Maxent）对Sinmap模型评价进行改进，构建了一种基于Maxent-Sinmap模型评价降雨作用下区域性浅层降雨型黄土滑坡稳定性方法。以黄土滑坡高发区志丹县为例，利用野外及室内相关工作获取地形、岩土体力学参数及地质灾害等相关数据，通过Maxent模型获取主要环境变量实现分区，在此基础上通过Sinmap模型对降雨作用下浅层黄土滑坡稳定性进行评价。研究结果如下：基于Maxent模型得到志丹县内坡度（27.1%）、降雨量（20.3%）、地貌（18.8%）、道路缓冲区（18.7%）及植被覆盖率（6.2%）等对历史灾点的贡献率。相较于传统Sinmap模型，该模型不稳定区域灾点密度分别提高了17.26%（小雨）、16.54%（中雨）、17.39%（大雨）、14.20（暴雨）、12.96%（大暴雨）。Maxent-Sinmap模型计算结果相较于Sinmap模型计算结果具有更大的稳定区域，且稳定区的扩大区无历史灾点分布。表明该模型具有更高精度及更可靠的结果，可以更好的为区域性浅层降雨型滑坡评价提供科学依据。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208040
摘要:
沧州市长期以来面临严重的地面沉降问题，在控制沉降发展的前提下，为合理利用地下水资源，需要确立开采水位埋深警戒线。本文针对地面沉降综合防治如何确定临界水位这一科学问题，以沧州三个典型沉降区土样为研究对象，分析了地层固结特征，通过关联地层厚度的方式改进了以先期固结压力求解临界水位的方法，结合多年来地面沉降与地下水水位监测数据，对沧州市临界水位进行了综合定量评估。本文研究表明：沧州地区0 m~150 m以内多为正常固结或欠固结土，150 m以下普遍为超固结土，非弹性释水变形是影响该地区地面沉降速率变化的重要因素。运用改进后的方法计算出沧州市区、肃宁县及东光县的临界水位埋深分别为66.8 m、67.5 m、67.8 m。综合分析沧州市区累计地面沉降与地下水水位变化资料，得出两者之间的指数函数关系，并以沉降速率为指标，求得65~70 m为沧州市区临界水位区间范围。在验证了两种方法计算结果一致性的基础上，最终将65 m作为沧州市区采取地面沉降防控措施的参考临界水位，为地方政府制定合理的地下水开采方案提供可靠依据。
沧州市长期以来面临严重的地面沉降问题，在控制沉降发展的前提下，为合理利用地下水资源，需要确立开采水位埋深警戒线。本文针对地面沉降综合防治如何确定临界水位这一科学问题，以沧州三个典型沉降区土样为研究对象，分析了地层固结特征，通过关联地层厚度的方式改进了以先期固结压力求解临界水位的方法，结合多年来地面沉降与地下水水位监测数据，对沧州市临界水位进行了综合定量评估。本文研究表明：沧州地区0 m~150 m以内多为正常固结或欠固结土，150 m以下普遍为超固结土，非弹性释水变形是影响该地区地面沉降速率变化的重要因素。运用改进后的方法计算出沧州市区、肃宁县及东光县的临界水位埋深分别为66.8 m、67.5 m、67.8 m。综合分析沧州市区累计地面沉降与地下水水位变化资料，得出两者之间的指数函数关系，并以沉降速率为指标，求得65~70 m为沧州市区临界水位区间范围。在验证了两种方法计算结果一致性的基础上，最终将65 m作为沧州市区采取地面沉降防控措施的参考临界水位，为地方政府制定合理的地下水开采方案提供可靠依据。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208004
摘要:
科学确定地下水水位变幅带的地学参数是水资源评价与管理中的重要环节。保定平原近40年来强烈开采地下水，水位持续下降形成规模巨大的厚包气带层，南水北调工程通水后，随着河湖生态补水与地下水压采工作的推进，保定平原局部地区地下水水位止跌回升。回补水量与水位变化的定量关系成为超采治理的一个重要科学问题，但水位回升条件下的计算中仍用表示释水过程的给水度参数将造成结果偏差，因此表述水位恢复过程的自由孔隙率参数研究是解决这一问题的重点所在。文章基于保定平原区67个工程地质钻孔采样数据，确定水位变幅带的综合自由孔隙率，通过趋势分析和结果交叉验证方法遴选半变异函数模型，结合普通克里金插值方法对未知点进行无偏最优估计。结果显示：（1）保定平原区水位变幅带综合自由孔隙率的最优半变异函数模型为一阶趋势效应指数模型。数据具有强空间自相关性，主要受变幅带空间位置、地层类型等结构性因素影响。（2）综合自由孔隙率分布表现为西南、西北为高值区，极值可达0.245，数值向中部及东部逐步降低，最小降至0.02。（3）与惯用给水度值进行对比，自由孔隙率值在南北部地区整体升高0.03左右，约为惯用给水度的1.2倍。在中部地区降低了约0.06，变为惯用给水度值的一半左右。研究成果对南水北调受水区生态补水与水资源调控具有重要研究价值和借鉴意义。
科学确定地下水水位变幅带的地学参数是水资源评价与管理中的重要环节。保定平原近40年来强烈开采地下水，水位持续下降形成规模巨大的厚包气带层，南水北调工程通水后，随着河湖生态补水与地下水压采工作的推进，保定平原局部地区地下水水位止跌回升。回补水量与水位变化的定量关系成为超采治理的一个重要科学问题，但水位回升条件下的计算中仍用表示释水过程的给水度参数将造成结果偏差，因此表述水位恢复过程的自由孔隙率参数研究是解决这一问题的重点所在。文章基于保定平原区67个工程地质钻孔采样数据，确定水位变幅带的综合自由孔隙率，通过趋势分析和结果交叉验证方法遴选半变异函数模型，结合普通克里金插值方法对未知点进行无偏最优估计。结果显示：（1）保定平原区水位变幅带综合自由孔隙率的最优半变异函数模型为一阶趋势效应指数模型。数据具有强空间自相关性，主要受变幅带空间位置、地层类型等结构性因素影响。（2）综合自由孔隙率分布表现为西南、西北为高值区，极值可达0.245，数值向中部及东部逐步降低，最小降至0.02。（3）与惯用给水度值进行对比，自由孔隙率值在南北部地区整体升高0.03左右，约为惯用给水度的1.2倍。在中部地区降低了约0.06，变为惯用给水度值的一半左右。研究成果对南水北调受水区生态补水与水资源调控具有重要研究价值和借鉴意义。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202206021
摘要:
渗透系数的空间变异性研究是进行地下水库人工回灌的基础。为研究石川河富平地下水库渗透系数的空间变化规律，引入Box-Cox变换及Johnson变换对库区65组野外双环渗水试验及勘探孔数据进行预处理，并以变异函数为工具，运用传统统计学和地统计学方法分析渗透系数的空间变异性。结果表明：库区等效渗透系数变化范围为0.02~6.44 m/d，既服从对数正态分布也服从Box-Cox变换的正态分布。渗透系数空间相关程度中等，最优拟合模型为高斯模型。基于最优模型，渗透系数插值结果整体上呈现西北方向较大、东南方向较小的特点，在梅家坪镇及南社乡附近最大，范围为2.84~6.44 m/d，空间变异尺度小；在觅子乡、庄里镇附近变化明显，空间变异尺度大；在东上官乡南部最小，均小于0.2 m/d，变异尺度小。空间变异受地形、地貌、地层岩性分布、水文气象条件、试验点分布、人工取砂、机械碾压等因素的综合影响。回灌位置应选择在梅家坪镇等渗透系数大，空间变异尺度小及受人为扰动影响小的地段。研究结果可为地下水库建设提供理论参考。
渗透系数的空间变异性研究是进行地下水库人工回灌的基础。为研究石川河富平地下水库渗透系数的空间变化规律，引入Box-Cox变换及Johnson变换对库区65组野外双环渗水试验及勘探孔数据进行预处理，并以变异函数为工具，运用传统统计学和地统计学方法分析渗透系数的空间变异性。结果表明：库区等效渗透系数变化范围为0.02~6.44 m/d，既服从对数正态分布也服从Box-Cox变换的正态分布。渗透系数空间相关程度中等，最优拟合模型为高斯模型。基于最优模型，渗透系数插值结果整体上呈现西北方向较大、东南方向较小的特点，在梅家坪镇及南社乡附近最大，范围为2.84~6.44 m/d，空间变异尺度小；在觅子乡、庄里镇附近变化明显，空间变异尺度大；在东上官乡南部最小，均小于0.2 m/d，变异尺度小。空间变异受地形、地貌、地层岩性分布、水文气象条件、试验点分布、人工取砂、机械碾压等因素的综合影响。回灌位置应选择在梅家坪镇等渗透系数大，空间变异尺度小及受人为扰动影响小的地段。研究结果可为地下水库建设提供理论参考。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202206041
摘要:
在使用机器学习模型对滑坡进行易发性评价时，非滑坡样本点通常会在滑坡影响范围之外随机选取，具有一定的误差。为了提高滑坡易发性评价的精度，本文将自组织映射（Self-organizing map, SOM）神经网络、信息量模型（Information，I）以及支持向量机模型（Support Vector Machine，SVM）进行耦合，提出一种基于SOM-I-SVM模型的滑坡易发性评价方法，并将SOM神经网络与K均值聚类算法进行对比，验证模型的可靠性。以十堰市茅箭区为例，首先通过对环境因子的相关性及重要性分析筛选出距水系距离、坡度、降雨量、距构造距离、相对高差、距道路距离、地层岩性7个因子建立滑坡易发性评价指标体系，在此基础上计算出各因子的分级信息量值，并作为模型的输入变量进行滑坡易发性评价。分别采用SOM神经网络和K均值聚类算法选取非滑坡样本，然后将样本数据集代入I-SVM模型预测滑坡易发性。将SVM、I-SVM、KMeans-I-SVM、SOM-I-SVM四种模型预测精度进行对比，其ROC曲线下面积AUC值分别为0.819、0.882、0.901、0.917，说明SOM-I-SVM模型能有效提高滑坡易发性预测准确率。
在使用机器学习模型对滑坡进行易发性评价时，非滑坡样本点通常会在滑坡影响范围之外随机选取，具有一定的误差。为了提高滑坡易发性评价的精度，本文将自组织映射（Self-organizing map, SOM）神经网络、信息量模型（Information，I）以及支持向量机模型（Support Vector Machine，SVM）进行耦合，提出一种基于SOM-I-SVM模型的滑坡易发性评价方法，并将SOM神经网络与K均值聚类算法进行对比，验证模型的可靠性。以十堰市茅箭区为例，首先通过对环境因子的相关性及重要性分析筛选出距水系距离、坡度、降雨量、距构造距离、相对高差、距道路距离、地层岩性7个因子建立滑坡易发性评价指标体系，在此基础上计算出各因子的分级信息量值，并作为模型的输入变量进行滑坡易发性评价。分别采用SOM神经网络和K均值聚类算法选取非滑坡样本，然后将样本数据集代入I-SVM模型预测滑坡易发性。将SVM、I-SVM、KMeans-I-SVM、SOM-I-SVM四种模型预测精度进行对比，其ROC曲线下面积AUC值分别为0.819、0.882、0.901、0.917，说明SOM-I-SVM模型能有效提高滑坡易发性预测准确率。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202209029
摘要:
2022年9月5日四川省泸定县Ms6.8级地震诱发大量次生地质灾害。为深入认识此次地震地质灾害发育分布规律及特征，分析地质灾害发展趋势及潜在风险，文章在现场调查获取的一手资料，结合震区首轮地质灾害排查资料、遥感解译和区域地质背景资料综合研究，对地震地质灾害的特征、控灾条件及防灾减灾对策进行了研究。结果表明：截至2022年9月14日22时，地震重灾区泸定县和石棉县境内共诱发有威胁对象的地质灾害隐患点565处，包括崩塌331处、滑坡234处，导致81处已有地质灾害隐患点加剧变形；地震诱发的地质灾害类型主要以中、小型群发性高位崩塌和滑坡为主，主要集中分布在震中附近地震烈度Ⅸ度区域，包括泸定县磨西镇、得妥乡、得妥乡—德威镇段大渡河两岸及石棉县草科乡、王岗坪乡；位于地震烈度Ⅸ度区内的湾东河等流域，根据汶川地震经验认为，在未来5年内泥石流将处于活跃期，泥石流防治工程设计需考虑其高频率、黏性泥石流等特征；得妥乡—德威镇段大渡河两岸残留在坡面的崩滑体在降雨作用下易转化成坡面泥石流，建议在防治工程设计时要充分考虑两种灾害类型的转化形式。研究可为震区地震地质灾害防范及灾后重建规划提供科学参考。
2022年9月5日四川省泸定县Ms6.8级地震诱发大量次生地质灾害。为深入认识此次地震地质灾害发育分布规律及特征，分析地质灾害发展趋势及潜在风险，文章在现场调查获取的一手资料，结合震区首轮地质灾害排查资料、遥感解译和区域地质背景资料综合研究，对地震地质灾害的特征、控灾条件及防灾减灾对策进行了研究。结果表明：截至2022年9月14日22时，地震重灾区泸定县和石棉县境内共诱发有威胁对象的地质灾害隐患点565处，包括崩塌331处、滑坡234处，导致81处已有地质灾害隐患点加剧变形；地震诱发的地质灾害类型主要以中、小型群发性高位崩塌和滑坡为主，主要集中分布在震中附近地震烈度Ⅸ度区域，包括泸定县磨西镇、得妥乡、得妥乡—德威镇段大渡河两岸及石棉县草科乡、王岗坪乡；位于地震烈度Ⅸ度区内的湾东河等流域，根据汶川地震经验认为，在未来5年内泥石流将处于活跃期，泥石流防治工程设计需考虑其高频率、黏性泥石流等特征；得妥乡—德威镇段大渡河两岸残留在坡面的崩滑体在降雨作用下易转化成坡面泥石流，建议在防治工程设计时要充分考虑两种灾害类型的转化形式。研究可为震区地震地质灾害防范及灾后重建规划提供科学参考。
2023, 50(2): 1-12.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202211053
摘要:
大气降水的氢氧同位素含量具有高程效应，降水入渗后参与地下水循环，其高程效应如何受地下水流系统的影响转化为地下水氢氧同位素的深度效应？现有研究对于这个问题缺少定量认识。文章构建单向倾斜盆地和双峰波状盆地的稳态地下水循环理论模型，采用MODFLOW模拟剖面二维地下水流场、采用MT3DMS模拟重同位素分子的对流-弥散过程，得到地下水D和18O含量的空间分布，探讨了氢氧同位素高程效应在地下水流系统转化为深度效应的机理。结果表明：在单斜盆地，补给区大气降水D和18O含量的高程效应转化为排泄区地下水δD和δ18O值随埋深增大而指数型衰减的深度效应；在双峰波状盆地，当含水层渗透性相对入渗强度较大时（K0/w=1000），仅发育一个区域地下水流系统，在区域地下水的排泄区δD和δ18O随埋深增大呈现S形曲线分布；当含水层渗透性相对入渗强度较小时（K0/w=250），双峰波状盆地发育多个局部地下水流系统，区域地下水的排泄区δD和δ18O随埋深增大呈现S形曲线，而局部地下水排泄区的δD和δ18O随深度增加呈单调衰减趋势。本研究从理论上推进了地下水流系统对溶质运移影响机理的认识，揭示了氢氧同位素对地下水流系统的指示作用。
大气降水的氢氧同位素含量具有高程效应，降水入渗后参与地下水循环，其高程效应如何受地下水流系统的影响转化为地下水氢氧同位素的深度效应？现有研究对于这个问题缺少定量认识。文章构建单向倾斜盆地和双峰波状盆地的稳态地下水循环理论模型，采用MODFLOW模拟剖面二维地下水流场、采用MT3DMS模拟重同位素分子的对流-弥散过程，得到地下水D和18O含量的空间分布，探讨了氢氧同位素高程效应在地下水流系统转化为深度效应的机理。结果表明：在单斜盆地，补给区大气降水D和18O含量的高程效应转化为排泄区地下水δD和δ18O值随埋深增大而指数型衰减的深度效应；在双峰波状盆地，当含水层渗透性相对入渗强度较大时（K0/w=1000），仅发育一个区域地下水流系统，在区域地下水的排泄区δD和δ18O随埋深增大呈现S形曲线分布；当含水层渗透性相对入渗强度较小时（K0/w=250），双峰波状盆地发育多个局部地下水流系统，区域地下水的排泄区δD和δ18O随埋深增大呈现S形曲线，而局部地下水排泄区的δD和δ18O随深度增加呈单调衰减趋势。本研究从理论上推进了地下水流系统对溶质运移影响机理的认识，揭示了氢氧同位素对地下水流系统的指示作用。
2023, 50(2): 13-22.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202204006
摘要:
地下淡水是支撑海岛居民生活用水保障和生态岛屿建设的重要战略资源。目前海岛淡水资源十分匮乏，鉴于我国灰沙岛的现实复杂性，亟需实施低成本、易操作且对岛礁稳定性及生态系统影响较小的增加地下淡水的措施。本研究提出了采用在海陆边坡处铺设防渗材料人为干预地下淡水体形成、增加淡水储量的措施，并通过砂箱试验和数值模拟相结合的方法在实验室尺度下分析了边坡防渗对灰沙岛淡水透镜体形成的影响，评估了不同因素在边坡防渗条件下增加地下淡水储量的效果，并以永兴岛为例定量评估了边坡防渗对地下淡水储量的影响。研究表明，边坡防渗通过改变地下水流场、增加淡水水头的方式增加了淡水储量。淡水体所需的稳定时间随之增加。在长、宽、高分别为50，5，35 cm的砂箱中，在35°的边坡处铺设14 cm长的隔水材料，淡水透镜体达到稳定后最大厚度由原有的13.7 cm增加至24.9 cm，淡水储量由561.8 cm3增加至1592.3 cm3，所需稳定时间由120 min增加至150 min。增加的淡水储量随降雨强度增加、砂体渗透系数减小、边坡防渗深度增加、防渗材料渗透系数减小而增加。若在永兴岛海陆边坡铺设2 m深的隔水材料，在未来30 a，淡水储量将由天然状态的3.4×106 m3增加至4.4×106 m3，增加原有储量的1/4。研究可为我国岛屿地下淡水科学管理、水资源安全保障提供理论支撑和实践指导。
地下淡水是支撑海岛居民生活用水保障和生态岛屿建设的重要战略资源。目前海岛淡水资源十分匮乏，鉴于我国灰沙岛的现实复杂性，亟需实施低成本、易操作且对岛礁稳定性及生态系统影响较小的增加地下淡水的措施。本研究提出了采用在海陆边坡处铺设防渗材料人为干预地下淡水体形成、增加淡水储量的措施，并通过砂箱试验和数值模拟相结合的方法在实验室尺度下分析了边坡防渗对灰沙岛淡水透镜体形成的影响，评估了不同因素在边坡防渗条件下增加地下淡水储量的效果，并以永兴岛为例定量评估了边坡防渗对地下淡水储量的影响。研究表明，边坡防渗通过改变地下水流场、增加淡水水头的方式增加了淡水储量。淡水体所需的稳定时间随之增加。在长、宽、高分别为50，5，35 cm的砂箱中，在35°的边坡处铺设14 cm长的隔水材料，淡水透镜体达到稳定后最大厚度由原有的13.7 cm增加至24.9 cm，淡水储量由561.8 cm3增加至1592.3 cm3，所需稳定时间由120 min增加至150 min。增加的淡水储量随降雨强度增加、砂体渗透系数减小、边坡防渗深度增加、防渗材料渗透系数减小而增加。若在永兴岛海陆边坡铺设2 m深的隔水材料，在未来30 a，淡水储量将由天然状态的3.4×106 m3增加至4.4×106 m3，增加原有储量的1/4。研究可为我国岛屿地下淡水科学管理、水资源安全保障提供理论支撑和实践指导。
2023, 50(2): 23-33.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202205066
摘要:
蒸散发是水循环过程中的重要环节，研究蒸散发时空变化影响因素，有利于认识区域水资源的时空分异规律。黄河流域地处干旱半干旱地区，水资源短缺且时空分布不均，水问题突出。在黄河流域分析蒸散发对变化环境的响应，揭示气候变化、植被季节性和物候变化的水文水资源效应，对地区水资源可持续发展和规划管理等具有重要的理论意义和现实意义。基于多元自适应回归样条（MARS）非参数模型，采用黄河流域内30个子流域的全球监测与模型研究组（GIMMS）制作的第三代归一化植被指数（NDVI3g）数据集、气象数据、土壤数据、土地利用/覆盖数据以及地形地貌数据，在Budyko框架下分析了水热耦合控制参数ϖ与环境变量因子的关联性，探讨了变化环境对流域蒸散发的影响机制。结果表明：（1）流域水平衡关系的空间变异与流域水热耦合季节性、地形地貌空间变异性、降水的季节性特征（平均暴雨深度和降水变异系数）显著相关。（2）年际尺度上：流域水热的不同步性是影响流域水平衡年际分异最重要的气候季节性指数，水热的不同步性增大，流域的蒸散比减小，产流增加；降水越集中、年内变异程度越高、降水的季节性越明显，流域蒸散比越小；植被的季节性特征是影响流域水平衡的重要因素，植被生长越强，生长季长度越长，流域的蒸散比越大，产流系数越小。（3）环境变量之间存在较强的自相关性，协同演化并作用于流域蒸散发。
蒸散发是水循环过程中的重要环节，研究蒸散发时空变化影响因素，有利于认识区域水资源的时空分异规律。黄河流域地处干旱半干旱地区，水资源短缺且时空分布不均，水问题突出。在黄河流域分析蒸散发对变化环境的响应，揭示气候变化、植被季节性和物候变化的水文水资源效应，对地区水资源可持续发展和规划管理等具有重要的理论意义和现实意义。基于多元自适应回归样条（MARS）非参数模型，采用黄河流域内30个子流域的全球监测与模型研究组（GIMMS）制作的第三代归一化植被指数（NDVI3g）数据集、气象数据、土壤数据、土地利用/覆盖数据以及地形地貌数据，在Budyko框架下分析了水热耦合控制参数ϖ与环境变量因子的关联性，探讨了变化环境对流域蒸散发的影响机制。结果表明：（1）流域水平衡关系的空间变异与流域水热耦合季节性、地形地貌空间变异性、降水的季节性特征（平均暴雨深度和降水变异系数）显著相关。（2）年际尺度上：流域水热的不同步性是影响流域水平衡年际分异最重要的气候季节性指数，水热的不同步性增大，流域的蒸散比减小，产流增加；降水越集中、年内变异程度越高、降水的季节性越明显，流域蒸散比越小；植被的季节性特征是影响流域水平衡的重要因素，植被生长越强，生长季长度越长，流域的蒸散比越大，产流系数越小。（3）环境变量之间存在较强的自相关性，协同演化并作用于流域蒸散发。
2023, 50(2): 34-43.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202205047
摘要:
新乡百泉具有供水、农灌、人文、旅游及生态等多种功能，研究其泉水流量动态，建立泉水流量动态预测模型，对泉域水资源评价和泉水资源保护具有重要意义。为了进一步研究新乡百泉天然状态下泉水流量动态特征、评价泉域岩溶水资源，基于1964—1978年泉水年均实测流量和泉域年均降水量资料，通过逐步回归分析，确定泉水流量的主要影响因素为前1年降水量，并建立了逐步回归模型，其回归效果显著；在逐步回归分析的基础上建立了泉水流量动态预测的GM(1, 2)模型、NSGM(1, 2)模型和GM(0, 2)模型。结果表明：1964—1978年百泉泉水流量动态主要受泉域降水控制，且泉水流量滞后降水1年，反映了天然状态下泉水动态特征。3种灰色模型的精度等级均为最高级（优）。1964—1978年百泉泉水实测流量为2.347~6.448 m³/s，平均为3.904 m3/s；逐步回归模型预测值为1.882~6.383 m3/s，平均为3.904 m3/s；GM(1，2)模型预测值为2.327~6.448 m3/s，平均为3.939 m3/s；NSGM(1，2)模型预测值为2.133~6.448 m3/s，平均为3.927 m3/s；GM(0，2)模型预测值为1.787~6.448 m3/s，平均为3.907 m3/s。逐步回归模型和前述3种灰色模型的平均相对误差分别为7.794%、7.292%、7.122%、7.797%，均<10%，可用于泉水流量动态预测；其中NSGM(1，2)模型精度更高、对曲线“拐点”的拟合更好。根据4种模型预测的1964—2030年泉水流量，从保泉角度评价百泉泉域岩溶水的开采资源量不得超过1.69 m3/s。研究成果可为泉水流量动态预测和泉域水资源评价提供科学依据，也可为类似地区地下水动态研究提供参考。
新乡百泉具有供水、农灌、人文、旅游及生态等多种功能，研究其泉水流量动态，建立泉水流量动态预测模型，对泉域水资源评价和泉水资源保护具有重要意义。为了进一步研究新乡百泉天然状态下泉水流量动态特征、评价泉域岩溶水资源，基于1964—1978年泉水年均实测流量和泉域年均降水量资料，通过逐步回归分析，确定泉水流量的主要影响因素为前1年降水量，并建立了逐步回归模型，其回归效果显著；在逐步回归分析的基础上建立了泉水流量动态预测的GM(1, 2)模型、NSGM(1, 2)模型和GM(0, 2)模型。结果表明：1964—1978年百泉泉水流量动态主要受泉域降水控制，且泉水流量滞后降水1年，反映了天然状态下泉水动态特征。3种灰色模型的精度等级均为最高级（优）。1964—1978年百泉泉水实测流量为2.347~6.448 m³/s，平均为3.904 m3/s；逐步回归模型预测值为1.882~6.383 m3/s，平均为3.904 m3/s；GM(1，2)模型预测值为2.327~6.448 m3/s，平均为3.939 m3/s；NSGM(1，2)模型预测值为2.133~6.448 m3/s，平均为3.927 m3/s；GM(0，2)模型预测值为1.787~6.448 m3/s，平均为3.907 m3/s。逐步回归模型和前述3种灰色模型的平均相对误差分别为7.794%、7.292%、7.122%、7.797%，均<10%，可用于泉水流量动态预测；其中NSGM(1，2)模型精度更高、对曲线“拐点”的拟合更好。根据4种模型预测的1964—2030年泉水流量，从保泉角度评价百泉泉域岩溶水的开采资源量不得超过1.69 m3/s。研究成果可为泉水流量动态预测和泉域水资源评价提供科学依据，也可为类似地区地下水动态研究提供参考。
2023, 50(2): 44-53.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202203050
摘要:
岩溶管道溶质运移的尺度效应研究对穿透曲线的正确解译非常重要，但目前针对单一弯曲管道中溶质运移尺度效应的研究仍比较缺乏。文章将岩溶管道和溶潭分别概化为透明软管和水箱，基于前期建立的水箱-管道系统（简称“管道系统”），在水箱下游设置不同长度的弯曲管道，通过示踪试验研究管道运移尺度对穿透曲线的影响，并采用暂时存储模型模拟试验曲线。结果表明：（1）随着水箱下游管道长度的增加，峰值质量浓度逐渐缓慢降低，穿透曲线上升段斜率无明显变化，穿透曲线拖尾逐渐缩短，表明运移管道长度增加对溶质运移的影响大于下游管道弯曲；（2）穿透曲线偏度系数、后段溶质羽穿透时间和溶质羽穿透时间与管道系统长度呈良好的负线性相关关系（R2>0.96）；（3）当对称和不对称水箱管道系统长度分别增加至154.5 m和164.3 m时，偏度系数接近0，穿透曲线分布接近对称；（4）弥散系数、存储区截面积和交换系数与管道系统长度呈良好的负线性相关关系，当对称和不对称水箱管道系统长度分别增加至159.9 m和178.1 m时，存储区截面积接近0，水箱导致的溶质运移滞后效应基本消失。研究结果对野外岩溶管道穿透曲线的解译具有一定指示作用。
岩溶管道溶质运移的尺度效应研究对穿透曲线的正确解译非常重要，但目前针对单一弯曲管道中溶质运移尺度效应的研究仍比较缺乏。文章将岩溶管道和溶潭分别概化为透明软管和水箱，基于前期建立的水箱-管道系统（简称“管道系统”），在水箱下游设置不同长度的弯曲管道，通过示踪试验研究管道运移尺度对穿透曲线的影响，并采用暂时存储模型模拟试验曲线。结果表明：（1）随着水箱下游管道长度的增加，峰值质量浓度逐渐缓慢降低，穿透曲线上升段斜率无明显变化，穿透曲线拖尾逐渐缩短，表明运移管道长度增加对溶质运移的影响大于下游管道弯曲；（2）穿透曲线偏度系数、后段溶质羽穿透时间和溶质羽穿透时间与管道系统长度呈良好的负线性相关关系（R2>0.96）；（3）当对称和不对称水箱管道系统长度分别增加至154.5 m和164.3 m时，偏度系数接近0，穿透曲线分布接近对称；（4）弥散系数、存储区截面积和交换系数与管道系统长度呈良好的负线性相关关系，当对称和不对称水箱管道系统长度分别增加至159.9 m和178.1 m时，存储区截面积接近0，水箱导致的溶质运移滞后效应基本消失。研究结果对野外岩溶管道穿透曲线的解译具有一定指示作用。
2023, 50(2): 54-62.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202111080
摘要:
为了研究天然地应力作用下裂隙产状等因素对深部岩体裂隙渗流特性的影响，基于单裂隙面渗透性服从负指数变化规律，建立了三维应力作用下不同产状裂隙的渗透系数计算公式，利用Lagrange乘子法分析裂隙面产状变化对其渗透性的影响，并分析了岩体裂隙有、无充填物对其渗透性的影响及敏感性；然后，以我国大陆地区地应力统计规律为例，分析了地表以下5000 m范围内在天然地应力作用下裂隙渗透性随深度、产状的变化规律。结果表明：裂隙产状的变化对其渗流特性有明显影响，对于浅层岩体，在大主应力大致呈水平方向分布时，随着裂隙面倾角的增加，裂隙渗透系数逐渐降低；但随着深度的增加，在裂隙深度超过约200 m和裂隙面走向与大或中主应力方向大致一致时，裂隙渗透性反而会随着裂隙面倾角的增加逐渐增加，在裂隙面走向与小主应力方向垂直时增加最为明显；对于深部岩体，裂隙的渗透性很小，裂隙面产状的变化对其渗透性影响很弱；对于有充填物裂隙，岩块与充填物的弹模比和充填物泊松比的变化对裂隙渗透性的影响很小。研究结果可为深入研究我国深部岩体渗透特性变化规律提供借鉴意义。
为了研究天然地应力作用下裂隙产状等因素对深部岩体裂隙渗流特性的影响，基于单裂隙面渗透性服从负指数变化规律，建立了三维应力作用下不同产状裂隙的渗透系数计算公式，利用Lagrange乘子法分析裂隙面产状变化对其渗透性的影响，并分析了岩体裂隙有、无充填物对其渗透性的影响及敏感性；然后，以我国大陆地区地应力统计规律为例，分析了地表以下5000 m范围内在天然地应力作用下裂隙渗透性随深度、产状的变化规律。结果表明：裂隙产状的变化对其渗流特性有明显影响，对于浅层岩体，在大主应力大致呈水平方向分布时，随着裂隙面倾角的增加，裂隙渗透系数逐渐降低；但随着深度的增加，在裂隙深度超过约200 m和裂隙面走向与大或中主应力方向大致一致时，裂隙渗透性反而会随着裂隙面倾角的增加逐渐增加，在裂隙面走向与小主应力方向垂直时增加最为明显；对于深部岩体，裂隙的渗透性很小，裂隙面产状的变化对其渗透性影响很弱；对于有充填物裂隙，岩块与充填物的弹模比和充填物泊松比的变化对裂隙渗透性的影响很小。研究结果可为深入研究我国深部岩体渗透特性变化规律提供借鉴意义。
2023, 50(2): 63-72.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202112039
摘要:
砂岩型铀矿矿层渗透系数普遍具有空间非均匀性，但受试验和分析手段制约，非均匀渗透系数难以准确刻画，导致地浸采铀过程预测出现偏差，限制了地浸采铀过程精细化管控。针对该问题提出一种矿层非均匀参数分布随机表征方法，在此基础上，开展水盐耦合数值随机模拟，揭示不同渗透系数空间分布条件下，群井抽注所引起的溶浸剂储层内部迁移过程和影响范围。在内蒙古某铀矿床应用结果显示：沿区域地下水流方向渗透系数增加，有利于注入溶浸剂疏散；相反，溶浸剂易出现聚集效应。利用水位监测数据对模型边界条件进行识别与验证后，在均质假设条件下溶浸剂扩散速率为210 m2/d，20 a 开采周期波及范围为1.53 km2；考虑矿层非均质性和参数不确定性，预测溶浸剂扩散速率为191~228 m2/d，波及范围为1.47~1.74 km2。相比于均质假设，溶浸剂扩散速率和波及范围不确定性显著，分别为17.62%和17.65%。考虑渗透系数非均质性和不确定性，使得溶浸剂迁移转化行为预测结果更具代表性，可为合理制定地浸采铀方案提供更加可靠的依据。
砂岩型铀矿矿层渗透系数普遍具有空间非均匀性，但受试验和分析手段制约，非均匀渗透系数难以准确刻画，导致地浸采铀过程预测出现偏差，限制了地浸采铀过程精细化管控。针对该问题提出一种矿层非均匀参数分布随机表征方法，在此基础上，开展水盐耦合数值随机模拟，揭示不同渗透系数空间分布条件下，群井抽注所引起的溶浸剂储层内部迁移过程和影响范围。在内蒙古某铀矿床应用结果显示：沿区域地下水流方向渗透系数增加，有利于注入溶浸剂疏散；相反，溶浸剂易出现聚集效应。利用水位监测数据对模型边界条件进行识别与验证后，在均质假设条件下溶浸剂扩散速率为210 m2/d，20 a 开采周期波及范围为1.53 km2；考虑矿层非均质性和参数不确定性，预测溶浸剂扩散速率为191~228 m2/d，波及范围为1.47~1.74 km2。相比于均质假设，溶浸剂扩散速率和波及范围不确定性显著，分别为17.62%和17.65%。考虑渗透系数非均质性和不确定性，使得溶浸剂迁移转化行为预测结果更具代表性，可为合理制定地浸采铀方案提供更加可靠的依据。
2023, 50(2): 73-83.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202206028
摘要:
排水抗滑桩技术一方面可以克服传统抗滑桩不利于坡内渗流排水这一问题，另一方面也减少了竖向排水、抗滑等结构单独施作时的开挖工程量，并可充分提供水化热散热面，确保整体结构的质量，因此成为现代滑坡防治工程中重要的技术手段，也是近年来地质灾害、水文地质及地下工程等学科持续关注的新型技术。排水抗滑桩技术涉及流体力学和固体力学，以及水动力模型、结构模型、工程地质模型等，理论体系尚不够成熟，且存在空间结构组合相对复杂、施工技术难度较大等问题，其进一步推广应用受到制约，需要开展有针对性的现状总结研究。在查阅大量国内外相关文献、专利和实际工程应用的基础上，对现有排水抗滑桩结构（抗液化桩、空心排水抗滑桩、箱型排水抗滑桩等）特征及分类进行系统归纳，发现：结构上通常与集排水结构形成“渗-集-排”抗滑组合立体结构系统，主体抗滑形式多为桩型或键型，“渗-集-排”结构通常包括透水孔、辐射状渗水孔和排水花管；通过对典型应用实例的综合分析，指出排水抗滑桩虽已具有显著提高稳定性的优势，但距离其广泛应用和多元化发展还有一定距离。据此提出目前排水抗滑桩研究中施工工艺复杂、力学性能和排水特性不明晰、抗滑稳定性计算理论不完善、平面布置优化方法待加强等是今后该领域需要关注的重要科学问题和主要发展趋势，这些科学问题的解决不仅有利于完善排水抗滑桩力学和排水理论，而且有利于提升排水抗滑桩整体应用水平。
排水抗滑桩技术一方面可以克服传统抗滑桩不利于坡内渗流排水这一问题，另一方面也减少了竖向排水、抗滑等结构单独施作时的开挖工程量，并可充分提供水化热散热面，确保整体结构的质量，因此成为现代滑坡防治工程中重要的技术手段，也是近年来地质灾害、水文地质及地下工程等学科持续关注的新型技术。排水抗滑桩技术涉及流体力学和固体力学，以及水动力模型、结构模型、工程地质模型等，理论体系尚不够成熟，且存在空间结构组合相对复杂、施工技术难度较大等问题，其进一步推广应用受到制约，需要开展有针对性的现状总结研究。在查阅大量国内外相关文献、专利和实际工程应用的基础上，对现有排水抗滑桩结构（抗液化桩、空心排水抗滑桩、箱型排水抗滑桩等）特征及分类进行系统归纳，发现：结构上通常与集排水结构形成“渗-集-排”抗滑组合立体结构系统，主体抗滑形式多为桩型或键型，“渗-集-排”结构通常包括透水孔、辐射状渗水孔和排水花管；通过对典型应用实例的综合分析，指出排水抗滑桩虽已具有显著提高稳定性的优势，但距离其广泛应用和多元化发展还有一定距离。据此提出目前排水抗滑桩研究中施工工艺复杂、力学性能和排水特性不明晰、抗滑稳定性计算理论不完善、平面布置优化方法待加强等是今后该领域需要关注的重要科学问题和主要发展趋势，这些科学问题的解决不仅有利于完善排水抗滑桩力学和排水理论，而且有利于提升排水抗滑桩整体应用水平。
2023, 50(2): 84-94.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202209057
摘要:
强震诱发崩滑灾害可严重加剧地震灾害损失，快速评估地震诱发崩滑分布对于应急救灾工作部署具有重要意义。利用2022年9月5日泸定MS6.8级地震震前30 m分辨率地形数据结合1∶50万比例尺地质图，采用Newmark累积位移方法开展了泸定地震诱发崩滑灾害快速评估。结果显示：（1）地震诱发崩滑灾害较为严重，崩滑高危险区面积约为45 km2，主要分布在鲜水河断裂以西大渡河西岸近东西向支沟两岸，其中以燕子沟、磨子沟、海螺沟、飞水沟、湾东河、什月河、田湾河等崩滑危险性较高，对沟内居民及游客生命安全威胁较大，沟内公路受崩滑阻断风险较高，局部河道有被崩滑堵塞风险；（2）泸定县冷碛镇、兴隆镇、磨西镇、得妥乡等4个乡镇及石棉县田湾乡、草科乡、新民乡、先锋乡、蟹螺乡、挖角乡等6个乡镇崩滑危险性较高；（3）震中附近地区大渡河沿线省道S434和S211受崩滑阻断可能性较大；（4）贡嘎雪山一带预测地震崩滑危险性为中等，但需关注冰崩型、岩崩型高位远程灾害（链）风险。通过与震后应急排查、遥感解译等获取的地震Ⅷ度、Ⅸ度区内发生的崩滑分布对比，表明在大渡河西岸各支沟滑坡位移分析结果能够较好地反映同震滑坡的宏观分布特征，但在磨西台地边缘、大渡河干流两岸吻合程度欠佳，后续将通过提升岩性和地形等数据质量进行改进。有关成果可为震后重建规划、震后长期灾害效应分析等提供参考，同时深化了地震崩滑快速评估技术方法，地震崩滑快速评估的可靠性。
强震诱发崩滑灾害可严重加剧地震灾害损失，快速评估地震诱发崩滑分布对于应急救灾工作部署具有重要意义。利用2022年9月5日泸定MS6.8级地震震前30 m分辨率地形数据结合1∶50万比例尺地质图，采用Newmark累积位移方法开展了泸定地震诱发崩滑灾害快速评估。结果显示：（1）地震诱发崩滑灾害较为严重，崩滑高危险区面积约为45 km2，主要分布在鲜水河断裂以西大渡河西岸近东西向支沟两岸，其中以燕子沟、磨子沟、海螺沟、飞水沟、湾东河、什月河、田湾河等崩滑危险性较高，对沟内居民及游客生命安全威胁较大，沟内公路受崩滑阻断风险较高，局部河道有被崩滑堵塞风险；（2）泸定县冷碛镇、兴隆镇、磨西镇、得妥乡等4个乡镇及石棉县田湾乡、草科乡、新民乡、先锋乡、蟹螺乡、挖角乡等6个乡镇崩滑危险性较高；（3）震中附近地区大渡河沿线省道S434和S211受崩滑阻断可能性较大；（4）贡嘎雪山一带预测地震崩滑危险性为中等，但需关注冰崩型、岩崩型高位远程灾害（链）风险。通过与震后应急排查、遥感解译等获取的地震Ⅷ度、Ⅸ度区内发生的崩滑分布对比，表明在大渡河西岸各支沟滑坡位移分析结果能够较好地反映同震滑坡的宏观分布特征，但在磨西台地边缘、大渡河干流两岸吻合程度欠佳，后续将通过提升岩性和地形等数据质量进行改进。有关成果可为震后重建规划、震后长期灾害效应分析等提供参考，同时深化了地震崩滑快速评估技术方法，地震崩滑快速评估的可靠性。
2023, 50(2): 95-102.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202206038
摘要:
地震引发的共振往往会对边坡造成严重的破坏，直接影响边坡的抗震性能。为研究错距岩质边坡的共振特性，通过有限元软件ANSYS建立三维边坡数值模型，分析错距对边坡固有频率的影响，并使用谐响应分析对坡面各点的共振响应规律及地震作用频率对边坡应力的影响进行探讨。结果表明：（1）在不同错距条件下均有可能出现共振现象，边坡错距越大，基频越小，坡面的水平共振位移大于竖向共振位移，前坡坡面位移峰值较大，发生共振的频率比后坡小；（2）低阶和高阶固有频率被激发都可引发共振，但高阶共振位移相对较小，前坡和后坡坡面水平位移峰值表现为：坡顶>坡中>坡脚，侧坡则是：坡中>坡顶>坡脚，在高频加载条件下，边坡会出现下部动力响应大于上部的现象；（3）坡体共振时发生的破坏主要以坡脚剪切破坏为主，最大剪切应力和最大拉应力出现的位置与加载频率范围有关，前坡更容易遭受破坏，低频地震动对前坡影响较大，而高频地震动则相反。所得结论可为错距边坡进行抗震设防时确定重点加固部位提供参考。
地震引发的共振往往会对边坡造成严重的破坏，直接影响边坡的抗震性能。为研究错距岩质边坡的共振特性，通过有限元软件ANSYS建立三维边坡数值模型，分析错距对边坡固有频率的影响，并使用谐响应分析对坡面各点的共振响应规律及地震作用频率对边坡应力的影响进行探讨。结果表明：（1）在不同错距条件下均有可能出现共振现象，边坡错距越大，基频越小，坡面的水平共振位移大于竖向共振位移，前坡坡面位移峰值较大，发生共振的频率比后坡小；（2）低阶和高阶固有频率被激发都可引发共振，但高阶共振位移相对较小，前坡和后坡坡面水平位移峰值表现为：坡顶>坡中>坡脚，侧坡则是：坡中>坡顶>坡脚，在高频加载条件下，边坡会出现下部动力响应大于上部的现象；（3）坡体共振时发生的破坏主要以坡脚剪切破坏为主，最大剪切应力和最大拉应力出现的位置与加载频率范围有关，前坡更容易遭受破坏，低频地震动对前坡影响较大，而高频地震动则相反。所得结论可为错距边坡进行抗震设防时确定重点加固部位提供参考。
2023, 50(2): 103-111.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202207002
摘要:
成都地区侏罗系中等风化泥岩为典型的红层软岩，工程实践表明该类岩体地基承载力的规范建议值偏低，导致该区域内高层、超高层建筑基础选型偏于保守，使得工程成本投入大、目标工期长，如何最大程度的发挥侏罗系中等风化泥岩地基承载能力还没有值得借鉴的方法。以成都地区某超高层建筑地基基础工程为例，针对侏罗系中等风化泥岩地基分别开展了9组深井平硐岩基载荷试验、17孔岩基旁压试验，利用两类试验协同分析泥岩地基承载能力及适宜的承载力特征值取值，并建立了地基承载力特征值与超声波测井试验获得的岩体特征参数的相关方程。研究结果表明：侏罗系中等风化泥岩地区，岩基平板载荷试验、旁压试验所得的地基承载力特征值相近且均较《成都地区建筑地基基础设计规范》（DB51/T 5026—2001）建议最大值大2.0~2.5倍；平板载荷试验的承压板直径、旁压试验的测试深度对中等风化泥岩地基承载力影响不显著；通过参数综合分析，进一步得出地基承载力特征值与岩体波速和岩体完整性指数分别呈幂函数、指数函数递增关系。研究成果对侏罗系中等风化泥岩地基承载力的取值具有重要的参考价值。
成都地区侏罗系中等风化泥岩为典型的红层软岩，工程实践表明该类岩体地基承载力的规范建议值偏低，导致该区域内高层、超高层建筑基础选型偏于保守，使得工程成本投入大、目标工期长，如何最大程度的发挥侏罗系中等风化泥岩地基承载能力还没有值得借鉴的方法。以成都地区某超高层建筑地基基础工程为例，针对侏罗系中等风化泥岩地基分别开展了9组深井平硐岩基载荷试验、17孔岩基旁压试验，利用两类试验协同分析泥岩地基承载能力及适宜的承载力特征值取值，并建立了地基承载力特征值与超声波测井试验获得的岩体特征参数的相关方程。研究结果表明：侏罗系中等风化泥岩地区，岩基平板载荷试验、旁压试验所得的地基承载力特征值相近且均较《成都地区建筑地基基础设计规范》（DB51/T 5026—2001）建议最大值大2.0~2.5倍；平板载荷试验的承压板直径、旁压试验的测试深度对中等风化泥岩地基承载力影响不显著；通过参数综合分析，进一步得出地基承载力特征值与岩体波速和岩体完整性指数分别呈幂函数、指数函数递增关系。研究成果对侏罗系中等风化泥岩地基承载力的取值具有重要的参考价值。
2023, 50(2): 112-121.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202206007
摘要:
基坑开挖过程中不同部位的土体会因不同的卸荷力学行为而表现出动态的破坏特性。为研究基坑土体开挖过程中复杂的卸荷应力路径，利用TSZ-1S应力控制式三轴仪分别对湖相沉积的泥炭质土进行固结不排水及K0固结下的加、卸荷试验，并按侧向、轴向、轴侧向同时卸荷等不同卸荷条件制定试验方案，模拟基坑开挖过程中不同部位土体卸荷路径下的应力-应变曲线、卸荷剪切破坏时的强度及初始切线模量等的变化规律。试验结果表明：土体的应力-应变特性与应力路径密切相关，各路径下应力-应变曲线都近似呈双曲线型；卸荷剪切破坏时强度明显低于加荷破坏。对不同卸荷路径下初始切线模量（Ei）的研究发现，Ei受侧向卸荷影响较大，卸荷后Ei有所提高，轴向卸荷对其影响较小。对各应力-应变曲线进行归一化处理，构建了考虑不同归一化因子的归一化方程，以该方程为基础对不同应力路径下的泥炭质土进行归一化处理，并对结果进行了验证，效果良好。本研究可为泥炭质土场地上基坑在不同卸荷路径下的变形参数和本构关系的研究提供参考。
基坑开挖过程中不同部位的土体会因不同的卸荷力学行为而表现出动态的破坏特性。为研究基坑土体开挖过程中复杂的卸荷应力路径，利用TSZ-1S应力控制式三轴仪分别对湖相沉积的泥炭质土进行固结不排水及K0固结下的加、卸荷试验，并按侧向、轴向、轴侧向同时卸荷等不同卸荷条件制定试验方案，模拟基坑开挖过程中不同部位土体卸荷路径下的应力-应变曲线、卸荷剪切破坏时的强度及初始切线模量等的变化规律。试验结果表明：土体的应力-应变特性与应力路径密切相关，各路径下应力-应变曲线都近似呈双曲线型；卸荷剪切破坏时强度明显低于加荷破坏。对不同卸荷路径下初始切线模量（Ei）的研究发现，Ei受侧向卸荷影响较大，卸荷后Ei有所提高，轴向卸荷对其影响较小。对各应力-应变曲线进行归一化处理，构建了考虑不同归一化因子的归一化方程，以该方程为基础对不同应力路径下的泥炭质土进行归一化处理，并对结果进行了验证，效果良好。本研究可为泥炭质土场地上基坑在不同卸荷路径下的变形参数和本构关系的研究提供参考。
2023, 50(2): 122-131.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202206006
摘要:
针对深层湿陷性黄土自重湿陷量室内试验结果不准确、测试黄土地基湿陷量的原位试验方法少等不足，基于已有的砂井浸水试验，提出了新的现场试验方法——砂井载荷浸水试验方法。其核心是井底地层在试验压力作用下沉降稳定后，利用井中砂砾石的强透水性，将水直接导入井底湿陷性黄土地层及砂井周围土体，使其快速浸水饱和，以此来测定砂井井底地层的湿陷量和砂井周围黄土的自重湿陷量。通过2组砂井载荷浸水试验，测试了不同压力和浸水条件下不同深度地层的湿陷变形，对比分析了砂井载荷浸水试验和临近场地大型试坑浸水试验，结果表明砂井载荷浸水试验的判定结果与试坑浸水试验一致，说明砂井载荷浸水试验是可行的。砂井载荷浸水试验具有周期短、费用低、场地条件要求低、用水量小等优点，适用于深层黄土湿陷性的研究，对黄土地区（尤其是深层黄土）工程的湿陷性评价有一定的参考意义。
针对深层湿陷性黄土自重湿陷量室内试验结果不准确、测试黄土地基湿陷量的原位试验方法少等不足，基于已有的砂井浸水试验，提出了新的现场试验方法——砂井载荷浸水试验方法。其核心是井底地层在试验压力作用下沉降稳定后，利用井中砂砾石的强透水性，将水直接导入井底湿陷性黄土地层及砂井周围土体，使其快速浸水饱和，以此来测定砂井井底地层的湿陷量和砂井周围黄土的自重湿陷量。通过2组砂井载荷浸水试验，测试了不同压力和浸水条件下不同深度地层的湿陷变形，对比分析了砂井载荷浸水试验和临近场地大型试坑浸水试验，结果表明砂井载荷浸水试验的判定结果与试坑浸水试验一致，说明砂井载荷浸水试验是可行的。砂井载荷浸水试验具有周期短、费用低、场地条件要求低、用水量小等优点，适用于深层黄土湿陷性的研究，对黄土地区（尤其是深层黄土）工程的湿陷性评价有一定的参考意义。
2023, 50(2): 132-140.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103009
摘要:
滑坡体水-岩（土）作用是一种复杂的物理化学综合作用，影响坡体的稳定性，但关于目前水-岩（土）相互作用对地质灾害发生方面的影响研究仍较为薄弱。以贵州省鸡场滑坡为研究对象，分析滑坡区岩土体矿物组成和化学成分特征，结合区域内基岩裂隙水、大气降水的成分变化，利用主成分分析方法，研究鸡场滑坡水-岩（土）作用过程，并分析水岩演化作用对滑坡稳定性的影响。结果表明：（1）滑体内玄武岩的风化过程是一种机械破碎-矿物蚀变耦合的水-岩相互作用，发生在“微观-细观-宏观”3种尺度上；（2）选取前3个因子Z1、Z2、Z3（分别占总方差的49.365%、27.135%、15.092%）分析地下水的化学特征，主因子Z1反映了玄武岩原生矿物的溶蚀作用对地下水化学成分的控制作用，主因子Z2反映了地下水的蒸发作用与SiO2溶解度随pH变化的矿物沉淀作用，主因子Z3反映了地下水与岩（土）体间存在离子交换作用且主参与离子为Mg2+和K+；（3）水岩作用产物主要为伊利石、蒙皂石、绿泥石等黏土矿物，使得岩体结构面内黏土矿物含量增加，岩体劣化损伤，对滑带的形成及滑坡的解体产生重要影响。由此研究说明滑坡地下水与岩土体相互作用的主要过程能被主成分分析结果充分反映。
滑坡体水-岩（土）作用是一种复杂的物理化学综合作用，影响坡体的稳定性，但关于目前水-岩（土）相互作用对地质灾害发生方面的影响研究仍较为薄弱。以贵州省鸡场滑坡为研究对象，分析滑坡区岩土体矿物组成和化学成分特征，结合区域内基岩裂隙水、大气降水的成分变化，利用主成分分析方法，研究鸡场滑坡水-岩（土）作用过程，并分析水岩演化作用对滑坡稳定性的影响。结果表明：（1）滑体内玄武岩的风化过程是一种机械破碎-矿物蚀变耦合的水-岩相互作用，发生在“微观-细观-宏观”3种尺度上；（2）选取前3个因子Z1、Z2、Z3（分别占总方差的49.365%、27.135%、15.092%）分析地下水的化学特征，主因子Z1反映了玄武岩原生矿物的溶蚀作用对地下水化学成分的控制作用，主因子Z2反映了地下水的蒸发作用与SiO2溶解度随pH变化的矿物沉淀作用，主因子Z3反映了地下水与岩（土）体间存在离子交换作用且主参与离子为Mg2+和K+；（3）水岩作用产物主要为伊利石、蒙皂石、绿泥石等黏土矿物，使得岩体结构面内黏土矿物含量增加，岩体劣化损伤，对滑带的形成及滑坡的解体产生重要影响。由此研究说明滑坡地下水与岩土体相互作用的主要过程能被主成分分析结果充分反映。
2023, 50(2): 141-149.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202211004
摘要:
宁厦南部地区以黄土丘陵地貌为主，区内沟壑纵横，小型滑坡较为发育，地表形变监测难度大。为探索黄土丘陵区的地质灾害隐患识别方法，以宁夏回族自治区固原市泾源县为研究区，应用SBAS-InSAR技术对采集到的2016年7月—2021年5月的11期升轨L波段ALOS-2数据进行处理，得到形变速率结果。联合高分光学影像，根据形变速率、形变规模、坡度、形变区到承灾体的距离等因素进行综合分析，在泾源县共识别疑似隐患27处。经实地验证，其中22处形变迹象较明显、而且有明确的承灾体，确定为地质灾害隐患。对其中典型隐患点进行时序形变分析，发现这些区域在监测时间段内有持续显著的地表形变，最大沉降速率达到91.53 mm/a。结果表明：在黄土丘陵区，应用L波段SAR数据，采用SBAS-InSAR技术的地质灾害形变监测效果显著，联合高分辨率的光学影像数据、应用综合遥感识别的方法，在该地区地质灾害隐患识别的正确率较高，具有很好的适用性。未来可编程采集升、降轨结合的L波段数据、结合无人机LiDAR数据做更深入的研究，以进一步提高地质灾害隐患识别的准确率，为地质灾害精准防治做好技术支撑。
宁厦南部地区以黄土丘陵地貌为主，区内沟壑纵横，小型滑坡较为发育，地表形变监测难度大。为探索黄土丘陵区的地质灾害隐患识别方法，以宁夏回族自治区固原市泾源县为研究区，应用SBAS-InSAR技术对采集到的2016年7月—2021年5月的11期升轨L波段ALOS-2数据进行处理，得到形变速率结果。联合高分光学影像，根据形变速率、形变规模、坡度、形变区到承灾体的距离等因素进行综合分析，在泾源县共识别疑似隐患27处。经实地验证，其中22处形变迹象较明显、而且有明确的承灾体，确定为地质灾害隐患。对其中典型隐患点进行时序形变分析，发现这些区域在监测时间段内有持续显著的地表形变，最大沉降速率达到91.53 mm/a。结果表明：在黄土丘陵区，应用L波段SAR数据，采用SBAS-InSAR技术的地质灾害形变监测效果显著，联合高分辨率的光学影像数据、应用综合遥感识别的方法，在该地区地质灾害隐患识别的正确率较高，具有很好的适用性。未来可编程采集升、降轨结合的L波段数据、结合无人机LiDAR数据做更深入的研究，以进一步提高地质灾害隐患识别的准确率，为地质灾害精准防治做好技术支撑。
2023, 50(2): 150-159.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202112021
摘要:
地表基质调查与编图是当前自然资源调查监测体系中的全新领域，但如何开展还缺乏统一的行动指南。在总结地球关键带理论和地表基质调查研究现状的基础上，充分借鉴区域地质、工程地质、第四纪地质、水文地质、环境地质等调查与编图表达方式，以承德坝上高原如意河流域为研究区，探索建立了基于地球关键带理论的地表基质调查与图件编制方法。基于野外调查结果，将如意河流域划分为玄武岩、安山岩、凝灰岩、流纹岩、冲洪积砂砾石、残坡积砂砾石、风积沙、湖积淤泥和沼积淤泥等9种地表基质类型，研究了不同类型地表基质的分布特征、调查和监测指标，编制了风积沙厚度空间分布图、地表基质与地表覆盖层耦合关系图和地表基质层图。地表基质厚度空间分布图可展布不同类型地表基质厚度的空间分布特征，地表基质与地表覆盖层耦合关系图可直观刻画地表基质的剖面结构特征和理化性质对地表覆盖生态要素的约束作用，地表基质图能系统地反映地表基质与地表覆盖层的结构、展布、特征和耦合关系。地表基质系列图件是岩-土-水-生等地球关键带多圈层交互作用在地质图上的反映。该研究可为在全国范围开展地表基质调查与编图提供参考。
地表基质调查与编图是当前自然资源调查监测体系中的全新领域，但如何开展还缺乏统一的行动指南。在总结地球关键带理论和地表基质调查研究现状的基础上，充分借鉴区域地质、工程地质、第四纪地质、水文地质、环境地质等调查与编图表达方式，以承德坝上高原如意河流域为研究区，探索建立了基于地球关键带理论的地表基质调查与图件编制方法。基于野外调查结果，将如意河流域划分为玄武岩、安山岩、凝灰岩、流纹岩、冲洪积砂砾石、残坡积砂砾石、风积沙、湖积淤泥和沼积淤泥等9种地表基质类型，研究了不同类型地表基质的分布特征、调查和监测指标，编制了风积沙厚度空间分布图、地表基质与地表覆盖层耦合关系图和地表基质层图。地表基质厚度空间分布图可展布不同类型地表基质厚度的空间分布特征，地表基质与地表覆盖层耦合关系图可直观刻画地表基质的剖面结构特征和理化性质对地表覆盖生态要素的约束作用，地表基质图能系统地反映地表基质与地表覆盖层的结构、展布、特征和耦合关系。地表基质系列图件是岩-土-水-生等地球关键带多圈层交互作用在地质图上的反映。该研究可为在全国范围开展地表基质调查与编图提供参考。
2023, 50(2): 160-170.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202209006
摘要:
地下水中污染物具有迁移性和扩散性，会对下游敏感受体造成威胁，目前场地地下水风险评估主要关注人体健康风险，还未能综合考虑地下水污染的整体风险，尤其是忽视了污染物迁移引起的对下游敏感受体的风险。本研究基于“源-径-汇”模型构建了考虑污染物扩散风险的场地地下水污染风险评估的指标体系与风险评估模式。在指标体系构建方面，重点考虑场地地下水的污染源、迁移路径和敏感受体3个方面。在风险评估模式方面，根据场地不同地下水污染状态开展3个层次的风险评估。基于假想的铬污染场地开展了案例分析，设置了地下水污染状态的4种情景，利用Wexler溶质运移模型计算了地下水污染羽的时空变化，并针对地下水污染的不同层次开展了风险评估。结果表明，在场地地下水污染羽未到达场地边界的2种情形中，场地地下水的风险评分分别为4.0，6.2，分别属于低风险与中风险。在场地地下水污染羽到达或超出场地边界的2种情形中，场地地下水的风险评分分别为7.0，8.8，分别属于中风险与高风险。综合而言，本研究构建的方法能够用来对场地地下水进行系统全面的评估和对比，能够根据风险结果对污染场地进行有效的分级管控，为污染场地的风险管控提供技术支撑。
地下水中污染物具有迁移性和扩散性，会对下游敏感受体造成威胁，目前场地地下水风险评估主要关注人体健康风险，还未能综合考虑地下水污染的整体风险，尤其是忽视了污染物迁移引起的对下游敏感受体的风险。本研究基于“源-径-汇”模型构建了考虑污染物扩散风险的场地地下水污染风险评估的指标体系与风险评估模式。在指标体系构建方面，重点考虑场地地下水的污染源、迁移路径和敏感受体3个方面。在风险评估模式方面，根据场地不同地下水污染状态开展3个层次的风险评估。基于假想的铬污染场地开展了案例分析，设置了地下水污染状态的4种情景，利用Wexler溶质运移模型计算了地下水污染羽的时空变化，并针对地下水污染的不同层次开展了风险评估。结果表明，在场地地下水污染羽未到达场地边界的2种情形中，场地地下水的风险评分分别为4.0，6.2，分别属于低风险与中风险。在场地地下水污染羽到达或超出场地边界的2种情形中，场地地下水的风险评分分别为7.0，8.8，分别属于中风险与高风险。综合而言，本研究构建的方法能够用来对场地地下水进行系统全面的评估和对比，能够根据风险结果对污染场地进行有效的分级管控，为污染场地的风险管控提供技术支撑。
2023, 50(2): 171-177.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202112043
摘要:
由于工业废物的不合理排放，大量的重金属污染物Cr(VI)进入地下环境，严重威胁着人类健康和生态环境。Cr(VI)在地下水环境中高度易迁移的特性，造成其污染修复上的困难，亟待一种绿色、经济、有效的阻截方式提高地下水对Cr(VI)的阻控能力。研究利用焦亚硫酸钠原位还原地下水中的Cr(VI)，产生Cr3+作为黄原胶交联剂，形成凝胶阻截屏障，探究了各类成分对凝胶时间、黏度变化的影响及凝胶屏障对含水层的阻截效果，得到如下结论：（1）在Cr(VI)质量浓度达到200 mg/L的体系中，质量分数0.4%的黄原胶溶液在1.5 h内即可形成具有一定机械强度的凝胶；（2）凝胶具有耐盐性，适用于常见含水层，2.5~5 g/L的Na+和K+对凝胶起促进作用；（3）注入型凝胶阻截屏障能够大幅降低中砂介质的渗透系数至1×10−7 cm/s，满足地下水阻截需求。注入型凝胶屏障的形成无需引入有害物质，阻截结束后注入型屏障可经生物作用自然降解，不会长期改变含水层水力条件。研究成果可为Cr(VI)污染地下水中凝胶阻截屏障的构筑提供理论基础。
由于工业废物的不合理排放，大量的重金属污染物Cr(VI)进入地下环境，严重威胁着人类健康和生态环境。Cr(VI)在地下水环境中高度易迁移的特性，造成其污染修复上的困难，亟待一种绿色、经济、有效的阻截方式提高地下水对Cr(VI)的阻控能力。研究利用焦亚硫酸钠原位还原地下水中的Cr(VI)，产生Cr3+作为黄原胶交联剂，形成凝胶阻截屏障，探究了各类成分对凝胶时间、黏度变化的影响及凝胶屏障对含水层的阻截效果，得到如下结论：（1）在Cr(VI)质量浓度达到200 mg/L的体系中，质量分数0.4%的黄原胶溶液在1.5 h内即可形成具有一定机械强度的凝胶；（2）凝胶具有耐盐性，适用于常见含水层，2.5~5 g/L的Na+和K+对凝胶起促进作用；（3）注入型凝胶阻截屏障能够大幅降低中砂介质的渗透系数至1×10−7 cm/s，满足地下水阻截需求。注入型凝胶屏障的形成无需引入有害物质，阻截结束后注入型屏障可经生物作用自然降解，不会长期改变含水层水力条件。研究成果可为Cr(VI)污染地下水中凝胶阻截屏障的构筑提供理论基础。
2023, 50(2): 178-188.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202204044
摘要:
岩体裂隙的溶蚀现象广泛存在于自然过程和工程实践，重力对溶蚀过程具有重要作用。可视化观测技术是研究粗糙裂隙溶蚀机理的关键手段，然而传统的可视化技术存在裂隙粗糙壁面难以复制、溶蚀过程难以实时观测等问题。通过自主研发的粗糙裂隙溶蚀过程可视化试验平台，开展了垂直裂隙和水平裂隙在4种流量条件（0.05，0.1，0.3，1 mL/min）下的溶蚀可视化实验，研究了重力效应对溶蚀模式和溶蚀形态的影响，采用分形维数量化了不同溶蚀模式的形态学特征，最终确定了不同佩克莱数（Pe）条件下的突破时注液量。试验结果表明：在Pe≤62.1范围内，重力效应对溶蚀模式具有重要影响，垂直裂隙中的溶蚀发育为浮力主导模式和通道模式，重力效应将诱发单一、集中的溶蚀通道；而水平裂隙则统一发育为开度演变均匀、宽度较大的通道，即经典的虫洞溶蚀模式；在Pe数较大时（Pe=207.0）时，垂直裂隙和水平裂隙中的溶蚀均发育为均匀溶蚀。试验结果还证实了垂直裂隙更易发育为贯通的溶蚀通道，从而加速溶蚀突破；Pe=20.7时为最优注入条件，垂直裂隙的突破时注液量最小。在此条件下，垂直裂隙的突破时注液量仅为水平裂隙的1/4。建议重点关注重力效应对溶蚀过程的影响，研究结果对CO2地质封存等工程实践具有重要意义。
岩体裂隙的溶蚀现象广泛存在于自然过程和工程实践，重力对溶蚀过程具有重要作用。可视化观测技术是研究粗糙裂隙溶蚀机理的关键手段，然而传统的可视化技术存在裂隙粗糙壁面难以复制、溶蚀过程难以实时观测等问题。通过自主研发的粗糙裂隙溶蚀过程可视化试验平台，开展了垂直裂隙和水平裂隙在4种流量条件（0.05，0.1，0.3，1 mL/min）下的溶蚀可视化实验，研究了重力效应对溶蚀模式和溶蚀形态的影响，采用分形维数量化了不同溶蚀模式的形态学特征，最终确定了不同佩克莱数（Pe）条件下的突破时注液量。试验结果表明：在Pe≤62.1范围内，重力效应对溶蚀模式具有重要影响，垂直裂隙中的溶蚀发育为浮力主导模式和通道模式，重力效应将诱发单一、集中的溶蚀通道；而水平裂隙则统一发育为开度演变均匀、宽度较大的通道，即经典的虫洞溶蚀模式；在Pe数较大时（Pe=207.0）时，垂直裂隙和水平裂隙中的溶蚀均发育为均匀溶蚀。试验结果还证实了垂直裂隙更易发育为贯通的溶蚀通道，从而加速溶蚀突破；Pe=20.7时为最优注入条件，垂直裂隙的突破时注液量最小。在此条件下，垂直裂隙的突破时注液量仅为水平裂隙的1/4。建议重点关注重力效应对溶蚀过程的影响，研究结果对CO2地质封存等工程实践具有重要意义。
2023, 50(2): 189-197.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202206026
摘要:
迄今为止，注入时间和静水压力对溶质在深层承压地热水中的运移规律影响研究少有报道。通过模拟35℃的低温地热环境，开展了注入时间1，2，3，4，5 h以及静水压力0，6，9 MPa条件下Cl−的运移柱模拟试验。采用CXTFIT 2. 1软件进行数值模拟，探讨了孔隙型热储砂土中Cl−的运移规律和影响因素。结果表明：在模拟的低温孔隙型热储层中，不同注入时间和静水压力下，Cl−的运移曲线均呈正态对称分布，一维对流弥散（CDE）模型也可较好地表征其穿透曲线，因此溶质扩散过程符合菲克定律。注入时间的不同，会引起Cl−的穿透曲线、运移参数发生变化，这与不同注入时间条件下溶质注入总量、柱内溶质浓度差以及分子扩散能力不同有关。在不同静水压力条件下，弥散系数从0 MPa的25.22 cm2/h增加到9 MPa的36.13 cm2/h，分子扩散系数、机械弥散系数以及弥散度也随之增大，因此溶质的弥散作用随静水压力的增大而增强。研究结果对于丰富地下水的溶质运移理论具有重要意义。
迄今为止，注入时间和静水压力对溶质在深层承压地热水中的运移规律影响研究少有报道。通过模拟35℃的低温地热环境，开展了注入时间1，2，3，4，5 h以及静水压力0，6，9 MPa条件下Cl−的运移柱模拟试验。采用CXTFIT 2. 1软件进行数值模拟，探讨了孔隙型热储砂土中Cl−的运移规律和影响因素。结果表明：在模拟的低温孔隙型热储层中，不同注入时间和静水压力下，Cl−的运移曲线均呈正态对称分布，一维对流弥散（CDE）模型也可较好地表征其穿透曲线，因此溶质扩散过程符合菲克定律。注入时间的不同，会引起Cl−的穿透曲线、运移参数发生变化，这与不同注入时间条件下溶质注入总量、柱内溶质浓度差以及分子扩散能力不同有关。在不同静水压力条件下，弥散系数从0 MPa的25.22 cm2/h增加到9 MPa的36.13 cm2/h，分子扩散系数、机械弥散系数以及弥散度也随之增大，因此溶质的弥散作用随静水压力的增大而增强。研究结果对于丰富地下水的溶质运移理论具有重要意义。
2023, 50(2): 198-206.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202205040
摘要:
垂直地埋管换热器（borehole heat exchanger，BHE）是利用浅层地热能的主要换热装置，如何确定合理的地埋管间距对地源热泵系统（ground source heat pump system，GSHPs）的传热性能与经济性影响很大。以往工程应用中未考虑地埋管热负荷的动态变化，常采用最大延米热/冷负荷（即最不利情况下）的影响半径作为设计依据，使设计参数趋于保守，很难实现地源热泵系统的技术和经济优化，而考虑负荷变化的数值模拟方法耗时复杂，不便于工程应用。文章提出了一种在地埋管实际热冷负荷动态变化条件下，计算地埋管换热器影响半径的简单数学方法。该法首先推导了地埋管换热器在周期性热流边界条件下，井筒周围地层温度场的解析解，在此基础上将地面建筑物全年周期下的实际波动热冷负荷进行傅里叶级数近似展开，最后通过线性叠加每个周期函数对应的解析解，得到建筑物实际动态热冷负荷下的地层温度动态分布。提出的解析解实时耦合了地面建筑动态热冷负荷，计算结果接近实际应用，具有计算精度高、简单方便快捷的优点，便于在工程实际中推广应用。
垂直地埋管换热器（borehole heat exchanger，BHE）是利用浅层地热能的主要换热装置，如何确定合理的地埋管间距对地源热泵系统（ground source heat pump system，GSHPs）的传热性能与经济性影响很大。以往工程应用中未考虑地埋管热负荷的动态变化，常采用最大延米热/冷负荷（即最不利情况下）的影响半径作为设计依据，使设计参数趋于保守，很难实现地源热泵系统的技术和经济优化，而考虑负荷变化的数值模拟方法耗时复杂，不便于工程应用。文章提出了一种在地埋管实际热冷负荷动态变化条件下，计算地埋管换热器影响半径的简单数学方法。该法首先推导了地埋管换热器在周期性热流边界条件下，井筒周围地层温度场的解析解，在此基础上将地面建筑物全年周期下的实际波动热冷负荷进行傅里叶级数近似展开，最后通过线性叠加每个周期函数对应的解析解，得到建筑物实际动态热冷负荷下的地层温度动态分布。提出的解析解实时耦合了地面建筑动态热冷负荷，计算结果接近实际应用，具有计算精度高、简单方便快捷的优点，便于在工程实际中推广应用。
主 管：中国地质调查局
主 办：中国地质环境监测院
主 编：李文鹏
编辑出版：《水文地质工程地质》 编辑部
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