高水位软土公路路基土石方填筑施工技术研究

由于土石方填筑施工缺乏与实际工况的结合,导致存在高水位软土公路填筑路基沉降值超标的情况,为此,文中对高水位软土公路路基土石方填筑施工技术进行研究。收集高水位软土公路路基各土层的厚度、力学参数(压缩模量、抗剪强度等)等基本地质信息,结合水位分布以及高度,确定其对地基沉降情况的影响,计算高水位软土公路路基沉降状态。在土石方填筑施工阶段,结合计算结果,针对不同土层的具体情况,从填筑松铺厚度、填料粒径、碾压速度、碾压次数,以及特殊工况的施工基础进行针对性设计。应用路基填筑技术后,60 d的最大沉降值仅为0.66 mm,在沉降值允许范围(≤1.0 mm)内,且在50 d后,沉降逐渐收敛,10 d内,沉降值变化幅度仅为0.03 mm。

高潜水位采煤沉陷区人居环境与生态重构关键技术:以安徽淮北绿金湖为例

以两淮高潜水位矿区为代表的我国东部大量采煤沉陷积水区的形成,严重影响了煤炭资源型城市的可持续发展,特别是城中采煤沉陷区水土资源撂荒、生态系统紊乱、人居环境恶化已成为制约城市建设的三大瓶颈,严重阻碍了经济社会发展和生态文明建设。为解决煤炭资源型城市生态修复与可持续发展问题,通过分析高潜水位采煤沉陷区地表沉陷积水演化规律和生态损害特征,基于开采沉陷原理和“采复一体化”理论,提出了地表沉陷积水动态预测方法,构建了沉陷区地形改造分区重构数学模型;研发了沉陷区边采边复施工、水循环与水资源调控、建筑分区设计、水土流失控制与基质改良、水陆复合生态系统重构等关键技术;探索了城中采煤沉陷区人居环境与生态一体化治理新模式,并以淮北绿金湖沉陷区为工程背景,开展了工程实践。研究表明:①融合Knothe时间函数和水量平衡模型参数,可实现开采任意时刻地表沉陷积水深度、积水面积、积水体积和最大库容的精准预测,最大相对误差为9.7%;②依据土方量平衡条件,建立了采前地形重构数学模型,将沉陷治理区划分为以地表沉陷盆地中央为中心、两侧对称的中央挖深、边界垫浅4个特征区域,土地闲置时间由14个月缩短至8个月,为高潜水位采煤沉陷区“挖深垫浅”超前治理提供了理论依据;③研发了环保疏浚退水及人工湿地尾水处理系统、底泥一体化机械深度干化系统、高填筑围埝多级装配式退水系统等成套施工关键技术,退水效率提高了17%,节约排泥场面积5260 m^(2);④提出了“平整地建筑-斜坡地水土保持-浅水区水生植被-深水区生态渔业”沉陷区分区治理技术,实现了沉陷区水土资源的100%高效利用;⑤与引江济淮、生态走廊、绿金城市等重大民生工程相结合,探索了集市场运作、科学修复、可持续运营于一体的沉陷区综合治理新模式,为城中采煤沉陷区生态环境治理和可持续发展提供了理论依据和技术参考。

平原老城区污水处理提质增效实施策略分析

以华东地区某城市老城区污水处理厂服务片区为研究对象进行分析,发现采取防倒灌措施后,污水处理厂污染物进水浓度提升明显。平原高地下水位地区污水处理厂进水浓度影响因素由大到小分别为:地下水入渗、管道沉积和降解、河水倒灌、降雨,对污染物进水浓度影响程度(以BOD5计)分别为:25%~34%、17%~26%、13%~18%、7%~10%。在平原老城区实施"清污分流",建议优先采取的措施为防治河水倒灌、管网修复,管网系统相对完备后可采取降低管网运行水位的措施,雨污分流需伴随着老城区改造循序渐进。通过多项措施的逐步实施,最终实现提高污水处理厂进水浓度的目标。

基于无人机遥感的高潜水位采煤沉陷湿地植被分类

为了掌握采煤沉陷湿地植被的类别和空间分布,促进矿区土地利用、管理和修复,以山东省济宁市东滩煤矿3304工作面为研究区,以无人机多光谱影像为数据源,分别采用面向对象的分类方法和监督分类方法对研究区湿地植被进行分类。基于优选的面向对象尺度分割参数,确定分类规则后构建面向对象分类模型,对湿地植被进行分类,生成植被分布图。同时,利用野外获取的322个采样点进行精度验证。结果表明:与基于像元的监督分类方法相比,面向对象分类方法显著提高了影像分类精度。监督分类方法总体精度为44. 3%,Kappa系数为0. 4;面向对象分类方法总体精度达到84. 2%,Kappa系数为0. 8。该研究为采煤沉陷区湿地调查与开采沉陷影响下地表植被空间分布规律研究提供了方法与基础数据。

基于转移矩阵的矿区土地利用结构变化分析:以淮南某高潜水位煤矿为例

为了解高潜水位矿区煤炭开采对土地利用变化的影响和土地治理提供参考,以安徽淮南某煤矿为例,根据矿山2008—2035年的开采计划,利用MSPS软件模拟预测采煤沉陷及积水情况,通过ArcGIS和Excel软件构建矿区开采前后的土地利用转移矩阵,进而分析煤炭开采对土地利用的影响。结果表明:该矿区28年的煤炭开采,预计将导致近一半土地塌陷入水中,其中对耕地的影响最大,开采后将导致51.19%的耕地(1 547.69hm2)出现积水而无法耕种,预计每年直接经济损失达1.21亿元。应采取边采边复技术保证复垦后耕地的生产力水平,使其尽快恢复到正常水平。

考虑原始地形的采煤沉陷积水范围确定方法

高潜水位矿区采煤沉陷后,将导致大面积积水,给当地的生态环境、工农业生产以及人民生活带来了严重影响。目前土地复垦方案编制过程中需要对未来沉陷积水范围进行预测,常规做法是根据预计的下沉等值线和当地潜水位埋深确定采煤沉陷后的积水范围,由于没有考虑原始地形的影响,通过这种简单预测所获得的积水范围往往与实际积水范围有所差异。本文利用GIS提供的空间分析功能,将原始地形纳入地表沉陷分析中确定了煤炭开采后地面将出现的积水区域范围,并通过高分辨率遥感影像获取实际积水信息,对以上两种方法确定的沉陷积水范围进行了精度对比分析。研究结果表明:考虑原始地形后确定的沉陷积水范围与传统未考虑原始地形方法相比,其面积相对精度提高了约13%,位置精度也由传统方法的106提高到58,因此考虑原始地形确定沉陷积水范围的方法更加科学合理,且更贴近于实际情况,这将为采煤沉陷地复垦规划与方案提供精确的基础数据,从而促进复垦工作的实施与开展。

长大深埋水工隧洞设计关键技术研究与实践

在分析我国长大深埋隧洞发展历程及研究现状的基础上,阐述了长大深埋隧洞工程遇到的主要工程地质问题,并结合多年积累的调水工程设计、施工、管理等经验,总结已完工及在建的高埋深长隧洞遇到的实际情况,针对突涌水、突泥和涌砂、岩爆、围岩大变形、高地温、高地应力、高外水等多种极为复杂的工程地质问题进行了分析和探讨。结果表明:在长大深埋隧洞设计前期,结合工程主要地质问题进行TBM设备选型至关重要;设计及施工过程中采用数值模拟、试验研究、超前地质预报、现场监测等手段,对高外水、软岩大变形、岩爆、高地温等不良地质洞段进行分析研究并动态调整设计;不良地质条件掘进易采用三低(低推力、低转速、低贯入度)、一快(快速掘进)、一连续(掘进)、宁慢勿停的掘进原则,可以避免国内外类似工程灾难性的后果发生。

高地下水位地区的插筋补强护坡

插筋补强护坡技术是基于“主动制约稳定机制理论”提出的一种护坡新技术，它首先适用于非饱和土。在高地下水位地区采用各种有效的施工对策，也可使本技术同样得到成功的应用。

基于Landsat时序数据的高潜水位煤矿区植被扰动分析

我国东部矿区是重要的煤粮生产复合区,由于境内地势平坦,地下潜水位高,采空区形成的沉陷大多常年积水或季节性积水,所引起的土地、生态、环境问题尤为严重。植被作为矿区生态环境的重要组成部分,因外界干扰和环境要素的变化而具有动态特征。归一化差值植被指数(NDVI)是植被生长状况遥感监测的常用指示因子,基于NDVI时间序列数据的分析可以有效揭示植被的扰动效应。以安徽淮南顾桥矿为研究对象,基于2007—2018年Landsat NDVI时间序列数据的分级统计,以及热点分析、聚类与异常值分析和剖面线分析,研究NDVI值的时空变化特征,探讨煤矿开采沉陷对周围植被的扰动效应。研究表明:2007—2018年间顾桥矿植被生长状况整体良好,但植被覆盖离散程度在增大;NDVI分布具有明显的空间聚集特征,均为“高–高”聚类和“低–低”聚类,无异常出现;受煤炭开采影响,热点区减少,冷点区增加,热点向冷点的转化主要发生在沉陷积水区、德上高速和永幸河附近;沉陷积水区周围一定范围内存在明显的植被扰动,开采初期扰动较小,随着积水区范围的增长和时间的推移,扰动范围逐渐增大,最后趋于稳定,具有时序滞后性和时空累积性。研究成果为采煤沉陷区生态影响范围的确定及生态环境的恢复治理提供了参考。

高潜水位煤矿区生态补偿标准评估框架与测算:以东滩煤矿为例

煤矿区生态补偿是实现煤炭开采外部不经济性内部化的有效手段。制定科学的、合理的生态补偿标准是实施生态补偿机制的关键。本文通过分析高潜水位矿区煤炭开采对生态环境的影响,针对煤炭开采造成的生态破坏损失和环境污染损失,综合运用恢复成本法和价值损失法,从目标层、约束层、准则层和指标层四个层次构建高潜水位矿区煤炭开采生态补偿标准评估框架,补偿标准为各项指标层的价值量之和。在此基础上,以山东省东滩煤矿为例,结合东滩煤矿特点筛选关键评估指标,计算2014年东滩煤矿生态补偿标准为16 497.02万元,占该年煤炭销售收入的2.75%。该方法为征收高潜水位煤矿区生态补偿费用提供参考。

1998年1月10日张北-尚义6.2级地震地下水位异常的检验性预测

分析了距张北-尚义Ms6.2地震震中110km范围内，内蒙古自治区前兆台网地下水位高值异常特征。利用水化前兆标志及判定方法探讨了水位高值异常与张北-尚义地震的关系，并对其判定指标进行了统一约定，分别用异常频次累加加速判别指标值和异常频次综合变化速率值二项指标对张北-尚义Ms6．2地震进行了中期、短期、短临尺度的检验性预测。张北-尚义Ms6．2地震的发震时间基本符合判断结果，指出地下水位高值异常是1998年1月10目张北-尚义Ms6．2地震的前兆反映。

高潜水位矿区开采沉陷综合治理方案研究

针对沈阳矿务局某煤矿“八五”期间开采规划，对开采可能引起的地表移动与变形进行了预计，并提出了高潜水位村庄和稻田下采煤的沉陷综合治理方案。

雷诺护垫在高下水位渠道衬砌中的应用

在泉水初露的高地下水位段,底板雷诺护垫、边板混凝土衬砌结构形式综合糙率0.0215;根据渠道流速,雷诺护垫厚度确定为0.17m;通过衬砌方式的综合比选,认为雷诺护垫便于施工,具有较强的抗冻性、变形适应性。

10000kN·m高能级强夯时的地面变形与孔压试验研究

通过在某沿海碎石土回填地基上成功实施的国内首次10000kN·m高能级强夯系列试验,为10000kN·m高能级强夯的的设计、监测和检测提供了依据。根据对试验过程中的地面变形和孔隙水压力的监测分析及与3000kN·m监测结果的对比,得到了碎石土地基上10000kN·m强夯的施工参数和孔压变化特征。

安徽省淮北平原地下水环境与工作方向

安徽省淮北平原位于该省北部,平原西部阜阳市地面沉降中心最大沉降量1501mm,采水型地面沉降进一步扩大,推测平原西部地区已发生大范围的地面沉降。淮北平原区饮水型高氟地方病广布,地氟病区占全区总面积的40%。其中轻病村17942个,占病村总数79.3%;中度病村4529个,占20.0%;重病村148个,占病村总数0.65%。病区乡人口总数1344.4万人,占淮北平原总人口的66%。区域地下水水位持续下降,地下水质量不断劣化。本文通过对以上主要水环境问题的论述,提出了平原区今后工作方向的建议。

高潜水位采煤塌陷区重构土壤水分运移规律模拟研究

以江苏省徐州市贾汪矿区为研究区,通过野外采样与室内土柱试验模拟不同土壤重构模式,对固定地下水位不同重构模式下土壤水分运移过程进行了观测。试验设置土柱上层0—50cm为土壤充填,50—80cm为不同表土替代物充填。按照下层50—80cm充填物的不同,设置4组处理,其中处理1为对照组(土壤充填),处理2(粉煤灰充填)、处理3(煤矸石充填)、处理4(煤矸石-粉煤灰混合物充填)为试验组。结果表明:(1)重构土壤上层含水率与下层相比变化明显,底层含水率临近于饱和含水率,变化微小;(2)在不同充填物的分界线处含水率变化明显,充填物类型对土壤水分垂直变化有较大影响;(3)煤矸石、粉煤灰混合物充填重构模式含水率变化规律与土壤充填模式最为一致,且饱和含水率最为接近,具有良好的保水、透气性,是高潜水位采煤塌陷区土地复垦最理想的土壤重构模式。本研究可以为高潜水位采煤塌陷区土地复垦的土壤重构以及盐渍化控制等提供一定的理论依据和技术支撑。

吨粮田麦作生育期间地下水位动态及其控制技术的研究

两年研究结果表明，吨粮田麦作生育期间地下水位拔节孕穗前较高，其中拔节孕穗期最高，是渍害形成机率最大的阶段；孕穗开花以后，地下水位呈显著下降趋势。拔节孕穗前降雨对抬高地下水位有显著影响，孕穗开花以后影响较小，而灌浆成熟期降雨几乎不会引起地下水位的明显上升。淮南平原及沿江圩区单产５２５０ｋｇ／ｈｍ２以上高产田块，拔节孕穗期适宜地下水位为９０～１３０ｃｍ，其中以１３０ｃｍ最佳；丘陵地区４５００ｋｇ／ｈｍ２以上田块，最适地下水位为９０ｃｍ。吨粮田麦作生育期间地下水位的调控应遵循“内外结合、明暗结合、逐级配套”的排水体系原则，其中地下暗管排水是控制和降低地下水位最有效的措施之一。

煤炭开采沉陷与积水对土壤特性的影响研究

在高潜水位矿区,研究煤炭开采造成的土壤退化规律为耕地报损提供理论参考。通过野外原位监测和室内实验分析,对开采沉陷水域周围不同位置土壤的含水率、p H值、养分含量、酶活性进行了研究。结果表明:采煤沉陷水域周围土壤受到地下水和侧渗水的侵蚀,同时又处于沉陷坡的底部,土壤肥力呈现沉积效应;土壤的物理化学特性影响着土壤的酶活性,土壤蔗糖酶与有机碳、脲酶与全氮表现出相同的规律性;开采沉陷与积水改变了土壤的特性。该研究对于指导矿区土地复垦和维护国家粮食安全具有重要的意义。

高水位下斜拉桥承台基坑开挖支护的设计与施工

研究目的:针对传统大基坑开挖方案和支护形式与斜拉桥承台施工空间易产生冲突这一现象,设计一种合理的方案和施工工艺解决类似冲突,并结合实例重点阐述SMW工法在既有线旁基坑支护方案的设计方法。研究结论:大基坑开挖支护过程中,其基坑支护的形式可以灵活使用,也可通过施工工序的调整,使基坑开挖支护方案适合用特定的施工场景;采用SMW工法所需工期较其它工法短,废土外运量远比地下连续墙工法少,并能在狭小范围内施工,对场地要求不高,型钢又可回收,造价较地下连续墙明显降低,是既有线旁基坑支护的一种可选方案。

山岭隧道堵水限排围岩力学特性分析

为了尽可能减少隧道长期大量排水带来的严重环境问题,高水位地区的深埋山岭隧道应采取"以堵为主,限量排放"即"堵水限排"的防排水设计准则。但在堵水限排情况下围岩的力学特性如何?是当前隧道衬砌结构设计急需解决的关键问题之一。首次建立了山岭隧道堵水限排情况下围岩力学特性分析的解析模型并进行了理论推导,分析了不同排水工况下围岩力学特性的变化并绘制了相应的围岩特征曲线,为堵水限排衬砌结构设计提供了理论依据。