采空区场地高速铁路路基动力响应离散元数值模拟分析

目的高速铁路穿越采空区场地存在重大安全隐患,为探讨采空区场地高速铁路路基的动力响应规律,方法利用3DEC离散元软件建立17组采空区场地高速铁路路基数值模型,分析不同列车荷载作用下路基内部的沉降变形和动应力分布规律,对比分析无砟轨道和有砟轨道路基内部动力响应的分布差异,分析采空区开采宽度、厚度对动力响应分布规律的影响。结果与无砟轨道相比,有砟轨道路基内部的动应力幅值明显更高,但其动应力的衰减速率也更高;动应力、动位移的时程曲线沿着路基深度方向出现不断增大的相位差;路基内部动位移幅值随着荷载作用时间增加而逐渐增大,但增大的速度不断降低,动应力幅值基本保持不变;动应力、动位移幅值与列车轴重存在明显的线性关系,随着轴重增加而线性增大;采空区开采宽度、厚度越大,列车荷载造成的动位移幅值也越大,但当开采宽度大于一定数值后,动位移幅值反而出现减小趋势。结论列车荷载、路基轨道类型和采空区场地的差异都会对路基内部的动力响应分布情况产生影响,研究结果可为采空区场地高速铁路的安全运行提供理论参考。

基于DEMATEL-ISM的采空区稳定性影响因素研究

为提高采空区稳定性风险管理水平,针对采空区的复杂性和不确定性特点,从采空区自身条件、水文地质和环境3个维度提取25个指标,建立采空区稳定性影响因素指标体系;运用决策实验室分析法(DEMATEL),研究影响因素之间的交互耦合作用,计算影响因素的中心度和原因度,识别出关键因素;进一步利用解释结构模型(ISM)划分因素的层次结构,构建多级递阶结构模型。结果表明:深厚比、顶板岩性和地质构造是采空区稳定性的主要影响因素;采动程度、顶板暴露面积和矿柱比值是采空区稳定性的直接致因;岩体基本质量是采空区稳定性的本质致因,其余因素为过渡致因,对本质致因须加强预防和管控。

不同阻塞比下甲烷泄爆峰值超压变化规律试验研究

为探究天然气泄爆过程内部压力变化规律,利用10 L有机玻璃管道试验装置进行了系列甲烷-空气预混气体爆炸试验,以此为基础分析了管道末端阻塞以及中部阻塞两种工况下甲烷-空气预混气体泄爆时管内峰值超压、峰值超压持续时间、Helmholtz振荡升压速率随泄爆面积的变化关系。试验结果表明:末端阻塞工况下前峰和后峰峰值超压均随着泄爆面积的减小而升高,而中部阻塞工况下位于爆炸腔体外传播管道内部后峰峰值超压随着泄爆面积的减小而不断降低;峰值超压持续时间方面,前峰超压持续时间与泄爆面积关系不大,后峰超压持续时间受泄爆面积影响明显;中部阻塞及末端阻塞两种工况下爆炸升压速率变化情况不具有一致性,中部阻塞时爆炸升压速率随阻塞率先增大后减小,60%阻塞率时出现极大值。末端阻塞时爆炸升压速率随阻塞率先减小后增大,60%阻塞率时出现极小值。

废弃蒸压砌块与煤矸石在煤矿采空区地基加固中的试验研究

随着社会发展,大量的废弃蒸压砌块与煤矸石对周边环境造成不良影响,为了保护环境和资源再利用,这些固体废弃物在注浆加固领域得到了有效利用。提出以废弃蒸压加气混凝土砌块和废弃煤矸石2种固体废弃物为主要材料,分别与水泥混合制成2种不同的黏土采空区地基处理充填注浆浆液。试验采用混料配比方式,在凝结时间、黏度、析水率和结石率、流动性和抗压强度方面进行分析,最终选择配比最适宜采空区地基处理的注浆浆液。研究结果表明:废弃蒸压加气混凝土砌块-水泥浆液各组的凝结时间、黏度、析水率和结石率均符合作为采空区地基处理的注浆浆液标准,但在抗压强度标准上只能选择50%和60%的质量替代率;煤矸石-水泥浆液中煤矸石含量为70%和80%的质量替代率浆液在析水率、结石率和抗压强度不符合标准,故只能选择50%和60%的质量替代率的浆液配比;再从经济角度分析,2种浆液都应优选60%的质量替代率的浆液配比。最后,通过对2种浆液的凝结时间、黏度、析水率和结石率、流动性和抗压强度方面对比分析,宜选择煤矸石-水泥浆液用于煤矿采空区地基处理。

高速铁路采空区地基活化判据与工程实例分析

为探究高速铁路采空区地基活化问题,基于附加应力分析法,以引起叠加附加应力值等于5%岩土层自重应力的深度为附加应力影响深度,推导出高速铁路有砟轨道双线路堤段及路堑段在无列车、有列车情况下的附加应力影响深度计算公式,提出了以附加应力影响深度与垮落断裂带深度大小关系为依据的采空区地基活化判别标准,并分析了高速铁路采空区稳定性影响程度的评价标准。以沁水煤田太焦高速铁路为工程实例,研究结果表明:高速铁路在采空区地基附加应力影响深度从大到小分别是列车交会、单车、无车;路堤段在采空区地基中附加应力影响深度大于路堑段;路堤段与路堑段在采空区地基中附加应力随深度衰减规律相同;随着路堤高度的增加,附加应力影响深度几乎成线性增加。

高温及双向约束下岩石膨胀应力测试装置的研制

关于高温及双向约束下岩石的膨胀力的研究并没有完善的、现成的仪器设备可以用,为研究煤炭地下气化炉顶、底板岩石在高温下的膨胀力与温度的关系,本文研制了双向约束框架.文中主要结合高温及双向约束下岩石试件的膨胀特点进行了岩石试件膨胀力计算,对框架结构进行了参数选取、计算模型简化、变形验算、强度验算,并按照机械设计规范对双向约束框架的某些部件选取规格,此装置和静态应变仪、压力传感器结合使用可以用来测试高达900℃时岩石的双向约束下的膨胀力.

基于时间函数组合模型的采空区地表沉降动态预测及剩余变形计算

当采空区场地进行高速铁路修建时,地表沉降动态精准预测和剩余变形计算对高速铁路的工程建设及安全运行尤为重要。针对单项时间函数在复杂采空区地表沉降动态预测中存在着适用范围有限、预测准确性和稳定性不高的问题,对Knothe、Weibull、Logistic与MMF时间函数的曲线形态及参数物理意义进行了分析;为获取时间函数参数的全局最优解,建立了基于果蝇优化算法(Fruit Fly Optimization Algorithm,FOA)和模拟退火算法(Simulated Annealing Algorithm,SAA)的混合算法;引入以最小误差平方和为准则的最优非负变权组合模型,并构建了Knothe-Weibull、Knothe-Logistic与Knothe-MMF等6种不同的双项时间函数组合模型。并在地表沉降预测的基础上,给出了采空区场地剩余变形的计算方法。结果表明:所提出的混合算法具有收敛状态稳定、求解精度高的优点,适用于时间函数参数的求解问题。组合模型在预测准确性和稳定性上均优于组合中的单项时间函数,能够突破单项时间函数在复杂地质采矿条件预测效果不佳的局限性,较好地提升时间函数在预测中的精准度和适用度。此外,组合模型在已临近实测沉降值的情况下扩展了预测曲线的有效区间,并借助变权系数将单项时间函数在有效区间的信息进行筛选并重组,得到全程吻合实测沉降值的最优沉降预测曲线。其中,Knothe-Logistic函数模型的均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分比误差(MAPE)在3次预测中均最低,有效地解决厚松散层、薄基岩、浅埋煤层条件下采空区地表沉降动态精准预测问题。组合模型可为实现采空区场地高速铁路建设前地表沉降的稳定、高精度动态预测提供参考。通过基于Knothe-Logistic函数计算不同时刻地表点剩余变形得到的变化规律与实际开采过程相符合,剩余变形作为采空区场地地基变形的重要组成部分,可为采空区场地高速铁路建设的可行性评价提供一种依据。

几种常见荷载作用下横观各向同性地基轴对称问题的解析解

通过对各向同性弹性体力学中拉甫位移函数重新修正,应用位移解法,利用Hankel积分变换理论,在象域内得到横观各向同性地基的通解,运用汉克尔积分反演变换得到了半无限地基在几种常见荷载(圆形均布、集中力、刚性承载板)作用下的应力和位移解析解,并给出了数值计算结果。

横观各向同性地基轴对称问题的应力和沉降分析

通过实验发现岩土地基中普遍存在各向异性现象 ,而目前按照各向同性地基模型计算势必会引起较大误差 ,为了提高地基中应力和沉降计算的精确度 ,本文将各向同性轴对称问题下的拉甫位移函数推广到横观各向同性地基轴对称问题 ,得到了位移分量与横观各向同性下拉甫位移函数的关系式 。

层状横观各向同性地基轴对称问题的位移解法

通过对各向同性弹性体力学中拉甫位移函数重新修正,并利用Hankel积分变换理论,在变换域内得到了横观各向同性地基的通解,从而求得单层地基的应力和位移解,运用矩阵传递方法和Hankel积分反演变换推导了层状横观各向同性地基在轴对称荷载作用下的解析解,给出了数值计算结果.

注浆法在深部软岩巷道加固中的应用

根据鹤壁中泰矿业有限公司-450 m水平火药库进风侧巷道的深部软岩地质条件,在分析巷道破坏和注浆加固机理的基础上,设计并实施了注浆加固围岩的方法,保证了巷道的稳定,取得了明显的效果。

圆面积均布荷载下横观各向同性地基位移和应力计算

从横观各向同性弹性体轴对称问题的基本方程出发,通过对各向同性下的Love位移函数重新修正,采用位移解法,同时利用Hankel积分变换和Bessel函数理论.得到了材料特征值s1=s2时,圆面积上作用均布垂直荷载的横观各向同性地基位移与应力分量的解析解.

全长锚固锚杆与围岩相互作用的现场实测研究

使用全长锚固锚杆以来，急待解决的是对围岩支护作用的研究。通过光弹性模拟实验、理论分析及有限元数值计算，并为验证上述研究成果，在郑州局米村矿－１５０水平回风暗斜井中进行了现场实测。

城市地下综合管廊常见运维灾害及对策研究

城市地下综合管廊作为现代化城市建设中不可或缺的一种重要基础设施,是保持城市能量流、物质流及信息流畅通的众多生命线之家,然而可以预见大量的灾害将成为其正常运行的严重威胁。在对国内外城市地下综合管廊灾害事故统计分析的基础上,结合与之具有一定程度相似性的市政管线(或隧道)及其他类型运营隧道灾害,系统划分了其运维期灾害类型,并对自然灾害、技术灾害和人为灾害类型进行了细分,提出了其运维期灾害防控的基本原则。在此基础上,重点分析总结了综合管廊火灾和震害的产生机理和应对措施;还就人为灾害、渗漏水问题、不均匀沉降以及环境安全问题及其对策进行了研究。研究成果可为运维期综合管廊减灾防灾提供参考。

采空区建筑地基适宜性及沉降变形计算工程实例分析

基于稳定采空区场地并结合某一工程实例进行建筑地基沉降变形计算分析,并对采空区地基适宜性进行综合评判。提出一种适合于采空区地基的荷载影响深度H_(Dz)确定方法,采用概率积分法对采空区场地不同区域剩余变形进行预测,提出考虑活化变形、剩余变形、附加变形的采空区建筑地基沉降变形计算方法,研究结果表明:(1)建筑荷载相同时判别系数越小(0.10σ_(cz)(自重应力)、0.08σ_(cz)、0.07σ_(cz)、0.05σ_(cz)),荷载影响深度越大;判别系数相同时建筑荷载越大,荷载影响深度也随之非线性增大。(2)对于一般采空区地基,宜采用σz(附加应力)=0.10σ_(cz)判别标准确定荷载影响深度;对于复杂采空区地基,宜采用σz=0.05σ_(cz)判别标准确定荷载影响深度。(3)在常规方法上(σ_z=0.20σ_(cz))确定的荷载影响深度H_(DZ-5),对于采空区地基经对比分析,1.4H_(Dz-5)和1.8H_(Dz-5)荷载影响深度可作为一般采空区地基和复杂采空区地基工程设计参考。(4)在不引起活化变形的最高层数建筑荷载下,地表剩余变形量非常小可忽略不计,采空区建筑地基沉降变形主要是土层附加压缩变形。(5)数值模拟结果表明,采空区内边缘沉降较大、不均匀沉降明显,不宜作为建设场地;采空区中央沉降较小,没有明显不均匀沉降,宜作为建设场地。

采空区场地高速铁路路基变形控制研究现状与展望

我国煤炭产量高居世界首位,大量煤炭资源的开采,遗留了大面积的采空区场地。随着我国高速铁路的快速发展,一些关键线路难免会穿越采空区场地。采空区地基变形及高速列车密集动荷载下的活化变形对高速铁路安全运行存在着重大安全隐患。如何保障采空区场地高速铁路的安全运营是关键问题,其中采空区场地高速铁路路基变形控制研究是该类问题的核心内容。首先从理论研究、现场实测、模型试验和数值模拟4种研究手段分别总结了国内外高速铁路路基动力学和采空区地表变形的研究现状;接着重点从高速铁路列车动荷载分布及传递规律、高速铁路路基工后沉降相关要求、采空区地基与高速铁路路基相互作用机理、采空区场地高速铁路路基变形问题的可行性研究等4个方面介绍了采空区场地高速铁路路基变形问题的研究;最后简要总结了高速铁路采空区地基治理技术及采空区场地高速铁路路基抗变形措施等相关内容,并结合太原—焦作高铁和合肥—福州高铁线路穿越采空区场地而采取的实际治理方案及路基抗变形措施加以说明。在现有成果分析的基础上,探究了高速铁路动荷载最大扰动深度如何确定、高速铁路采空区地基本构模型如何选择、相似模型试验列车动荷载如何施加和高速铁路采空区地基治理体系如何完善等相关问题,并展望了该领域的发展方向。

横观各向同性地基空间问题的位移函数解法

从横观各向同性弹性体空间问题的基本方程出发,通过引入各向同性弹性体力学伽辽金(Galerkin)位移势函数的修正,采用位移函数解法,借助Hankel积分变换和Bessel函数理论,在象域内严格导出了横观各向同性地基空间问题的一般解。运用Hankel积分反演变换,针对横观各向同性地基材料特征根相等或不相等的两种情形,分别导出了横观各向同性地基空间问题的应力分量和位移分量的解析表达式,可用于多种边界条件下具体问题的求解。

深基坑主被动组合支护结构的协同工作及位移分析

为进一步研究主被动组合支护结构的协同工作机制及其变形规律,以预应力锚杆复合土钉墙为研究对象,采用理论分析与现场实测相结合的研究方法,分析在施工过程中各层土钉的受力及其与预应力锚杆轴力之间的关系,并考虑施工扰动、塑性变形、土钉约束和锚杆预应力约束等影响因素,采用改进的增量法逐层计算施工过程中墙体的水平位移。研究结果表明,土钉因被动受力,其轴力偏小,对水平位移影响较弱;预应力锚杆设置的位置不同,对水平位移的影响也不同,越靠近两端影响越大;预应力锚杆对水平位移的影响可以叠加,从优化设计角度考虑,预应力锚杆宜优先设置在影响大的位置。

粘弹性饱和土体中半封闭圆形隧洞的稳态响应分析

基于Biot波动方程,引入更符合工程实际的半透水边界条件,研究粘弹性饱和土体中半封闭圆形隧洞的稳态响应。得到隧洞边界作用轴对称荷载和内水压力条件下的应力、位移和超孔隙水压力解,并进行隧洞衬砌渗透性参数和土体粘滞阻尼系数对稳态条件下隧洞应力、位移和超孔隙水压力幅值影响的算例分析。结果表明:渗透性参数对隧洞稳态响应的影响在内水压力条件下比在轴对称荷载条件下大;内水压力引起的隧洞径向位移幅值比轴对称荷载小;粘滞阻尼系数越大径向位移幅值衰减越快。

多桩型复合地基在湿陷性黄土中的应用

结合土挤密桩与CFG桩组成的多桩型复合地基处理湿陷性黄土地基工程实例,讨论多桩型复合地基的设计方法,分析复合地基的承载力,并通过原位试验对复合地基处理黄土湿陷性的效果进行分析。试验结果表明,通过合理的工程设计,土挤密桩与CFG桩组成的多桩型复合地基能充分发挥桩和桩间土的优势,不仅可以消除黄土的湿陷性,而且能大幅度地提高地基的承载力、很好地控制地基沉降。