列车荷载作用下风积沙包芯路基动力响应试验研究

我国沙漠铁路沿线优良填料极其匮乏而风积沙资源相对丰富,但风积沙存在级配不良、结构松散等缺陷,不宜直接用作基床填料。风积沙包芯路基兼顾经济环保与力学性能,就地取用沿线风积沙填筑基床底层,取用卵石土对其包边封层。通过对风积沙包芯路基开展现场实车动测,获得路基动响应与振动能量的空间分布特征以及随轴重和车速的变化规律。研究结果表明:路基动应力沿深度的衰减主要集中于路基面以下0~0.6 m和1.5~2 m范围内,加速度沿边坡的衰减主要在距轨道中心5 m范围内。动应力和加速度幅值均随轴重和车速的提高明显增大,衰减速率随轴重的增加而降低。动应力频谱服从倍频规律和幅值调制效应,0~2 Hz的低频振动对动应力起控制作用。加速度振级集中分布于12.5~31.5 Hz中心频段内,0~10 Hz的低频段振级沿边坡衰减剧烈,10~40 Hz高频段振级的衰减相对较小。振动总能量沿路堤边坡耗散近80%,总能量在各频带上的聚集量:频带2>频带1>频带3>频带4。各频带能量均随轴重和车速的增加而增大,增长幅度随频带的提高逐级递减。研究成果可以为沙漠铁路路基工程的后续建管标准与运维实践提供参考。

塔克拉玛干沙漠风积沙工程性能试验研究

针对西北沙漠地区铁路优质路基填料短缺的问题,开展了风积沙扫描电镜试验、击实试验、直剪试验等试验,从微观和宏观角度研究了风积沙的工程性能。结果表明:风积沙结构松散,颗粒表面棱角较圆滑,主要粒径为0.075~0.250 mm,粉粒和黏粒均较少,粒径均匀,级配不良,分类属于间断级配C3填料;风积沙击实曲线呈单峰形,最大干密度为1.61 g/cm^(3),最优含水率为12.5%,水泥混合风积沙最大干密度和最优含水率均随水泥掺量增大而增大;风积沙理论黏聚力为0,理论内摩擦角为27.4°,抗剪能力差;风积沙物理和力学性质均较差,不可直接用作铁路路基基床填料,应对风积沙进行改良处理。

沙漠地区风积沙路基结构设计及施工

以沙漠地区公路施工为背景,针对依托工程沙漠公路特殊路基处理和重难点问题,设计创新出一种砂砾土夹层风积沙路基结构.通过试验,揭示了各影响因素与砂砾土夹层风积沙路基性能的关系,并提出了一种干湿结合的砂砾土夹层风积沙路基施工工艺和碾压方法并进行应用.应用项目交工验收通车运行以来,风积沙路基填筑段路基使用性能良好,路面行车安全、舒适,未出现质量缺陷.该风积沙路基结构和施工方法可为沙漠地区风积沙路基填筑结构选择和施工工艺操作提供参考.

青海省茫崖市马海地区钾矿绿色勘查措施

青海省实施大量的盐湖钻探施工项目,要求实施绿色勘查。本文以青海省茫崖市马海地区钾矿勘查9号孔为例,根据现场实际施工情况,结合矿区矿区自然生态概况,合理规划了生活区和施工区的平面布置,分析了造成环境扰动的主要因素有项目临时道路修筑、车辆行驶、项目驻地建设、钻探工程施工等方面,同时制定了对应的绿色勘查措施。可为提高地质钻探从业者的绿色施工的意识、形成绿色勘查习惯,以及其他单位在风成砂覆盖区开展地质钻探施工时提供了可复制、可参考的绿色勘查经验。

榆神矿区三维地震节点检波器应用及采空区解释效果

本文针对榆神矿区风积沙地区煤矿勘探开发的需求,总结了一套满足榆神矿区风积沙地区煤矿勘探开发需求的宽方位、高覆盖三维节点高效采集应用方式。该技术突破了风积沙地区高密度三维节点接收规模化应用的技术瓶颈,实现了风积沙地区高密度三维节点检波器采集应用,经过后期资料精细化处理,以及室内采空区解释效果,有效解决了风积沙地表下地质目标探查的需求,为同类条件下高密度三维地震勘探提供应用参考。

寒旱-盐渍土环境下风积沙混凝土的制备及性能研究

针对沙漠腹地与近沙漠区农业工程、基础设施建设原材料短缺、服役环境差、混凝土耐久性能差等问题,采用西部寒旱-盐渍地区的风积沙为原材料制备了C25风积沙混凝土(ASC),得到了最优配合比,并基于微观分析研究了盐冻、干湿循环耦合作用下ASC的耐久性能。结果表明:随着风积沙掺量从0增加到100%,ASC的损伤速度越慢,其抗盐冻、干湿循环耦合作用的能力也越好;高掺量(≥60%)ASC试件抗盐冻、干湿循环耦合作用的性能良好;高掺量ASC在寒旱-盐渍土地区道路与水利工程中具有较好的适用性。

风积沙地区加筋地基铁塔基础技术经济研究

中国是荒漠面积最大的发展中国家之一,此类区域包含了大量的太阳能、风能等洁净资源,随着光伏风电装机迅速扩大,这些地方迫切需要大量修建输电网络以优化供电结构,实现洁净能源外送需要。根据风积沙区域地质条件特征,对三种常规基础设计方案进行了技术经济对比分析,提出抗拔加筋复合地基基础方案是最经济的,同时其计算结果可当作方案比选、投资估算依据,也可当作工程造价及相关机构的现阶段参照指标。

煤矿井下风积沙箱式充填体侧向约束机理数值研究

针对新疆荒漠化矿区充填材料问题,提出了风积沙箱式网箱充填技术,并利用PFC3D-FLAC3D软件探究风积沙箱式充填体的侧向约束调控机制.主要研究结论如下:(1)对网箱施加振动荷载,3 s时正方体网箱风积沙压实量是圆柱体网箱的2.78倍;(2)随着网箱尺寸的增加,圆柱体网箱风积沙压实量不断减少,5 cm网箱中风积沙压实量是6cm的12.87倍;(3)随着网箱强度的增加,不同类型网箱中风积沙压实量都在不同程度的减小,振动荷载为3 s时,5 cm圆柱体网箱风积沙压实量减小幅度为30%.

采煤塌陷对中国西部风沙区土壤质量的影响机制及修复措施

中国西部风沙区生态环境脆弱,煤炭井工开采造成土体坍塌,产生地表裂缝,导致地下水位下降、土壤含水量减少、土壤养分流失、土壤酶活性降低、微生物数量和群落结构发生变化、土壤沙化、植被死亡以及生物多样性破坏等生态环境问题。主要剖析近年来煤炭地下开采对西部风沙区土壤理化性质、土壤酶活性、土壤微生物和植被生长等方面的影响机制,提出塌陷区土壤环境破坏的修复措施。指出今后的研究应集中于采煤塌陷区土壤质量的恢复和土壤微生物多样性的演替规律方面,为中国西部风沙区采煤塌陷地的生态修复提供理论基础和技术支持。

西部风积沙区超大综采工作面开采生态修复研究

为建立与大规模高强度煤炭开采相适应的生态修复模式,选择西部生态脆弱区神东矿区补连塔井田超大综采工作面开采区为研究对象,建立了地表生态损伤观测系统,对采前、采中、采后及趋于稳定时的生态损伤特征参数(地表裂缝、植物及根际环境等)进行了分析。研究获得了地表裂缝发育的分区性和趋于闭合时间、周围土壤含水性、植物及根际环境的变化趋势,表明地表生态损伤在自然力作用下具有"自修复"趋势;提出了以分区修复、减损、植物促进为核心的人工引导型生态修复模式与方法,应用结果表明此方法有助于系统提升大规模高强度煤炭开采的生态修复效率。

西北风积沙区采煤扰动下土壤侵蚀与养分演变特征

为更好地理解西北风积沙矿区生态环境演变规律,以神东哈拉沟与上湾矿区为例,利用^(137)Cs示踪法分析了未采区、自恢复沉陷区(1、2、4、8 a沉陷区)与植被修复区(13 a沉陷区)的土壤侵蚀与养分特征,研究了矿区土壤侵蚀与养分的演变规律。结果表明:采煤扰动可以导致未采区土壤侵蚀强度增大与有机碳、微生物量碳、全氮、全磷、碱解氮养分明显损失。开采沉陷后,沉陷区土壤侵蚀强度随着时间的推移呈现出先增加后降低的趋势;其中,地表沉陷后的最初2 a是土壤侵蚀急剧增大的时段。采煤扰动下,土壤有机碳、微生物量碳、全氮、全磷、碱解氮养分的演变规律与土壤侵蚀演变密切相关。植被修复可以有效降低沉陷区土壤侵蚀强度与提高土壤养分含量。西北风积沙区采煤沉陷地表的生态恢复应该及时开展地表沉陷后的早起侵蚀防治,兼顾考虑植被修复与土壤微生物联合修复,以此促进土壤、植被正向演替。

风积沙区土地生态损伤自修复能力评价

为了对风积沙区土地生态损伤自修复能力进行评价,选取典型风积沙煤矿土地生态损伤区,依据附加坡度进行评价单元划分,在不同开采时序对不同评价单元地裂缝进行统计,同时对土壤理化特性指标进行采样分析,综合运用层次分析法和德尔菲法确定指标权重,采用综合指数法数学模型对研究区土地生态损伤自修复能力进行评价,结果表明高强度开采条件下40%的受损区具有明显自修复能力,可明显减少土地修复成本。

压实风积沙土层盐分迁移规律研究

针对沙漠地区风积沙路基发生盐渍化病害现象,探究压实风积沙土层水、热、盐变化规律。自制下垫面为硫酸钠盐渍土地基的风积沙土柱试验设备,以自然环境条件下6个月(6月—12月)的实时监测数据为基础,分析压实风积沙土层内水、热、盐的时空分布规律与迁移特征。研究结果表明:受外界环境温度影响,压实风积沙土层分影响剧烈区(0～50cm)与薄弱区(50～120cm),随着埋深增加,土柱内部温度变化幅度趋于平缓,各层温度到达峰值具有滞后效应;受含盐下垫面与压实素土风积沙含盐量的浓度梯度作用,压实风积沙土层深部区域被盐分迁入,由无到有。风积沙土层内盐分的存在,为盐分的进一步迁移奠定了物源基础。由外界温度影响,土层浅部受水分赋存形态的变化与蒸发牵引作用,促使水分携带盐分在压实风积沙土层内部逐渐向上发生迁移;盐分在土层整个埋深断面上呈现"高—低—高"的分布特征。受外界环境荷载周而复始作用,压实风积沙土层浅部盐分将渐渐积聚,由少到多,随着时间推移将形成盐渍化病害。

晚新生代中国北方风尘沉积的可能物源及变化

中国北方风尘沉积是晚新生代中纬西风和冬季风输送的粉尘相互加积的结果。对北方风尘沉积物来源和搬运动力的分析表明,风尘沉积的物质来源具有多样性,物源类型和分布、传输路径随时间变化。认为亚洲中部山地古风化壳可能是中国北方早期风尘沉积,尤其是第三纪红粘土的重要物源之一;晚新生代的粉尘源区类型由山地因干旱化被风蚀的红色风化壳逐渐向盆地周边被抬升的中、新生代砂泥岩过渡,再由盆地周边过渡到盆地内部的中生代与新生代的河湖沉积物和沙漠。同时大气环流格局的变化相应地导致了粉尘源区分布和传输路径的迁移。

中国北方沙尘源区铅同位素分布特征及其示踪意义的初步研究

对中国北方沙尘源区风成沙Pb同位素的分布特征以及示踪意义进行了初步研究。结果表明,中国北方沙尘源区风成沙Pb同位素的空间分布具有明显的区域差异,毛乌素沙地具有最低的206Pb/204Pb2、07Pb/204Pb和208Pb/204Pb值,塔克拉玛干沙漠具有最大的206Pb/204Pb2、07Pb/204Pb和208Pb/204Pb值,其他地区介于两者之间。通过对比研究,Pb同位素在中国北方黄土、格陵兰冰芯粉尘和北太平洋深海沉积物源区示踪方面具有较好的有效性。

中国北方沙区城市风沙灾害危险度评价--基于遥感、地理信息系统和模型的研究

开展风沙灾害危险度评价研究,对促进中国北方沙区城市的安全与可持续发展具有重要意义。基于灾害系统理论,构建了城市风沙灾害系统动力学模型,对中国北方沙区城市风沙灾害危险度进行了评价。结果表明:中国北方沙区风沙灾害高危城市主要分布在新疆塔克拉玛干沙漠周边和古尔班通特沙漠南缘、甘肃省以及宁—陕—蒙3省区接壤区。重度危险以上的城市共计35个,占参评城市的51%,其中,极度危险的城市有12个,由西向东依次为乌鲁木齐、和田、中卫、乌海、包头、榆林、通辽等。近邻沙源是城市风沙灾害的主要诱因,应该加以重点治理;经济发达城市应该重点保护。减轻土壤风蚀的城市周边沙化土地利用格局优化的方法与技术应是防治城市风沙灾害的研究重点。

风积沙矿区开采沉陷影响因素研究

以补连塔风积沙矿区12407工作面为研究背景,采用层次分析法,从开采因素和地质因素2个方面选取了9个指标作为开采沉陷的影响因子,建立了风积沙矿区开采沉陷影响因素分析模型。在此基础上构造了5个具有不同松散层厚度、基岩厚度、沙基比和覆岩综合普氏硬度的数值实验模型,进行了数值分析。研究表明,采深保持不变时,松散层厚度和沙基比与地表最大下沉值正相关,基岩厚度和覆岩综合普氏硬度与地表最大下沉值负相关。

土工格室加固风积沙路基动应力响应现场试验研究

由于沙漠地区环境较为恶劣,沙漠中自采筑路材料匮乏,导致沙漠公路建设困难,同时,风积沙颗粒细小且不稳定,风积沙地基的处理难度较大,采用土工格室对风积沙进行加固作为路床结构,可为沙漠公路的修筑提供一条新路径。为了探究土工格室加固风积沙路基的效果及不同路基层动应力特性,以S21乌鲁木齐至阿勒泰土工格室加固风积沙路基试验段为例,从不同测试车重和车速2个方面分析不同试验工况下各路基层的动应力衰减系数,根据动应力衰减系数提出土工格室-等代路基层厚度计算方法,对交通荷载作用下路基动应力响应规律进行研究。结果表明:交通荷载作用下动应力时程曲线接近于正弦波,随深度增加动应力时程曲线出现一定的滞后性;测试车重越大动应力越大,测试车速提高对动应力影响不大,因此,车辆轴载是路基动力响应的最主要的因素;对土工格室加固风积沙、级配砾石和风积沙3种不同路基填料动应力衰减系数进行对比分析,发现土工格室-风积沙层的衰减系数最大,级配砾石层次之,风积沙层的衰减系数最小;动应力衰减系数是一个与路基填料性质相关的常量,与测试车速和车重的关系不大,路基填料的性质对动应力衰减系数起决定性作用;根据动应力衰减系数提出了等代路基层厚度计算方法,提出土工格室加固风积沙与砾石土填筑层之间的厚度关系,利用等代工作区域厚度法验算土工格室加固风积沙路基持力层承载力。

采煤沉陷区不同裂缝处小叶杨根系损伤特性

[目的]探究矿区采煤沉陷对小叶杨(Populus simonii)根系的损伤程度,为后期小叶杨人工林治理恢复提供理论依据。[方法]观测记录李家塔采煤沉陷区不同坡位处不同裂缝间小叶杨根系的损伤状况,运用数理统计软件分析根系损伤率、损伤类型与坡位、裂缝类型、错位差、裂缝宽和根距裂缝水平距离间的关系等反映小叶杨根系损伤特性。[结果](1)小叶杨水平根主要分布在0—60 cm土层内,0—10 cm土层内根数最多,占40.1%~43.2%,50—60 cm内根数最少,占0.63%~3.71%。根系数量随土层深度增加而逐渐减少。(2)塌陷型和滑动型裂缝处伤根类型有扯断、扭曲、皮裂和拉出,其数量表现为:扯断>皮裂>扭曲>拉出,而拉伸型裂缝处无拉出损伤根系,表现为:皮裂>扭曲>扯断,塌陷型裂缝处根系损伤最严重。(3)根系损伤数量随着根系径级增粗呈现逐渐递减的趋势。根径<2 mm近乎全部扯断,<5 mm损伤以扯断为主,>5 mm以皮裂为主,扯断次之。根越粗扯断越少,皮裂越多。当根径>11 mm时皮裂根数急促地增多。(4)根据相关性由大到小,造成根系损伤的主导因素依次是:裂缝宽、错位差和根裂距。裂缝越宽,错位差越大,小叶杨根系损伤越严重。根裂距越小,根系损伤数量越多。根裂距<1 m时根系损伤最为严重。[结论]不同类型裂缝下根系损伤程度亦不相同。采煤沉陷区植被恢复治理过程中,不同塌陷地应根据不同裂缝类型制定适宜的治理措施。

陕北风沙滩地区煤矿排水对地下水污染特征分析

以某煤矿排水池为研究对象,分析煤矿排水入渗对陕北风沙滩地区低本底值地下水的污染特征。以排水池为起点,顺地下水流向和垂直地下水流向共采集27组地下水水样,通过水质分析得出:与地下水本底值相比较,煤矿排水中主要污染离子顺地下水流方向运移距离已达1 371.67 m,垂直地下水流向运移距离已达498.96 m;顺地下水流向上,TDS,SO_4^(2-),Na^+,Ca^(2+)的超标范围分别大于1 273,1 421,978,1 286 m;垂直地下水流向上,TDS,SO_4^(2-),Na^+,Ca^(2+)的超标范围分别大于429,446,404,443 m。说明排水池周边地下水受到矿坑排水入渗污染以SO_4^(2-),Na^+,Ca^(2+)最为明显,导致TDS升高,其运移扩散浓度大于本底值的范围就代表周边地下水受到的现状污染范围。