富水砂性地层中地墙渗漏诱发地层塌陷灾害的细观机制探讨

为探究富水砂性地层中地墙渗漏诱发地层塌陷灾害的细观机制,依托南通某深基坑地墙渗漏事故实例,采用CFD-DEM流-固耦合模拟方法,对渗漏诱发的地层塌陷灾害演化规律进行细观分析,并探究不同渗漏深度的影响及灾害防治措施。研究结果表明:1)渗漏条件下,地层受影响区域边界与水平面夹角近似为(45°+φ/2),由渗漏导致的地表沉降增量在地墙后1H_(L)(H_(L)为渗漏中心埋深)范围内量值较大,发展较快;2)渗漏过程中,地层内部的空洞发展经历了生成、扩展、坍塌3阶段,空洞的坍塌伴随着地表沉降加速发展;3)相较于无渗漏情况,地墙渗漏会引起渗漏中心附近主动水土压力突增5.7~8.5倍,其中,当渗漏发生在开挖面附近及以上时水土合力增幅较大。富水砂性地层中地墙渗漏会引发地墙结构断裂、坑外地表突沉以及踢脚破坏风险。

地层塌陷区段埋地管道变形与应力分析

已有文献都是基于Winkler地基梁模型来研究塌陷以及悬空等对管道安全的影响,还没有采用其他力学分析模型的报道.分别采用Winkler和理想弹塑性地基梁模型,研究地层塌陷对管道安全的影响.建立了管土相互作用的几何大变形力学分析模型,采用非线性理论对力学模型求解.分析结果表明:在管道的屈服应力较小的情况下,为简化工程计算可采用Winkler模型计算临界塌陷区长度,较弹塑性模型简单,便于工程应用;当地层塌陷区长度较小时,为简化计算可采用Winkler模型分析管道的变形与应力;弹塑性模型可忽略土弹簧刚度对管道分析结果的影响,而Winkler模型则要考虑土弹簧刚度对其的影响.给出了使管道失效的临界地层塌陷区长度,所得结果可供工程设计参考.

地层塌陷的灾害及其防治研究中的关键问题

针对矿山开采沉陷的研究现状和生产实践的需要，提出了地层塌陷防治研究中拟解决的关键问题：岩体的工程属性、地层塌陷的力源、塌陷特征、防治措施，及解决途径；同时还论述了本学科的发展前景。

当今采动地层塌陷灾害研究与控制途径

作者论述了采矿引起地层塌陷灾害的严重性，探讨了采动地层塌陷的影响因素，并以此提出当今地层塌陷研究途径和地层塌陷灾害控制技术。

地层塌陷作用下埋地管道应变响应分析

为研究地层塌陷对埋地管道力学性能的影响,基于薄壳大变形和管土耦合作用,应用有限元软件对地层塌陷后未形成悬空的X65管道应变响应进行数值模拟,分析地层塌陷量、管道壁厚、埋深及地层土体性质(弹性模量、泊松比和粘聚力)对管道应变响应的影响规律。结果表明:管道的挠曲变形和轴向应变随着塌陷量的增大而增大,随着壁厚的增大而减小;上覆土粘聚力较大时,管道挠曲变形随着埋深的增加而减小;而当上覆土粘聚力较小时,管道挠曲变形随着埋深的增加而增大。地层土体泊松比对管道变形和应变影响较小;管道挠曲变形和轴向应变随着土体弹性模量和粘聚力的增大而增大,但不同地层沉降量下的轴向应变变化规律不同。

地层塌陷作用下埋地管道光纤监测试验研究

目前,由于地层塌陷引起的埋地管道突发性事故时有发生,然而国内外关于这方面的研究相对滞后,尚无相关理论预测地面沉陷过程中管道及周边土体的受力变形规律。通过基于光纤布拉格光栅(FBG)的模型试验,研究了地层塌陷时管道的受力特征及土层的沉降分布规律,并推导提出了由光纤应变测值计算管道弯矩的方法。试验结果表明:①随着塌陷体积的增加,埋地管道呈现出顶底逐渐受压和侧边受拉的应变状态;②根据埋设在土体中的FBG应变读数可以将土体变形发展分为应力重分布阶段、土体蠕变压缩阶段和塌陷后的稳定阶段3个阶段;③地面沉降符合修正高斯分布曲线,在此基础上建立了光纤水平向应变与地面沉降变形之间的数学模型,并对比分析了理论计算值与试验值,发现二者具有良好的一致性。该研究为埋地管道安全性评估和灾变预警提供了一种新的思路和方法。

一种用于监测海底油气管道地层塌陷的检测传感装置应用研究

海底管道会受海底暗流的冲刷而悬空,造成管道受力变形、导致破裂泄漏,对海洋环境和安全造成危害。实时检测管道悬空状态,对海洋石油资源安全开采和海洋环境保护都有重要的意义。一种用于实时监测海底油气管道地层塌陷的检测传感装置是解决管道悬空实时检测的主要手段。

输水管道破损诱发砂土地层塌陷影响因素分析

地面荷载是引发地层塌陷的重要因素之一,现有地层塌陷研究少有考虑路面荷载作用。针对在路面荷载作用下地下管道破损引发砂土地层塌陷现象,采用PFC-2D软件对砂土地层塌陷进行了数值模拟研究。设计8组数值模拟实验,分析了管道破损口直径、管道埋深以及路面荷载大小对地面沉降、地层损失量的影响。模拟结果表明:砂土地层塌陷、损失呈现为线性过程,部分工况出现的土拱效应可显著减少地层损失并增加地层稳定性;管道破损口直径、管道埋深、路面荷载大小对地面沉降、地层损失量影响明显,且地面中心沉降与地层损失量存在线性关系。仅考虑单因素作用时:管道破损口直径越大,中心沉降越大,地层流失越快;管道埋深越深,单位时间内中心沉降越小,地层越稳定;路面荷载的增大会降低地层的稳定性。基于以上结果提出了规避地层塌陷的建议。

矿山开采塌陷环境治理方法

针对煤矿地下开采引起的土地塌陷环境破坏问题，提出了覆岩离层注浆新技术，以此控制岩层稳定，从而达到减缓土地塌陷的目的。实例证明，覆盖离层注浆是治理矿区塌陷环境的积极的、有效的、经济的新对策。

武汉(湖北)地区岩溶地面塌陷

本文对武汉市及周边地区自1931年以来所发生的岩溶地面塌陷分布规律进行了较全面总结。发现武汉市岩溶地面塌陷仅仅出现在南部石灰岩带长江一级阶地上的二元结构地层中,而周边地区的老粘性土分布区只有存在土洞或有大量抽取地下水或矿井突水时才发生塌陷。从“潜蚀机理”和“真空吸蚀机理”两种塌陷机理阐述了塌陷发生的原因,进而划分了不同地貌单元、不同时代地层组合条件下产生塌陷的可能性和类型以及防治此类灾害的工程措施。

不同沉降方式下埋地管道力学响应试验研究

地层塌陷和沉降引发的埋地管道事故频发,亟需开展不同沉降作用下力学响应试验研究。针对地层塌陷和沉降作用下油气埋地管道的管周应变、土压力和土体变形开展了系统研究。研究发现:地层塌陷和沉降过程中,受管顶土拱效应影响,管道应变及土压力随塌陷区扩展先增大后减小,随沉降区扩展而增大,塌陷和沉降区内,管道沿轴向呈两端凸起、中间下凹的“马鞍形”;管道变形受沉降影响更为显著,当塌陷和沉降量均为50 mm时,与地层塌陷相比,管道在沉降过程中顶部、底部和中部的最大应变值分别增加了18.8%、249%和273%;对比管周土压力增大和减小区域的面积之比λ可知,地层沉降较塌陷λ提高了78%,因此,管道在地层沉降过程中承受更大的作用力。基于修正Marston土压力计算模型,提出了地层沉降过程中管顶竖向土压力计算方法,并采用模型试验结果验证了该方法的准确性。

GIS支持下矿区岩溶陷落柱的综合探测技术

岩溶陷落柱是影响矿山安全生产的重要地质灾害之一，在采掘笔者提出的工程设计之前，预先探测陷落柱的空间位置和形态，可避免经济损失并保证煤矿高效安全生产。为此，论述了一种在地面综合探测陷落柱的技术，即在地理信息系统（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ， 简称ＧＩＳ）支持下，对遥感图像、地质采矿资料和实地调查资料进行多因素复合分析，圈定陷落柱的可能分布区，进而实施物理勘探，确定陷落柱的具体分布参数。实践表明。

垂直冻结钻孔下部土体空隙充填技术

基于甘肃引洮工程1号辅助立井冻结钻孔引起的漏浆、塌孔、埋钻等问题,介绍了冻结钻孔工程下部土体填充的方案以及施工技术要点,以保证钻孔正常钻进和冻结实施效果。