陕西渭北晚更新世黄土-古土壤结合水膜厚度的试验研究

为深入剖析黄土与古土壤工程性质的影响因素,以陕西渭北晚更新世黄土与古土壤为研究对象,基于核磁共振、比表面积测试并结合理论分析对结合水膜厚度进行研究。试验结果显示:黄土与古土壤的结合水膜厚度存在明显差异,黄土的结合水膜厚度明显大于古土壤,原因在于古土壤孔隙体积及孔径小于黄土,而古土壤中高价阳离子含量大于黄土,同时古土壤颗粒表面分布铁锰质薄膜,其亲水性较弱。分析结合水膜与黄土湿陷性、回弹变形等工程特性间的关系,发现黄土-古土壤的湿陷性随结合水膜厚度的增大而增强,随结合水膜厚度的减小而减弱,结合水膜厚度与卸荷变形系数呈正相关关系。综合分析说明,高价阳离子含量、颗粒表面特性,及孔隙性的不同造成了黄土与古土壤结合水膜厚度的差异,从而导致黄土与古土壤的湿陷性等工程性质有显著区别。

试样厚度对室内测定黄土压缩变形的影响

为研究试样厚度对室内测定黄土压缩变形的影响及水、力相互作用下的压缩变形特性,基于改造后的WG-2型固结仪,针对厚度分别为20 mm和40 mm的原状黄土,开展了不同初始上覆荷载条件下连续增湿压缩试验。结果表明,在同一上覆荷载条件下,试样压缩变形随着增湿含水率的增大而逐渐增大;同一增湿条件下,上覆荷载较小时,不同厚度试样的沉降变形相差不大;不同厚度试样的压缩变形量随着上覆荷载的增大而呈现增大的趋势。初始上覆荷载越小,含水率越低,试样厚度对压缩变形量的影响越大,随着增湿含水率和上覆荷载增大,可以忽略试验厚度对于压缩变形的影响。

软塑黄土层对浅埋黄土超大断面隧道围岩变形的影响

为解决在建西延高铁洛川隧道长大距离穿软塑黄土层施工中存在的问题,进行围岩变形数值模拟分析,建立三台阶预留核心土法施工模型,软塑黄土层分布在拱顶、边墙、拱底时,不同层厚(1、3、5 m)对拱顶下沉及拱腰收敛变形产生影响,结合监控量测数据提出合理的变形控制措施。研究结果表明:(1)对软塑黄土层不同分布以及不同厚度工况下围岩位移进行对比,发现软塑黄土层的存在增大了围岩位移,软塑黄土层分布较其厚度影响更明显,当软塑黄土层位于隧道拱顶上方且厚度为5 m时,影响最大。(2)浅埋软塑黄土隧道在超前管棚作用下,围岩竖向位移与水平位移相较于无管棚超前支护时位移减小,在穿软塑黄土层施工时要及时做好防护。(3)拱顶下沉及拱腰收敛随开挖均呈断崖式急剧变形、持续缓慢变形和变形趋于平稳3个阶段。因此,实际施工时应及时开展开挖初期急剧变形阶段的变形控制,并加强围岩监控量测。

厚黄土层深部开采覆岩和地表移动规律研究

为了揭示黄土层深部开采条件覆岩和地表移动规律,基于孟村矿401101工作面开采地质条件,采用地表实测和数值模拟相结合的方法,分析了煤层开采过程中地表移动盆地的分布和变化特征,计算确定了下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形最大值;揭示了厚黄土层深部开采地表沉降量小、移动变形集中、地表移动前期具有突发性沉陷特点,确定了地表活跃阶段下沉量占沉陷总量的66.8%;确定了该矿地表移动角量参数和概率积分预计参数;研究了采动覆岩的位移和应力变化规律。研究成果可为该采区后续工作面和类似采矿条件矿井的开采规划设计和采动损害控制提供有益参考。

孔内深层强夯法处理大厚度无序填土应用研究

山西省沟壑纵横的黄土地貌导致了建设用地资源短缺,进而涌现出了大量“治沟造地”“平山造城”工程,由此形成的高填方地基处理问题也随之日益突出。以“太原西山某小区”项目为例,对孔内深层强夯(SDDC)法处理大厚度无序填土地基的应用进行了深入研究。该项目回填了大量厚度不均、成分复杂的人工填土,并且分布有二级自重湿陷性黄土,采用了SDDC桩法处理填土和湿陷性黄土进行地基处理,并采用加筋土作为褥垫层以调整地基不均匀沉降。处理后的地基承载力特征值满足要求,且湿陷性全部消除,地基变形满足要求。该项目的成功应用可为太原地区类似工程施工提供参考依据。

厚黄土层煤层开采沉陷规律研究

为了解黄土层对开采沉陷规律的影响,结合彬长矿区厚黄土层的采矿地质条件,基于分层传递理论,采用分阶段求解的方法,对地表沉陷的概率积分公式进行了修正,从土层对基岩的加载角度给出了厚黄土的定义。以大佛寺煤矿的地层条件为模型,通过物理材料相似模拟和FLAC3D数值模拟的方法,得到了彬长矿区的矿井开采地表移动的主要参数,并利用分阶段求解的方法,计算了该矿区亭南煤矿的地表移动等参数,利用地表移动参数设计了亭南煤矿建筑物群下宽条带开采的方案。结果表明:采用地表沉陷分段求解的方法预测厚黄土覆盖层地表沉陷是有效的。

厚黄土覆盖丘陵地区煤田地震勘探方法研究

厚黄土覆盖的丘陵地区,表浅层黄土结构疏松、潜水位深、对地震波吸收强烈,是煤田地震勘探的一大难题。我队在介—平勘探区,通过多种手段进行了攻关研究,采用"两低一深,两大两多,一高及可控"的一套适合这类地区的采集技术和以静校正、叠前面波、线性干扰压制及叠后f-x域去噪为核心的低信噪比资料处理技术,取得了一定成果,具有在类似地区推广使用的价值。

渭北矿区厚黄土层采动变形数值模拟研究

渭北矿区黄土层覆盖厚度占开采深度的30%～70%,采煤沉陷规律具有特殊性。以渭北矿区大佛寺煤矿首采工作面开采为实例,利用FLAC软件分析了基岩开采沉陷引起的黄土层附加应力与变形的基本特征。数值模拟表明,采动黄土层中的附加竖向应力随着深度增加而增大,在地表附近水平向附加应力相对增量远大于竖直方向,地表变形由水平向附加应力所主导,在采空区上方产生体积压缩,在煤柱上方产生体积膨胀,地表土体单元的体积变形与水平变形及竖向变形具有相同的分布特征。本文揭示了采动黄土层变形的特殊机理,为建立厚黄土层矿区开采沉陷变形预计模型奠定了基础。

巨厚黄土层宽条带开采地表移动规律及参数优化

为了有效地控制地表移动变形以保护地表建筑物,保证煤炭资源的采出率,最大限度地减小开采损害的影响,应用宽条带开采方案,以彬长矿区的采矿地质条件为工程背景,研究厚黄土层下开采的地表移动规律。通过在开采区域地表布设监测点的方法,结合亭南煤矿现场观测实测数据并对其进行理论分析,描述了深部大采深宽条带开采的地表移动规律,给出了彬长矿区地表移动变形的重要参数,主要影响半径为295 m,主要影响范围角正切值为1.93,地表沉陷范围343 m,边界角为58.96°。运用概率积分和威尔逊理论得出该矿区多个条带工作面开采时,煤柱宽度和采出宽度的最佳匹配计算方法,基于协调开采原则得出了合理的条带开采参数。结果表明,将研究得到的地表移动参数应用于生产实践取得了良好效果,所得的地表移动参数对该矿区具有一定的参考价值。

厚黄土层下采动地表沉陷规律研究

为研究辛置煤矿厚黄土层下采动地表沉陷规律,采用现场实测、理论分析和UDEC2D离散元数值模拟相结合的方法,分析了地表沉陷的基本特征,构建了基于坐标变换的倾向地表下沉和水平移动拟合函数模型,确定了地表沉陷的角量参数和预计参数,论证了数值模拟力学参数的可靠性,并进一步讨论了地质采矿条件对地表下沉率和最大下沉角的影响。研究表明:①该矿前期条带开采地表下沉量很小,间隔煤柱回收后地表沉陷量显著增大,实测地表最大下沉量为1 537 mm,最大下沉角为79°,下沉系数为0.74;②采动程度与地表下沉率服从Boltzmann函数关系,与最大下沉角服从负指数函数关系;③黄基比与地表下沉率和最大下沉角的关系可用双指数函数进行表达。

煤炭自燃及常用防灭火措施的阻燃机理分析

根据煤体的大分子结构形式，探讨了煤在破碎压裂过程中和低温氧化过程中活性自由基团的生成以及煤的自燃机理；分析了煤的变质程度、浮煤堆放蓄热环境和漏风供氧对煤炭自然氧化的活性自由基链式反应过程的影响；并将活性自由基链式反应理论用于解释黄泥灌浆、喷洒灌注阻化剂和注氮的阻燃机理．用实际观测的自然发火规律和成功的防灭火实例，验证了煤的活性自由基链式自然氧化反应理论的正确性，充分说明了各种防灭火措施的实施效果．

伊犁深厚湿陷性黄土浸水入渗及沉降变形特征分析

新疆伊犁黄土原位试验实测资料非常缺乏,为了研究其浸水入渗规律和自重沉降特征,开展了原状土和重塑土的现场浸水试验研究,并对表面沉降和水分进行观测。研究表明:浸水过程中,任一点的饱和度存在明显的暂态饱和区,封闭压缩气体上收缩膜承受的孔隙气压力、孔隙水压力和进气值的短暂力学平衡是其存在的主要原因;原状土因黄土结构性和地层结构性,其沉降特征具有明显的阶段性,其可用分段函数进行描述,重塑土因结构性破坏,其变形阶段性不明显;浸水21 d,湿润锋面到达8.8 m,重塑土(S4)的沉降量为120 cm,原状土(S5)的沉降量为78 cm,前者比后者大35%;鉴于软弱土层存在应力集中,湿润锋面以上相邻饱和土变形尚未稳定时,其下非饱和土不发生增湿变形,因此,原状土沉降变形为湿润锋面以上饱和土尚未变形稳定的沉降量,小于自重湿陷量的计算值85 cm。研究结果对伊犁黄土浸水变形机制和增湿变形计算奠定了基础。

基于离心模型试验的深厚湿陷性黄土自重湿陷性评价研究

伊犁黄土属于典型的深厚湿陷性风成黄土,土性参数沿深度方向比较均匀。根据这一特点,结合工程需要,进行基于双线法的原状黄土自重湿陷性离心模型试验。研究表明:模型箱的边界效应对沉降变形的影响较大,边界影响率随荷载的增大呈负指数形式衰减;黄土厚度30 m时,不同饱和度土样的边界影响率均大于25%,受边界影响小的激光位移传感器的实测值作为沉降变形更可靠,场地自重湿陷量为296.2 cm;通过与现场浸水试验和室内压缩试验比较表明,离心模型试验的自重湿陷量更接近现场实测值,其修正系数为1.19。鉴于离心模型试验在应力状态、湿陷变形维数方面与天然地基相似,具有节省试验周期和费用等优点,可以用此进行黄土湿陷性评价。

山西黄土塬区静校正方法的研究与应用

山西黄土塬地区地表地质条件复杂、低降速带不稳、黄土厚度变化较大且高程变化剧烈,导致地震记录信噪比低,静校正问题突出。通过对地震数据静校正处理,总结出了层析静校正和折射波剩余静校正的结合,能够很好地解决区内不同波长的静校正问题。这两种方法的结合,在实际的生产中较好地改善了叠加剖面同相轴的连续性,提高了勘探精度以及整体效果。

黄泥灌浆防止采空区遗煤自燃的机理分析与应用

首次运用燃烧学和热力学的理论观点，从三个方面探讨了黄泥灌浆方法防止采空区遗煤自燃的作用机理，并通过应用实践研究肯定了该技术的防治效果。同时。

层析法在黄土塬区近地表结构调查中的应用

我国西部黄土塬区的静校正问题十分突出,精细、准确的近地表结构调查对于解决激发井深的设计和静校正问题尤为重要,但该区的常规小折射解释精度极低,微测井难以追踪到高速层。在充分试验的基础上,提出了一种新的近地表结构调查方法——层析近地表结构调查法,该方法有效解决了上述难点,与常规小折射方法比较,该方法获取的近地表结构信息更丰富,刻画的近地表结构更为精细,能够较好地用于井深设计和静校正处理中初始模型的建立。

辛置煤矿间歇开采岩移机理及沉陷规律研究

为了研究巨厚黄土层下间歇开采岩移机理及地表沉陷规律,基于辛置煤矿的地质采矿条件,对条带开采煤柱的稳定性进行了理论分析,得到了倾斜煤层煤柱稳定性的判别函数;采用UDEC数值分析方法反演了百亩沟村庄下前期条带开采覆岩及地表沉陷特征,揭示了岩层移动的机理,获取了研究区域主断面的地表沉陷值。隔离煤柱回收后,依据现场实测数据,分析了间歇开采地表动态和静态地表沉陷特征,求取了地表移动角值参数和概率积分预计参数。研究结果表明,前期条带开采煤柱能够形成稳定的核区,煤柱安全系数为2.34,关键层不破断,地表最大下沉217 mm,最大水平拉伸变形为0.41 mm/m,小于窑洞的Ⅰ级抗拉伸水平变形的临界值。间隔煤柱回采后,地表移动初始期和活跃期偏短累计219 d,最大下沉点下沉量与下沉时间服从负指数函数关系;地表终态最大下沉1 537 mm,水平拉伸变形为3.98 mm/m,地表建(构)筑物所受的采动损坏程度超过了Ⅱ级。间歇开采后地表沉陷下沉系数为0.74,开采影响传播角系数为0.6。

巨厚黄土地区煤田地震资料采集关键技术

巨厚黄土覆盖地区土层结构疏松,地震波速度低、吸收衰减严重、次生干扰发育,资料信噪比与分辨率极低,煤田地震勘探面临诸多难题,其核心是数据采集问题。提出了利用微测井约束的瑞雷波反演技术精细刻画浅表层黄土速度结构,合理选取激发层位;利用震/检联合大基距组合技术提高单炮信噪比、压制低速强规则干扰;采取低频检波器接收以适应厚黄土层中地震波传播的衰减特征;利用多线/长排列观测技术提高目的层段的有效覆盖等技术方案。实际应用表明,通过上述4项技术的集成应用,取得了良好的效果。

西昆仑山前巨厚黄土区层析静校正深化应用及效果分析

塔西南西昆仑山前带油气资源丰富,是近年塔里油田分公司地震勘探主攻区之一。然而,长期以来,由于受西昆仑山前复杂地表地下的地震地质条件影响,该区地震资料成像效果较差,难以满足地质勘探需要。在众多影响地震资料成像效果的因素中,西昆仑山前普遍存在的巨厚黄土及剧烈的地表起伏使得该区静校正问题尤为突出,为后期去噪、速度分析和偏移成像处理带来不利影响,是导致该区地震资料成像较差的主要原因之一。这里基于波动方程正演模拟结合地震勘探实践,分析了西昆仑山前带静校正问题产生的主要原因,从而有针对性地提出了以层析静校正为主的综合静校正方法,达到了精细刻画巨厚黄土层复杂近地表结构的目的。

大厚度湿陷性黄土场地地基处理合理深度

以全部剩余湿陷量作为处理深度经济上是不合理的.基于人工地基具有一定的抵御湿陷变形能力的观点,通过建立人工地基应力应变关系的数学模型,计算分析了湿陷性黄土场地人工地基在发生剪切破坏时的湿陷面积和处理深度的关系及规律.结果表明:人工地基抵御湿陷变形的能力随处理深度的增大而增强,当处理深度达12 m以上时,抵御能力的增加已很小.在剩余湿陷量仍大于规范要求时,选择12 m作为地基处理的合理深度,在安全和经济上是可行的.