岩溶洞穴的强迫流示踪实验模型与数值模拟

提出了一种用于计算钻孔揭露的岩溶洞穴体积的新方法—强迫流示踪法,即在钻孔揭露的岩溶洞穴中定量投放示踪剂后,将小型搅拌设备放入洞穴中,强力搅拌洞穴中水体,使示踪剂迅速扩散至整个洞穴空间,同时观测搅拌中心的示踪剂浓度变化,得到示踪剂浓度历时曲线,依据不同的示踪剂浓度历时曲线计算不同类型洞穴的体积.本文还同时提出了一维、二维和三维封闭岩溶洞穴在强迫流条件下的示踪曲线概化模型,并通过数值模拟验证了这些模型.封闭岩溶洞穴的强迫流示踪模型表明,每个(或与搅拌中心等距的每组)洞穴的开阔壁面均有可能使搅拌中心的示踪剂浓度历时曲线产生一个拐弯点,壁面离搅拌中心越近,拐弯点越明显,随着距离的增大,拐弯点不明显;拐弯点出现的时间与示踪剂在强迫流条件下到达洞穴壁面的时间有关,壁面距搅拌中心越近,两者的一致性越好,距离越远,拐弯点出现时间越滞后于示踪剂到达洞穴壁面的时间.     

强迫流示踪法探测岩溶洞穴体积的研究探讨

我国碳酸盐岩分布广泛,岩溶十分发育,由岩溶而引发的工程地质问题往往成为工程建设的重点和难点,因而获得岩溶洞穴的体积具有重要的意义。尽管岩溶探测的技术不断前进,但是由于岩溶发育的复杂性,至今仍难以准确探测岩溶洞穴。示踪实验是一种较为经济准确和快捷的探测方法,该文希望结合钻探以及地下水示踪实验两方面的优势,探讨运用强迫流示踪法研究根据回收历时浓度曲线以确定岩溶洞穴的体积。     

高速公路不同地层路基中岩溶洞穴的探测

采用三极与对称四极电阻率测深探测常张和邵怀高速公路路基中一定深度范围内的岩溶洞穴,沿公路走向布设多条互相平行的电测深剖面进行观测,利用各电测深剖面中电阻率ρs曲线类型的变化,确定岩溶洞穴的分布情况;利用测区内各剖面的ρs等值线断面图,结合地质条件圈定岩溶洞穴在路基中的赋存部位.通过对常张、邵怀高速公路路基的探测,确定了其地下岩层的结构构造,并判断出岩溶洞穴的埋深、规模及性质,了解了其不同地层中岩溶的电性结构的特点和分布规律.     

从洞穴碎屑堆积物特征探讨洞穴发育及古环境

本文通过对岩溶洞穴碎屑沉积物结构特征及其矿物、化学成分的研究,探讨岩溶洞穴的发育和形成的古环境.对洞穴石英砂表面微结构作扫描电镜观察研究,表明贵州构皮滩早期洞穴碎屑是在水动力较强的条件下形成的;对洞穴湖相沉积物作了地球化学特征的对比,从而获得不同的古气候环境.如洛塔洞穴堆积物的地球化学特征反映早中更新世时为温暖湿润的气候,而晚更新世时为较干旱气候;通过洞穴砂的矿物成分分析,探索了洞穴本身的展布,为四川彭水岩溶区东西向洞穴系统的存在提供了证据.     

岩溶洞穴长度空间形态的分形研究

为使洞穴的研究从定性走向定量,应用分形理论给出洞穴长度定义,进一步明确洞穴长度的物理意义,通过对洛塔洞穴系统２２个洞穴长度分形维数的计算,分析了洞穴长度维数与岩性的关系。     

岩溶洞穴形态沉积与贵州地貌发育

岩溶洞穴是岩溶地貌的组成部分,它与洞外的地貌的形成和发展有着密切的关系,洞穴沉积物常能保存较好的地貌形成的历史印迹,通过对贵州岩溶洞穴沉积特点的分析,就贵州地貌发育演化阶段及分期问题进行了论述和讨论。     

喀斯特洞穴CO2时空变化特征及其控制因素分析

岩溶洞穴空气CO_2变化影响次生沉积物沉积和溶蚀,它关系到洞穴旅游景观的稳定性及洞穴环境的舒适性,是岩溶作用发生的关键因素。本文以一个水文年监测数据为主,结合洞穴上、中、下垂直监测结果,分析了大风洞洞穴空气CO_2时空变化特征及其影响因素。结果表明:(1)在空间尺度上,越靠近洞口通风效应越强,洞穴空气CO_2浓度越低,越接近大气的CO_2浓度,当上升到一定阀值时,CO_2浓度基本保持稳定状态;(2)在长时间尺度,大风洞洞穴CO_2浓度表现为夏季秋季春季冬季的一个变化趋势,夏季波动幅度较大,而冬季较为平缓;(3)在垂直尺度上,春、夏、秋季洞穴CO_2浓度、相对湿度差异大,且洞底部CO_2浓度和相对湿度大多高于洞顶部。越往洞穴深入,3个环境参数的垂直差异均减小;(4)影响因素上,大风洞CO_2主要受洞道结构及通风效应、洞穴上覆土壤环境、岩溶作用、旅游活动的影响,其中以岩溶作用最为突出。     

岩溶洞穴对隧道的稳定性影响及处理措施

213国道川主寺隧道全长500 m,开挖过程中出现多处岩溶洞穴。采用FLAC3D三维离散元模拟软件分析岩溶洞穴不同出露位置对隧道稳定性的影响,根据分析结果调整开挖方式,对洞石关键部位出现的岩溶洞穴进行加固处理。由加固段监测资料得出该段在经过略微变形后趋于稳定达到了预期效果。     

石漠化地区洞穴滴水地球化学特征——以贵州省石将军洞为例

为探讨石漠化条件下岩溶洞穴滴水水化学特征及其对地表环境的指示意义,选取贵州省安顺市具有强烈石漠化特征的石将军洞进行为期1年的动态监测,并对该洞穴8个滴水点滴速及元素质量浓度进行分析,根据各滴水点滴速季节变化稳定性将滴水点分为2种类型:1快速型,岩层薄,滴速不稳定.2平缓型,岩层厚,滴率季节变化平缓,受到降水影响小;各月滴水记录的元素质量浓度呈现一致的空间变化规律,季节变化小.石漠化地区土薄石厚,滴速主要受到岩石裂隙的控制,水-岩作用的程度控制洞穴滴水的变化.石将军洞位于强度石漠化地区,土壤层薄,涵养水源能力不足,导致石将军洞滴水pH值呈现"旱季低雨季高"的异常现象,而非受大气降水季节性变化的影响;石将军洞滴水Mg/Ca比值呈现旱季高雨季低的规律;对比2个不同石漠化程度洞穴的Ca2+,Mg2+等元素质量浓度以及EC,发现:气候条件完全一致的2个洞穴,轻度石漠化洞穴本寨洞Ca2+,Mg2+质量浓度、EC以及变化幅度都高于石将军洞.总之,石漠化地区洞穴理化特征变化主要驱动因子来自于本身洞穴体系,而并非直接的外界气候条件.     

当前国际岩溶洞穴学界研究热点——袁道先院士访谈录

第16届国际洞穴大会(International congress of speleology,ICS)于2013年7月21日至29日在捷克举行,大会内容涉及洞穴及岩溶研究史、洞穴生物、洞穴调查开发与环境保护、岩溶气候及古气候记录、岩溶发生学等方面。当前国际岩溶洞穴科技创新的若干亮点有岩溶洞穴微生物、洞穴古水文重建、深源溶蚀作用岩溶(Hypogene karst)、水下洞穴次生沉积物(Phreatic overgrowths on speleothems,POS)与海平面变化、洞穴气候与古气候记录、锶(Sr)的地球化学运移、洞穴保护理念的发展、非碳酸盐岩洞穴中的碳酸盐岩次生沉积物的形成和古气候记录、洞穴雾气循环、冰川地区岩溶洞穴的形成机理等内容。通过大会的参与,意识到目前中国相关研究还存在以下问题:一是中国洞穴探险队伍较少,且没有形成规模,不利于岩溶科学知识的推广;同时中国岩溶洞穴研究学者的研究范围基本上都局限在地表或已探明洞穴,几无擅长探洞者,这大大限制了洞内岩溶科学问题的发现和研究工作的开展,是中国岩溶研究领域的一大缺憾。二是在探索岩溶形态发育的物理、化学、生物学机理及研究技术方面中国与其他国家相比还有相当差距。ICS是世界各国岩溶洞穴学研究者进行交流的大舞台,提交成果、口头展板报告、开设展台、广泛参与活动是展示本国岩溶洞穴学研究成果、研究水平和实力,提升国际影响力的重要途径。但中国学者对此次大会重视程度不够,表现为提交研究成果少、口头报告展板报告少、没有开设展台等,这与中国丰富岩溶资源现状极不相称。建议国内广大岩溶洞穴研究者做好准备,积极参与2017年的第17届ICS,力争取得较大突破,为树立中国岩溶大国、强国形象而努力。     

洞穴形成的水动力学因素

本文根据流体运动的最小阻力原理，阐述了地下径流在洞穴形成中的作用，并分别就紊流液态下的有压管流和具有自由水面的重力流做了证明。在岩溶通过的汇合，分叉与交叉处所形成的夹角不是随机的，它对应于水流通过该处时水头损失的最小值。一般这个夹角有向直角演变的趋势。其结果都是以扩大岩溶通道的空间体积来实现的，在这里往往会形成一个大的地下厅，最小阻力原理控制下的地下径流的侵蚀扩容作用，是岩溶分异发育的最基本的水动力学条件。图４，参８。     

岩溶洞穴对嵌岩单桩承载力的影响研究

针对岩溶地区特殊地质条件下,岩溶洞穴对高速公路桥台桩基承载力的影响,采用三维有限元数值模拟敏感性分析的研究方法,分别对影响嵌岩桩承载力的岩溶洞穴与桩基相对几何形态(桩端至洞穴顶部厚度、洞穴直径、高程和偏心)等四大影响因素进行正交数值试验研究,对不同洞穴条件下其对桩基承载力的影响作了详细分析,进而提出了岩溶地区桩基承载力设计中应予以考虑修正参数。     

浅析岩溶洞穴旅游的可持续性发展--以重庆武隆芙蓉洞为例

文章借鉴旅游可持续发展的研究成果,初步探讨了岩溶洞穴旅游可持续发展的概念内涵,提出了发展的目标;分析了岩溶洞穴旅游可持续发展的方法,包括负面影响分析、环境容量的计算、指标体系的建立和评价方法等。     

洞穴散射问题的一种优化PML方法

给出了求解洞穴散射问题的一种单轴优化完美匹配层(PML)方法.通过在洞穴上面的矩形域中构造一类积分无界的吸收函数,在吸收函数中引入一个小参数ε0,使得洞穴散射问题的优化PML方法的计算不依赖PML层的厚度,证明了只要参数ε0充分小,优化的PML解指数收敛于原洞穴散射问题的解.     

造穴方式对煤层气洞穴完井影响评价

目前煤层气等非常规能源已经成为世界能源的重要补充。煤层气的开发利用也进入了大规模发展的时期。作为煤层气开发重要完井方式之一的洞穴完井,也因可以有效地提高煤层气井的产能,得到了推广及应用。但是,洞穴完井不同造穴方式对该技术的应用有着很大影响。鉴于此,需要对不同的造穴方式做对比分析。通过分析不同的造穴方式的优缺点及模拟其产能,认为机械造穴方式在造穴作业上简单易行,成本低,造穴快,而人工动力造穴方式对煤层气产能的增加效果较好。     

岩溶洞穴土壤颗粒分析及其对水土流失的研究意义

岩溶洞穴中的土壤作为一类洞穴沉积,具有很好的学术研究价值,但目前利用洞穴土壤来研究水土流失的成果还很少.2010年8月、9月在贵州毕节、清镇、花江的三个洞穴和一条地下河中采取了洞穴土样,然后在室内用比重计速测法对洞穴土壤进行了颗粒分析并将其与地表土壤进行对比研究.研究发现,洞穴土壤颗粒中粘粒含量远高于地表土壤,土壤通过...     

织金洞洞穴环境监测及其影响因素分析

中国最美十大奇洞之首的织金洞,岩溶景观规模宏大、形态万千、色彩纷呈,以＂美奇绝＂的特点吸引着全世界的游客。但是随着旅游的发展,洞穴环境发生了较大的变化,洞穴景观也遭受不同程度的破坏。为了保护织金洞的岩溶景观,和为游客提供一个完美旅游洞穴,定期对织金洞的洞穴环境进行监测十分必要。本研究以织金洞3年的定点监测资料为基础,结合历史监测数据进行分析比较,分析洞穴环境的变化规律和影响因素,为保护洞穴景观提供理论依据。     

洞穴型地层双侧向测井响应数值模拟与特征分析

基于有限元素法,采用边界局部加密技术,实现对球形、椭球形洞穴的精确剖分与双侧向测井响应快速数值模拟,分析不同洞穴尺寸、填充类型及不同填充程度条件下双侧向测井响应特征,对比纵向、径向延伸椭球形洞穴与球形洞穴响应异同,从而研究洞穴发育形状对双侧向响应影响。结果表明:洞穴的存在导致双侧向测井响应明显降低且存在正差异,深侧向受洞穴尺寸及围岩影响严重,一定程度上可反映洞穴发育规模与填充情况,浅侧向测井可较好反映洞穴内填充物电阻率;椭球形洞穴的长轴若沿纵向延伸,其响应由球形洞穴过渡为类似侵入带特征,若沿径向延伸,其响应由球形洞穴过渡为类似薄层特征。     

当前国际岩溶洞穴学界研究热点———袁道先院士访谈录

第16届国际洞穴大会(International congress of speleology,ICS)于2013年7月21日至29日在捷克举行,大会内容涉及洞穴及岩溶研究史、洞穴生物、洞穴调查开发与环境保护、岩溶气候及古气候记录、岩溶发生学等方面。当前国际岩溶洞穴科技创新的若干亮点有岩溶洞穴微生物、洞穴古水文重建、深源溶蚀作用岩溶(Hypogene karst)、水下洞穴次生沉积物(Phreatic overgrowths on speleothems,POS)与海平面变化、洞穴气候与古气候记录、锶(Sr)的地球化学运移、洞穴保护理念的发展、非碳酸盐岩洞穴中的碳酸盐岩次生沉积物的形成和古气候记录、洞穴雾气循环、冰川地区岩溶洞穴的形成机理等内容。通过大会的参与,意识到目前中国相关研究还存在以下问题:一是中国洞穴探险队伍较少,且没有形成规模,不利于岩溶科学知识的推广;同时中国岩溶洞穴研究学者的研究范围基本上都局限在地表或已探明洞穴,几无擅长探洞者,这大大限制了洞内岩溶科学问题的发现和研究工作的开展,是中国岩溶研究领域的一大缺憾。二是在探索岩溶形态发育的物理、化学、生物学机理及研究技术方面中国与其他国家相比还有相当差距。ICS是世界各国岩溶洞穴学研究者进行交流的大舞台,提交成果、口头展板报告、开设展台、广泛参与活动是展示本国岩溶洞穴学研究成果、研究水平和实力,提升国际影响力的重要途径。但中国学者对此次大会重视程度不够,表现为提交研究成果少、口头报告展板报告少、没有开设展台等,这与中国丰富岩溶资源现状极不相称。建议国内广大岩溶洞穴研究者做好准备,积极参与2017年的第17届ICS,力争取得较大突破,为树立中国岩溶大国、强国形象而努力。
     

不同等级石漠化地区洞穴滴水的物理化学特征对比研究

对贵州不同等级石漠化地区6个洞穴7月份的滴水物理指标(滴水滴率、电导率)和化学指标(p H值、Ca2+)进行了监测,并探讨了各指标的变化规律及环境意义,得出以下结论:1受地表植被影响,潜在石漠化地区洞穴滴水滴率较强度石漠化地区小,随着洞穴长度的加深,不同等级石漠化地区滴水滴率均趋于稳定;2各滴水点p H值并未表现出降雨的稀释效应,潜在石漠化地区不同洞穴的滴水p H值情况表现不一致,强度石漠化地区p H值普遍偏高;3潜在石漠化地区较强度石漠化地区滴水电导率偏大,不同等级石漠化地区洞穴滴水的电导率值正比于滴水Ca2+含量。