隧道含水构造直流电阻率法超前探测三维反演成像

突涌水地质灾害是隧道修建面临的主要威胁,隧道掌子面前方赋存的突水灾害源——含水构造的三维定位已经成为亟待解决的关键难题。针对上述难题,提出了直流电阻率法三维反演成像超前探测方法。首先,建立了直流电阻率法超前探测三维全空间立体观测方式,针对测线附近的旁侧干扰严重这一关键问题,提出了干扰识别与去除方法,实现了掌子面前方三维有效信息的测量。综合线性反演方法和非线性反演方法的优点,提出了改进遗传算法与最小二乘法相结合的混合反演成像方法,既摆脱了对初始模型的依赖,又保证了反演进化效率。然后,重点对断层、裂隙、溶洞等典型的含水构造进行了系统的反演数值试验,获得了典型含水构造的三维成像特征和相应的地质解释依据,为实现由观测数据到三维成像再到地质模型的映射奠定了基础。最后,将直流电阻率法超前探测三维反演成像方法应用到模型试验和实际工程中,实现了含水地质构造的较准确三维定位,证明该方法具有良好的推广应用价值。     

石质文物风化程度的超声波CT检测

我国是一个具有悠久历史的文明古国，拥有大量的具有重要历史意义和价值的文化遗产，然而，由于长期的风化作用，导致它们损伤严重，亟须对其风化程度进行评价。超声波测试具有检测分辨率高，对被测物无损伤等特点，使其成为检测石质文物风化程度的有力手段。从理论和办法上，对运用超卢穿透波CT检测石质文物风化程度的方法进行了探讨，提出了一套利用超声波CT法检测现场石质文物风化程度和文物材料丰要力学参数分布状况的方法。利用这套方法对浙江省义乌市南宋古桥——古月桥桥身条石的风化程度进行测试，取得了较好的效果。     

红砂岩风化机理的有机酸研究

随着工业迅猛发展,环境污染日益严重,红砂岩文物由于缺乏保护已经严重风化,在很大程度上影响了美观和研究价值。为探明有机酸在风化过程的作用,揭露红砂岩的风化机理,在广东省各地对风化红砂岩进行实地考察,用高效液相色谱仪分析风化物中有机酸,结果表明在有机酸H＋离子的攻击下,金属离子从矿物中释放出来,与酸中的-COOH基反应生成难溶性酸盐,这种有机络合物在矿物表面的化学吸附导致矿物中的电子群向边缘迁移,使之更易于发生水解,加速了岩体风化,而且岩体受污染程度与风化物中有机酸的含量、种类相关。本研究探明了有机酸在风化过程中的作用,为未风化的红砂岩文物提供一种重要的预防风化依据,为已风化的红砂岩文物修复提供理论参考,从而为石质文物的保护提供更加全面的保护策略。     

基于激发极化法的隧道含水地质构造超前探测研究

 突(涌)水地质灾害是制约隧道等地下工程建设的瓶颈问题之一,隧道施工期含水地质构造的超前探测尤其是水量预测已经成为亟待研究和解决的重要工程科技难题。针对上述难题,提出以激发极化法等地球物理方法为先导的解决思路,研发隧道含水构造超前探测专用激发极化仪器。提出从视电阻率数据着手解决含水构造定位难题的思路和基于三维电阻率反演方法的隧道含水构造超前探测三维成像方法及其计算效率优化方案。解答隧道超前探测的基本问题(如三维全空间点源电场求解、三维测量观测方式、干扰识别与去除方法、反演目标区域等),利用反演算例验证断层、溶洞等含导水地质构造三维成像的有效性。针对含水体的水量预测难题,提出基于二电流激发极化半衰时之差法的隧道含水构造水量预测方法,通过物理模型试验发现半衰时之差与水量之间存在线性正相关关系,二者之间的这种单调线性正相关关系为解决实际工程中含水构造的水量预测难题奠定了基础。最终形成激发极化法隧道含水地质构造超前探测技术体系,并将该技术用于隧道地质预报实践中,预报结果与实际开挖情况基本一致。实际应用效果表明,激发极化超前预报技术可有效解决隧道施工期含水构造超前探测的定位难题,尤其可实现含水体水量的估算,拓展了超前地质预报工作的功能,具有良好的应用前景和推广价值。     

工程物探方法在岩石风化程度判别中的应用

结合某电厂工程地质条件,运用波速试验、高密度电阻率法(直流电法)和地质雷达测试(电磁波法)等物探方法,较好地判别了基岩风化程度的整体分布范围及软弱岩土层的分布区域,并通过工程地质调查及钻探验证,证实了工程物探能快速、真实、准确地反映基岩风化程度,以指导后期基础设计及基坑开挖。     

深圳地区燕山期花岗岩风化带划分及鉴别

为了解决目前深圳地区构造带区域燕山期花岗岩风化带施工现场判别上的困难,总结了花岗岩风化带的划分依据,提出了从地质演化的本质方面应按照岩石结构崩解和矿物风化程度强弱、岩石强度方面进行划分风化带。阐述了深圳市花岗岩各风化带的岩石结构崩解特征和矿物风化特征,并指出了相邻风化带的区别特征。以深圳地区多个花岗岩风化带误判工程为例,指出了相似风化岩判别的关键特征,为今后复杂地区桩基持力层勘验提供一定的借鉴作用。     

平遥古城城墙古砖风化程度环境磁学无损检测

古砖风化程度无损检测与评价是治理文物建筑风化病害的前提和基础。本文以世界文化遗产地平遥古城城墙风化古砖为研究对象,在定性描述的基础上,利用环境磁学便携式无损检测仪器,现场定量评价古砖的风化程度,并结合常用于砖石质文物风化程度检测的仪器进行现场验证。结果表明,利用环境磁学便携式SM-30磁化率仪器无损检测和评价平遥古城城墙古砖的风化程度是可行的,城墙古砖风化程度的磁化率划分标准与古砖表面力学强度具有很好的对应关系,可以在很大程度上反映古砖的风化变质情况。研究成果可为平遥古城城墙古砖的防风化保护措施的制定提供基础数据,具有重要的科学意义。     

云冈石窟龙王庙沟风化砂岩风化深度与风化速度环境磁学无损探测

风化深度是石窟等石质文物稳定性、耐久性评价和保护方案制定的重要依据之一。本文在定性观察的基础上,利用环境磁学便携式磁化率仪对云冈石窟风化砂岩进行了现场风化程度无损探测,提出了云冈石窟片状风化砂岩风化程度定量分级标准,并探测了云冈石窟龙王庙沟西侧崖壁砂岩的风化深度。认为云冈石窟片状风化砂岩风化程度分为5级,云冈石窟片状风化砂岩在风化退质过程中磁化率值具有先升高后降低的特征。龙王庙沟西侧崖壁水平钻孔ZK3、ZK6处砂岩的风化深度分别为400mm和570mm,相应的风化速度为0.26350～0.26882mm/a和0.37549～0.38306mm/a,离沟口直线距离对此处砂岩的风化具有控制作用。风化的主要影响因素是武周山南崖壁的卸荷裂隙十分发育,它不仅导致石窟寺岩体边坡的失稳,也为水的入渗和渗流,石雕表面盐类的运移和积聚提供了良好的通道,更进一步加速了石雕文物的风化。建议对武周山南崖壁表面岩体进行防风化处理,并修建保护性窟檐以减小风化营力的作用。     

岩石的风化损伤属性与缩小防护煤柱开采机制研究

以大量试验数据、现场测试资料和大规模缩小防护煤柱开采工程实践为依据,研究隐伏煤田基岩风化带的分布特点。结果表明:岩石风化损伤后具有强度降低,塑变能力增强;多趋泥化,裂隙易于弥合,再生隔水能力显著增强,亲水能力强等变异特征以及工程地质特性。重点论述风化带内煤层开采具有移动快、变形大、回缩快和下沉大等覆岩破坏移动演化新特征,获得以泥质岩类为主的风化带岩层受开采扰动的影响,具有阻隔底含水下渗和抑制导水裂隙带继续发展的双重作用和煤岩柱厚度与风化程度是影响导水裂隙带发育高度的主导因素等新的认识。同时,阐述了缩小防护煤柱开采的机制,系统地提出了采空区滞后控水、煤水分流、加大开采高度、物探预测和地质弱面预先加固等一系列确保安全的关键技术保障措施。对类似矿井浅部资源的回收与安全开采具有理论意义和应用价值。     

美华村花园住宅群清水外墙风化程度贯入法检测

对贯入法检测清水外墙风化程度进行了深入的探讨,对其检测原理、仪器、步骤分别阐述,并对清水外墙具体实施检测中的问题进行了分析.通过具体案例演示了贯入法检测清水外墙表面风化程度的具体操作,验证了该方法的可靠性、准确性和实用性,认为采用贯入法检测清水墙砖材风化程度,是一种具有创新精神的研究和检测方法,经过一系列的系统研究和测试性应用,可以在一定范围内进行推广.     

综合物探在某开挖核岛差异风化带调查中的应用

地球物理勘探具有设备轻便、成本低、效率高、工作空间广等优点,但存在多解性的问题,为了获取准确有效的解译成果,本文采用综合的物探方法,以地质雷达、地震面波法以及直达法波速测试等探测手段,对南方某滨海核电厂核岛开挖后反应堆厂房所揭露的差异风化带进行探测,并通过与核岛开挖地质编录及前期钻探成果进行对比,以查明差异风化带空间展布特征及物理力学特性。探测结果显示,综合物探法不仅能避免钻探方法对地基岩体完整性产生的影响,而且能在平面及纵向深度范围内探测差异风化带的空间展布特征,且探测效果显著,可为后续设计输入提供强有力的支持。     

The effect of frost weathering at the dinosaur tracksite in Seoyu-ri,Hwasun, Korea

Cultural monuments and geological heritage sites composed of natural stone are severely affected by frost weathering in cold regions or during the winter season in mid-altitude regions. The effect also occurs at the dinosaur tracksite in Seoyu-ri, Hwasun, Korea, which is not sheltered. To assess the influence of frost weathering on the tracksite, freeze–thaw experiments were carried out in the laboratory up to 100 cycles, simulating geological and meteorological conditions of the site. The variation on physical properties were measured at a core scale as weathering progressed. The decreases in dry weight, P- and S-wave velocity, and elastic modulus, and the increase in absorption rate and Poisson’s ratio showed the physical deterioration of the specimens. The microstructural properties were also measured using micro-computed tomography (micro-CT) images as weathering progressed. The variation on porosity (especially open porosity), pore size distribution, local thickness, and crack orientation showed the propagation and expansion of the pores and microcracks in rock specimens at a pore scale. Because every measurement was performed using non-destructive methods, the variation on the same specimens can be analyzed continuously. The results showed that frost weathering can cause damage to the tracksites. This research, therefore, suggests the construction of a shelter to maintain the temperature of the tracksite and to prevent groundwater seepage. This research can be applied to assess the effects of frost weathering at other cultural stone heritage or geological heritage sites.     

冲击荷载对煤岩内部微结构演化及表面新生裂隙分布规律的影响

 利用自制落锤式煤岩冲击加载试验装置,配合超声波检测设备,对型煤在不同冲击荷载作用下内部微结构及表面新生裂隙的发展演化规律进行系统的试验研究,并分析冲击荷载对型煤内部微结构演化产生影响的机制。结果表明：型煤内部微结构演化与冲击荷载作用次数、单次冲击能量大小、冲击能量施加顺序、冲击能量的累计效果等因素有关;型煤内部微结构的扩展和表面新生裂隙的出现、发展均表现出明显的各向异性,沿冲击荷载方向上比垂直冲击方向上变化显著;相同的冲击荷载作用下,型煤内部微结构总数量随着冲击次数的增加呈现出“高速增加→平缓发展→急速增加”的趋势;不同冲击荷载作用时,随着单次冲击能量的增加,型煤内部微结构总数量呈指数函数关系增大,型煤表面新生裂隙局部化分布特点更为显著;型煤内部微结构演化对冲击能量由大到小进行施加更为敏感;冲击荷载对型煤内部微结构影响的累计效果也呈非线性规律,表现为先增大后减小趋势,其不可简单等效为冲击能量的增加;型煤对冲击能量的吸收率随着单次冲击能量的增加呈减小趋势,表现为大于一定值的较小冲击能量的累计效果要大于等值单次较大冲击能量对型煤造成的影响。     

杭州市西湖区两处题刻防风化保护研究

根据户外石质文物保护特点及项目要求,对杭州市的朱熹昙山题刻和风水洞摩崖题记的风化机理进行了研究,并对其工程性能和影响因素进行评价。在现场调查中,通过回弹、超声波和表面吸水率测试等步骤,初步了解了题刻表面强度、风化程度和孔隙发育状况。在室内试验中,通过对岩样化学成分、微观结构、物理性能和风化产物分析,更详细地研究了岩石性能。最后依据上述结果,并结合实际情况制定了由防渗措施、表层加固和表面清洗三部分组成的题刻防风化保护内容。     

Fractal parameter approach on weathering grade determination of Çeşme (Izmir, Turkey) tuffs

Tuffs, classified as weak rock to hard soil with respect to their strength, slake on exposure, hence engineering problems occur as they weather and loosen. Weathering grades were determined in the field and in the laboratory using petrographic, chemical, physico-mechanical, P-wave velocity, and slake durability measures. Strong correlations were found between chemical weathering index, average porosity and fractal parameters based on the slake durability test results. The shapes of the tuff particles before and after the slaking test were investigated using the fractal dimension method to explain numerically the variations of the surface characteristics of the test samples due to weathering. Two fractal parameters are proposed for the second and fifth cycles of the slake durability test. The study has shown that for assessing the weathering state of tuffs, the fractal dimension approach could be a more effective tool than other methods of weathering grade determination.     

Mapping the impact of climate change on surface recession of carbonate buildings in Europe

Climate change is currently attracting interest at both research and policy levels. However, it is usually explored in terms of its effect on agriculture, water, industry, energy, transport and health and as yet has been insufficiently addressed as a factor threatening cultural heritage. Among the climate parameters critical to heritage conservation and expected to change in the future, precipitation plays an important role in surface recession of stone. The Lipfert function has been taken under consideration to quantify the annual surface recession of carbonate stone, due to the effects of clean rain, acid rain and dry deposition of pollutants. The present paper provides Europe-wide maps showing quantitative predictions of surface recession on carbonate stones for the 21st century, combining a modified Lipfert function with output from the Hadley global climate model. Chemical dissolution of carbonate stones, via the karst effect, will increase with future CO₂ concentrations, and will come to dominate over sulfur deposition and acid rain effects on monuments and buildings in both urban and rural areas. During the present century the rainfall contribution to surface recession is likely to have a small effect, while the increase in atmospheric CO₂ concentration is shown to be the main factor in increasing weathering via the karst effect.     

马普托大桥南锚碇工程半成岩力学特性试验研究

半成岩是一种半岩半土的特殊工程地质载体,目前针对半成岩力学特性的研究较少。依托马普托大桥南侧锚碇工程,设计可同时进行岩基承载及两相胶结面剪切的现场试验框架,开展基底细砂半成岩载荷试验和混凝土–半成岩两相胶结面剪切现场试验,获得细砂半成岩的承载和剪切力学参数,进一步深入研究和讨论半成岩变形模量的预测方法及混凝土–半成岩两相胶结面剪切破坏的形态及机制。研究表明细砂半成岩的承载性能与岩石类似,采用基于现场地质条件的经验方法可以较准确地估算半成岩的变形模量;细砂半成岩的混凝土–半成岩两相剪切具有独特的性质,其低致密性导致与混凝土形成很强的胶结作用和较明显的胶结带,从而增加了两相胶结面的粗糙程度。在预测混凝土与半成岩两相胶结抗剪强度时,需充分考虑混凝土浸入半成岩的胶结作用。研究结果为大桥锚碇设计提供了可靠的参数支持,为类似地质条件的工程提供可靠依据。     

柏叶口水库坝址基岩风化的综合判定

通过勘察研究,阐述了工程场区岩体风化类型及岩体强风化带、弱风化带、微风化带在空间上的分布及其规律,分析了岩体风化波速比Kw、岩体完整性系数KV和RQD值之间的相关性,确定了综合划分工程场区岩体风化带的定性和定量指标。     

Weathering beneath lateritic profiles

The zone between lateritic profiles and deep-seated fresh bedrock does not appear to be well documented. This zone is important for engineering geology, both for the design of foundations and the availability of construction materials. Three typical cases of deep-seated weathering beneath laterites are presented. The first describes anaerobic weathering of graphitic phyllites where plagioclases and sericite have been transformed to kaolinite whilst pyrite and graphite have remained stable. The second considers a rock surface in a mature lateritic peneplain dropping away from a riverbank rather than rising from it. The final example presented is where a thick quartz vein was to be quarried for aggregates and dam material, but it was found that long-term weathering had destroyed the grain bonds, resulting in a rock having the engineering properties of a weak sandstone rather than a quartzite.