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《安全与环境工程》编辑部
2025年11月27日
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2025年05期
“深地工程安全”专题
高应力层状碎裂硬岩巷道渐进破裂与大变形机制的模拟分析
谢振坤;邱士利;李邵军;江权;李铁平;荆留杰;高应力层状碎裂硬岩巷道因多尺度非均质与非连续结构特性，在开挖卸荷作用下易诱发渐进破裂与大变形灾害，威胁施工安全。为揭示此类巷道的渐进破裂与大变形机制，以中国某金属矿山为背景，开发并应用了三维黏结块体损伤本构模型（bonded block damage model, BBDM），该模型耦合了块体单元错断与结构面接触损伤机制，能更真实地模拟碎裂岩体的渐进破坏过程。基于该模型理论，融合现场结构面识别数据，建立了包含离散裂隙网络的层状碎裂硬岩巷道合成岩体模型（synthetic rockmass model, SRM），系统模拟了巷道围岩开挖损伤演化全过程。结果显示：巷道拱脚位置受层状结构面影响，形成薄层状弱化区，并在挤压应力作用下发生持续性挤出变形（位移量达40 mm）；巷道顶拱V形破坏区岩块出现拉伸损伤特征，并向临空面产生阶段性滑移（位移量达23 mm）；结构面损伤积累导致围岩完整性丧失，进而诱发了围岩渐进破裂与大变形破坏，模拟结果与现场破坏特征一致。研究通过所建立的BBDM-SRM数值模型，明确了高应力层状碎裂岩巷道大变形的结构面控制机制，可为同类工程支护设计优化提供理论依据。
压缩空气储能地下内衬硐库泄漏率定义、计算与监测
孙冠华;耿璇;张金涛;江巍;曹雷年;朱鸿飞;确保压缩空气储能地下内衬硐库的高密封性并有效控制气体泄漏率，是提高能量转化效率的关键。为精准评估储气库的泄漏情况，首先，将泄漏率定义为单位时间内泄漏的气体质量与储气库内初始气体质量的比值；然后，提出了一种基于气体状态方程和实时监测数据的泄漏率计算方法；接着，为实现实时监测，设计了包含管道监测系统、库内监测系统和数据处理模块的综合系统，以实现数据的实时收集与处理；最后，利用计算流体力学模拟方法进行了对比验证，并开展了中试模型实验应用。结果表明：该计算方法在较小的误差范围内具有较高的可靠性，能够准确计算储气库实时的泄漏率；中试模型实验的成功应用验证了该计算方法和监测系统在实际操作中的有效性。研究可为提高储气库的密封性能提供理论依据。
结构面拐点对花岗岩隧洞围岩失稳破坏机制影响的试验研究
陈燕和;明仁贵;陈东方;龙益彬;陈世杰;朱鑫杰;徐鼎平;受地质运动影响，岩体结构面产状在地应力作用下易发生突变而形成拐点。为探究结构面拐点对隧洞围岩失稳破坏机制的影响，开展了结构面拐点角尖正对隧洞、结构面拐点角尖背对隧洞和无结构面拐点的花岗岩隧洞试样双轴压缩试验，并对比了试样的数字图像相关（digital image correlation,DIC）主应变云图、声发射（acoustic emission,AE）特征参数和应力-应变曲线。结果表明：(1)结构面拐点与隧洞的相对位置显著影响试样的峰值强度、轴向应变率、破坏模式及AE计数率时间分布。相较于无结构面拐点试样，拐点角尖正对隧洞的试样呈现延性破坏特征，其峰值强度无明显变化，但轴向应变率显著增大，且内部破裂信号产生较早；而拐点角尖背对隧洞的试样则呈现脆性破坏特征，其峰值强度降低，轴向应变率减小，内部破裂信号集中于峰值强度达90%时至破坏阶段。(2)结构面拐点对试样应力分布具有显著影响。拐点角尖正对隧洞区域为应力集中区，背侧为应力分散区；当隧洞位于应力分散区时，靠近结构面一侧的边墙破坏程度降低，另一侧则显著增加；当隧洞位于应力集中区时，靠近结构面一侧的边墙易与结构面拐点形成贯通破坏，另一侧的破坏程度低于无结构面拐点试样。该研究结果可为结构面拐点控制的隧洞工程岩体稳定性分析及破坏模式预测提供参考。
循环荷载作用下拱肩非连续面-洞室模型损伤破裂机制试验研究
江浩;李仁杰;王立波;陈卫兵;于生飞;张胜;含非连续面的地下洞室在循环荷载作用下的渐进破坏机理是岩石工程领域的关键科学问题之一。采用室内试验与数值模拟相结合的研究方法，系统探究了拱肩非连续面-洞室模型在循环荷载作用下的强度特性与变形机制。综合运用声发射（acoustic emission,AE）、电阻率测试和数字图像相关（digital image correlation,DIC）技术，实现了对模型损伤演化过程的多维度同步监测。结果表明：非连续面的存在显著弱化了洞室结构的承载性能，其抗压强度随非连续面与洞室间距的增大及倾角的增大而提高；完整洞室模型的破坏模式主要表现为拱顶沉降及边墙片帮破坏，而含非连续面洞室模型的破裂行为受控于非连续面倾角，相同倾角条件下破裂模式具有相似性，且随非连续面与洞室间距的减小，结构整体破坏程度显著加剧；电阻率值随加载过程呈持续下降趋势，并伴随荷载波动呈现规律性变化，声发射活动在加载初期表现较弱，临近峰值强度时呈现显著活跃特征；非连续面几何参数对声发射事件演化规律影响较小，但对裂纹类型分布具有显著控制作用，即小倾角非连续面以张拉裂纹为主导，而大倾角非连续面则更易发育剪切裂纹。试验结果较好地再现了非连续面-洞室模型的裂纹扩展过程，为揭示其破裂机制提供了可靠依据，可为非连续面影响区地下洞室工程的稳定性评价与灾害防控提供理论支撑。
基于微震监测的深埋隧道围岩脆性破坏能量特征
刘晓芬;李凤琼;徐建;罗军尧;侯东奇;江权;刘健;随着工程建设不断向深部地下空间发展，基于微震监测的岩爆预警技术日益受到重视。针对高地应力环境下硬脆性围岩的岩爆等动力地质灾害的预警问题，以西部某深埋隧道为工程背景，通过系统采集微震监测数据，结合统计分析和数值模拟方法，深入探究了岩爆灾害与微震监测参数之间的相关性。结果表明：(1)隧道开挖临近断层构造时，受应力集中效应的影响，微震事件数和能量均呈显著上升趋势；(2)经科尔莫戈罗夫-斯米尔诺夫(Kolmogorov-Smirnov,K-S)正态性检验发现，微震能量对数分布不符合正态分布假设；(3)相关性分析显示，在各岩爆预测参数中，视体积与微震能量对数具有最强的相关性(R2=0.86)，为采用视体积指标预测岩爆提供了依据；(4)通过对局部能量释放率(local energy release rate,LERR)的数值模拟发现，岩爆高风险区主要集中在掌子面边缘区域，与实际破坏区域高度吻合，这可归因于该区域围岩约束作用导致的应力集中效应。该研究结果可为深部地下工程岩爆预警提供理论支撑和实践指导。
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大型露天矿坑综合储能路径及关键技术问题
贾海梁;王宁宁;吴云;孙强;蔚立元;王超;肖康勇;曹容哲;露天矿山开采形成的废弃矿坑不仅加剧有限土地资源紧缺，更诱发一系列生态环境问题。随着我国能源战略的深入推进，能源结构转型催生大规模储能储备需求，亟待探索矿坑资源化利用与储能储备技术的协同路径。首先，分析了我国矿坑资源化利用和储能技术的发展现状，并评估了大型露天矿坑的储能条件和应用潜力。随后，提出了四种大型露天矿坑储能储备系统：抽水蓄能系统、重力储能系统、光伏光热储能系统和油气储备系统，并阐述了各自的系统理念及技术路径。最后，进行了相关系统效益、经济效益、生态效益等综合评估，初步构建了露天矿坑综合储能路径比选评估体系，并系统分析了相关关键技术问题。为我国实现矿坑综合应用治理与能源转型协同推进提供了理论依据和工程范式。
超深水平钻探技术在深埋引水隧洞勘察中的应用研究——以引江补汉工程为例
颜慧明;项洋;曾立新;齐凌轩;常威;隧洞是引调水工程的重要组成部分，准确识别隧洞工程地质条件是工程科学设计的前提。钻探是获取隧洞围岩地质条件最实用的勘察手段，但水利水电行业中的引水隧洞一般埋深大，传统铅直钻孔在深埋隧洞勘察时面临设备运输困难、钻探有效进尺率低、获取的隧洞地质信息有限等问题。超深水平钻可以充分利用地形条件，沿隧洞轴线布置钻探轨迹，不仅可以降低设备运输难度，同时还能连续获取隧洞围岩的地质信息，提高勘察效率。受限于水利水电勘察行业取心和试验的高标准和严要求，超深水平钻技术应用少且不完备，依托引江补汉工程，在青峰断裂带内沿14#施工支洞轴线探索性地完成了孔深507.8m的超深水平取心钻孔，全孔岩心采取率超95%，研发了抵抗高压力大流量承压水钻具设备，实现了孔内声波、电视录像综合测试，连续、准确地识别了隧洞围岩类别及工程地质问题，构建了水利水电工程超深水平钻成套技术。研究可为同类型工程勘察提供借鉴和参考。
硫铁化合物自燃影响因素及自燃机制的DFT研究综述
武司苑;陈天昊;张钰;申青春;朱建文;史柏超;硫铁化合物自燃是炼油行业长期面临的重要安全问题，尤其在处理高含硫原油时更为突出。从宏观影响因素和微观反应机理两个维度进行综合分析。其中宏观层面包含了温度、氧气浓度、湿度、粒径和化学组成等因素对硫铁化合物自燃的影响规律，以及多因素耦合时硫铁化合物的自燃风险分析；微观层面以密度泛函理论（Density-Functional Theory，DFT）为基础深入分析总结了硫铁化合物的电子结构特征、表面吸附行为和化学反应路径等微观机理。指出了当前研究在材料代表性、多场景适用性和反应机理认识等方面存在的问题并提出建议，旨在为硫铁化合物自燃防控提供更完善的理论基础和技术支撑。
气压及封堵作用下狭长空间电缆火灾的温度分布与熄灭特性
安伟光;丁钧;张勇;王喆;张婷婷;在狭长受限空间的消防安全领域，火灾的有效防控一直是关键问题。当前对于狭长受限空间火灾特性及防控措施的研究仍存在一定不足，不同封堵比例与气压条件对火灾发展的综合影响尚未得到充分探究。文中运用数值模拟的方法，考虑不同的封堵比例与气压的因素，研究其对熄灭时间、狭长受限空间顶棚最高温度及温度场分布的影响。结果表明封堵比例通过改变氧气供给与热量积聚之间的主导关系，影响火灾的温度发展规律；在低压至常压区间，气压升高会加剧电缆燃烧与耗氧，在此条件下，封堵措施使得高温区扩展加速，但燃烧持续时间因缺氧而显著缩短，导致高温区域更快消退。通过耦合气压与封堵比例，建立了封堵后顶棚无量纲最大温升预测模型，预测结果与数值模拟结果符合良好。研究通过揭示封堵比例和气压对狭长受限空间火灾特性的影响规律，为消防工程设计、火灾扑救策略制定提供理论支持，有助于提升狭长受限空间的消防安全水平。
基于智慧监管理论的高校食品安全管理实践
贺亚锋;徐岩;甘味;余燕菲;以突破传统高校食品安全监管局限性为目标，探讨智慧监管理论的应用价值与实践路径。首先，厘清智慧监管理论框架，将其划分为监管理念、监管主体、监管方法和监管技术四个维度，并纳入八大核心原则：一是规避相邻政策不良影响，二是构建多元政策工具组合，三是推动多机构参与政策实施，四是传统工具失效时引入创新工具，五是强化激励与信息工具应用，六是优先采用非干预性政策，七是在必要范围构建富有活力的政策工具“金字塔”序列，八是追求协同治理最大共赢。其次，以D大学为实证案例，详细阐述该校依托智慧监管理论框架开展的食品安全管理创新实践：在监管理念层面拓展价值维度以实现多目标平衡，在监管主体层面构建多元协同机制以汇聚食品安全治理合力，在监管方法层面完善标准化体系与层级化培训以提升执行效能，在监管技术层面通过数据融合与智能应用以强化风险防控。通过对智慧监管理论框架的系统梳理及D大学实践案例的深入剖析，为高校食品安全智慧化管理提供了坚实的理论支撑与可借鉴的实证依据。
地质灾害风险区划与综合防治对策
殷坤龙,张桂荣地质灾害不仅给人类生命带来威胁 ,而且对环境、资源、财产等均具有破坏性。由于地质灾害的发生具有区域性、突发性、分布广、频率高等主要特点 ,地质灾害所造成的损失十分严重。我国是世界上地质灾害损失最严重的国家之一 ,现有 4 0 0多个县级城镇、1万多个村庄受到滑坡、崩塌、泥石流等灾害的威胁。虽然 ,我国在地质灾害领域的理论研究和防治水平有了很大提高 ,但灾害威胁依然存在 ,而且越来越严重 ,归纳起来可以概括为三个主要原因 :(1)预防性、区域性研究远远跟不上治理工程需要 ;(2 )治理工程偏重工程技术方面忽略地质灾害发生的地质机理研究 ;(3)人类因素的参与 ,造成自然地质体平衡状态的恶化、自然生态环境的破坏等加速了大区域范围内地质灾害的发生频率和规模。因此 ,作为我国地质灾害综合防治的一条有效道路 ,就是要加强开展地质灾害危险性和风险区划 ,开展预防性研究 ,圈定地质灾害危险性区域和灾害高风险区域 ,为国土规划、减灾防灾、灾害管理与决策提供可靠依据 ,从而达到综合防灾与减灾的目的
环境中抗生素污染物的研究进展
吴青峰;洪汉烈;最近的研究显示,在城市污水、表面水、土壤甚至食物中都检测到了不同种类抗生素的存在,抗生素在环境中的残留问题已经引起了研究者的关注。本文主要介绍了当前国内外抗生素的使用情况、来源,在环境中暴露途径、归趋和对生态的影响等方面的最新研究进展及存在问题,并提出了今后抗生素环境污染研究的主要方向。
基于Pyrosim和Pathfinder的高校学生宿舍火灾人员疏散安全性模拟分析
邹馨捷;萨木哈尔·波拉提;郝明;庞奇志;高校学生宿舍是人群密集的场所,存在较多的火灾安全隐患,因此对高校学生宿舍进行有针对性的火灾人员疏散安全性分析十分必要。以某高校学生宿舍楼为研究对象,运用Pyrosim软件建立火灾扩散模型,模拟分析了高校学生宿舍楼在自动喷淋灭火系统是否失效和着火房间窗户是否关闭等情况下发生火灾时,着火楼层安全出口处烟气能见度、顶棚温度和烟气层高度的变化规律,并结合Pathfinder软件模拟计算出人员疏散到安全地带的时间和整栋楼全部人员完全疏散所需安全疏散时间,综合利用人员疏散可用安全疏散时间和人员疏散所需安全疏散时间对人员疏散安全性进行分析。结果表明:高校学生宿舍楼消防设施是否有效和着火房间窗户是否关闭对人员疏散安全性的影响较大,并提出了消防安全管理措施,以为高校学生宿舍消防安全管理提供依据。
基于模糊综合评价和主成分分析法的岩溶流域水资源承载力评价
陈丽;周宏;水资源承载力评价是水资源合理开发利用和管理的重要基础。岩溶流域水循环过程复杂,水资源的禀赋存在空间异质性,因此基于水资源评价的基础开展水资源承载力评价十分有必要。基于径流模数法计算了长阳县的水资源量,在此基础上结合当地社会经济和生态环境状况,构建了长阳县水资源承载力评价指标体系和指标分级标准,采用模糊综合评价法和主成分分析法对长阳县县域和乡镇的水资源综合承载力进行了评价,并对两种评价方法的评价结果进行了对比。结果表明:2015—2019年长阳县城水资源承载力综合评分值都处于Ⅱ级,水资源综合承载力属于中等水平,且近五年水资源承载力变化趋势整体呈缓慢下降趋势;长阳县各乡镇水资源承载力也均处于Ⅱ级,但其中榔坪镇、资丘镇、大堰乡、都镇湾镇和磨市镇属于中等偏高水平;相较主成分分析法的评价结果,模糊综合评价法更适合岩溶地区水资源承载力评价。依据评价结果分析水资源承载力的提高途径,可为长阳县国土空间规划、"三区三线"的划定提供科学依据,也可为岩溶流域水资源承载力评价提供借鉴。
大学生电信网络安全状况调查分析及防控措施研究——以15所高校大学生为例
姜伟军;李蔚然;采用实证性调查研究方法,对15所高校2 264名大学生的电信网络安全状况进行问卷调查,分析了当代大学生遭遇电信网络诈骗的状况及其原因。调查结果表明:大多数大学生都遭遇过电信网络诈骗,女性大学生的受骗率高于男性大学生,电信网络诈骗在形式上渐趋多样化,大学生的电信网络安全意识不足,在受骗后主动维权的意识较差;大学生自身的价值观偏差与社会阅历浅、高校电信网络安全教育缺失、有关部门监管保障乏力是大学生遭受电信网络诈骗的主要原因。针对以上问题,有针对性地提出大学生电信网络安全教育引导和诈骗防范的对策与措施,即通过开设电信网络安全通识课程、创新电信网络安全教育形式、拓展电信网络安全教育载体、构建多方联动协作机制、加强相关法律法规制度建设等对策与措施,做好大学生的安全教育引导与诈骗防范工作,以助力大学生成长成才。
