在國家自然科學基金、國土資源部、中國地質調查局和地方政府的支持和資助下,長安大學地裂縫與地面沈降研究組形成了包括地裂縫調查內容、方法和技術要求、監測內容、監測方法和技術要求、地裂縫評價內容、評價方法和指標體系等壹整套成果。
1.形成了壹套系統的地裂縫調查方法。
根據不同成因類型地裂縫的特點,提出了不同的調查內容和工作方法,以及不同比例尺地裂縫調查的精度要求。
2.形成了壹套完整的地裂縫場地勘察方法。
1)根據地裂縫的揭露和不同的勘探標誌層,劃分了地裂縫場地類型(ⅰ、ⅱ、ⅲ),提出了不同地裂縫場地的具體勘探手段和技術要求。
2)發展了地裂縫精細探測和高精度解釋技術。利用多次覆蓋反射法對采集數據進行檢測,拾取初至反射波信息,利用ct成像技術,反演淺層速度場(圖1)。開發的CT成像信息處理技術能有效識別淺層地裂縫,解決了50m淺層地裂縫定位探測的技術難題。
圖1 CT成像有效識別淺層裂縫信息解釋剖面。
3.提出了不同類型地裂縫的成因模式和機理研究方法。
包括結構裂縫控制(圖2至圖3)、應力引導裂縫(圖4)和泵送裂縫擴展(圖5至圖7)。
4.提出了地裂縫監測的方法、內容和技術標準,發展了高精度GPS監測、InSAR監測及其融合監測技術和監測設備。
GPS監測數據的精處理方法(圖8)實現了垂直精度高於3 mm的地面沈降地裂縫變形特征監測能力;開展InSAR技術、小基線(SBAS)技術、人工角反射器(CR)技術、新衛星和多衛星平臺InSAR處理、SAR內監測後處理方法,對不同區域的地裂縫進行監測,達到“毫米”量級的監測精度;基於GPS監測點移動人工角反射器的GPS與CR-InSAR融合技術,以及CR與GPS融合的InSAR誤差修正模型和方法,實現了1 ~ 2mm量級的地裂縫高精度監測。開發了地裂縫三維實時動態監測儀器,包括基於GPS運動的人工角反射器和地裂縫三維形變測量儀(圖9)。
圖2 Xi安地區深部構造孕裂模型
圖3臨潼長安斷裂的地裂縫模型。
圖4渭河盆地地裂縫與區域構造應力的關系
5.建立了地裂縫評價指標體系,提出了地裂縫綜合分類方案和綜合評價方法。
地裂縫的評價內容包括地裂縫的成因判定、活動性評價、趨勢預測、災害機理分析和風險評價;評價指標包括松散地層沈積相及厚度、含水層分布、地層結構、地形地貌、巖土物理力學性質、地裂縫歷史災害程度、地下水位埋深、地下水開采強度及其他人類工程活動等。評價方法包括遺傳算法、人工神經網絡、灰色聚類分析、模糊綜合評價、層次分析法、地理信息系統等。地裂縫按規模分為巨型、特大型、大型、中型和小型;按力學性能可分為剪切型、拉伸型、拉剪型和壓剪型;按開放程度可分為封閉型、分裂型、開放型、寬型、極寬型和極寬型;按活躍程度分為強活躍、強活躍、中活躍、弱活躍;按主次關系分為主裂縫、支裂縫和次裂縫;按形成原因可分為構造型(斷層蠕動和地震裂縫)、非構造型(塌陷、沈陷、脹縮和滑坡裂縫等)。)和復合型(沈降和結構耦合)。
圖5地裂縫與地面沈降中心的關系
圖6粘土層差異沈降壓縮裂縫擴展模式
圖7含水層水平位移裂縫擴展模式
圖8高精度HPGPSADJ軟件和GPS後處理軟件
圖9地裂縫三維變形測量儀
二、適用範圍及應用實例
地裂縫調查與監測的技術方法可應用於地質災害、城市建設規劃、工業與民用建築、公路、鐵路、生命線等不同階段的勘察設計。該技術方法已成功應用於魏奮盆地、華北平原、東北和華東地區的地裂縫調查和監測(圖10、圖11)、Xi安地鐵(圖12)、大安高鐵(圖13)和北京未來科技城(圖13),為各大城市和重大工程的減災防災做出了貢獻,並已在
圖10渭河盆地Xi地區地裂縫監測
圖11太原盆地清徐地裂縫監測圖
圖12 Xi地鐵4號線沿線地裂縫風險評估
圖13大安至Xi安高速鐵路沿線地裂縫調查結果
圖14北京未來科技城國家電網智能電網研究院地裂縫場地勘察評估結果
第三,促進轉變方式
該成果獲得省部級科技壹等獎3項,發表核心期刊論文247篇,其中SCI論文41篇,EI論文102篇,出版學術專著3部,獲得國家專利8項,軟件著作權3項,在國內外產生了較大的學術影響。在第三屆全國巖土工程學術會議、2009年至2012年全國工程地質會議、第三屆全國地面沈降防治與“中國西部地質災害防治”研討會、第五屆日本“東亞”地區地質災害減災國際研討會等國際學術會議上,得到了國內外同行的廣泛認可,特別是國際工程地質與環境協會(IAEG)主席Carlos Delgado教授對這壹成果給予了高度評價。
這壹成果可以通過宣傳報道、會議交流、人員培訓、技術咨詢、現場服務等方式進壹步推廣應用。
技術支持單位:長安大學
聯系人:楊宏斌、盧全忠
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