黄土沟谷区浅埋煤层开采覆岩破坏与地表损伤特征研究

黄土沟谷区浅埋煤层开采地表非连续性的开裂损害,不仅引发了许多生态环境问题,也加大了生态修复难度,严重威胁着矿区生态安全。浅埋煤层开采地表非连续变形是特殊地质条件下覆岩破坏移动的结果,为更加系统地研究覆岩破坏对地表非连续性损害的影响规律,以陕北安山井田125203工作面为地质原型,采用离散元数值模拟与物理相似材料模拟相结合的方法,模拟分析了覆岩及地表破坏、岩块尺寸分布及力链演化等特征,揭示了覆岩力链演化对块体分布和地裂缝发育的影响规律,阐明了覆岩破坏块体对地表非连续损害的控制效应。研究结果表明:黄土沟壑缓坡地带浅埋煤层开采覆岩垂向变形与水平移动受地形影响较大;覆岩破坏形成双分层块体结构,分层界面距煤层底板11.0 m,下分层块体平均长度小于5.0 m,上分层大于5.0 m,覆岩块体平均长度随岩层至煤层底板距离的增大呈幂指数增长特征,地表块体平均长度由坡底至坡顶逐渐增大;下分层垮落压实的岩块结构和应力集中的力链结构,影响着上分层块体和力链的分布及地裂缝的发育,地裂缝平均间距与上分层应力集中点平均间距基本一致,主沟段顺坡、沟底和逆坡地裂缝平均间距分别约为下分层应力集中点平均间距的1.10倍、0.75倍和1.95倍,分别约为下分层岩块平均长度的2.93倍、2.00倍和5.18倍;“砌体梁”位移模型可以很好地描述下分层底部岩块的下沉移动过程和特征,进而反映覆岩块体的双分层结构特征和地表的损害效应。该研究结果可为黄土沟谷区浅埋煤层开采条件下沉陷控制与修复提供新的科学依据。

黄土沟谷特征点簇及其空间结构模型研究

对黄土沟谷形态结构和发育演化起核心控制与标定作用的,是一系列具有自组织结构的特征点集。针对该特征点集,提出黄土沟谷特征点簇的概念,对其组织要素和基本特征进行了分析;研究创建一种采用非结构化、且能够有效表达拓扑结构与空间信息的黄土沟谷特征点簇空间结构模型;对基于DEM数据获取的一个典型黄土小流域沟谷特征点,运用创建的点簇模型建立了具体的黄土沟谷特征点簇;最后,以点簇中的特征点追溯查找为例,验证了所创建的黄土沟谷特征点簇的应用价值。

黄土沟谷下蚀趋势评价的指标体系研究

均衡纵剖面是一切水道发育的最终形态 ,其标准形式是摆线。以实际沟谷与标准摆线间的差异为依据 ,初步建立了由摆线相关度和沟谷纵剖面几何形态参数两类指标构成的沟谷下蚀趋势评价指标体系 ,并以鸭儿沟为例进行了实际验证 ,结果较符合实际。

黄土沟谷区浅埋煤层开采斜坡变形破坏机理

为了分析浅埋煤层开采条件下黄土沟谷两侧斜坡的变形破坏机理,基于隆安煤矿深岩沟区域煤层开采地质条件,采用三维数值模拟计算以及理论分析相结合的研究方法,研究了煤层开采后上覆岩土体的应力分布规律、两侧坡体位移分布规律、变形破坏特征以及失稳破坏过程等。结果表明:沟谷两侧斜坡位移以竖直方向为主,水平方向位移均指向采空区中心。斜坡根据变形特征可分为4个变形区:采空区上方一定高度范围内的覆岩冒落塌陷区;采空区中部的松散土体弯曲沉陷区;松散土体弯曲沉陷区和地表移动边界之间的拉裂-倾倒区;地表移动边界之外的未影响区。斜坡的失稳破坏过程可以分为4个阶段:中部沉陷—两侧及后缘拉裂—剪切变形—失稳破坏。研究成果可以为黄土沟谷区域地质灾害评价、采动边坡变形破坏预测以及地表保护提供借鉴。

黄土沟谷坡地建筑地基病害治理方法对比研究

在黄土沟壑区通过挖填方形成的黄土沟谷坡地,若处理不到位在其上的建筑物很容易出现地基病害,选择合理的治理方法和时机至关重要。通过黄土沟谷坡地上26栋住宅楼地基病害勘察、设计与治理的实践,总结了发生地基病害的原因。针对场地地层岩性及地下水变化情况,对导坑式人工挖孔桩、静压钢管桩与注浆三种治理方法进行了对比研究,基于长期变形监测结果及连续暴雨考验,对不同区域及不同加固方法的加固效果进行了分析,提出了不同治理方法适用的场地条件。

陇东地区黄土沟谷系统格局与新构造应力场

据对陇东地区黄土沟谷系统格局宏观与微观统计分析的结果表明,黄土沟谷系统空间格局与区域新构造应力场基本吻合,用沟谷系统方向密集度法求解新构造应力场具有可行性。陇东地区新构造主压应力方向为NE47°～61.5°。这一研究成果,对恢复第四纪以来,特别是全新世以来新构造应力场,探讨水土流失机理,预测预报水土流失演变趋势都有重要意义。

典型黄土高原沟谷城市PM_(10)污染特征与来源分析

为探明黄土高原沟谷内城市高可吸入颗粒物(PM_(10))污染的可能原因,选择山西省柳林县城区作为代表性城市,对2018-2019年间大气污染物的浓度、变化规律、特征比值和雷达图等进行了分析,并研究了夏冬两季PM_(10)的化学组成特征。结果表明:研究区域PM_(10)年均质量浓度(166.33μg/m^(3))和其作为首要污染物在全年出现的天数占比(53.14%)均高于国内很多城市;PM_(10)以粗颗粒物为主,被测元素中有86.02%为地壳元素,冬季受燃煤影响有机质(OM)占比大于夏季而元素碳(EC)占比小于夏季;雨后PM_(10)浓度出现增长现象。以上结果提示,城市两侧山坡裸露地表颗粒物的干湿输送和城内机动车的扰动是引起春夏两季PM_(10)污染的主要因素,秋季受自然源和人为源的双重控制,冬季受居民散煤燃烧控制。

黄土丘陵区沟谷发育及其稳定性评价

本研究选择黄土高原北部丘陵区无定河两个支流米脂河、金鸡河，在对其流域系统河道级数、冲沟和坳沟发育时期进行划分与判断的基础上，计算了各级沟谷及坳沟的“宽深比”（Ｗ／Ｄ值），并对其进行了对比分析。研究表明黄土沟谷发育中冲沟发育阶段是沟谷稳定性最差的阶段，而坳沟阶段是沟谷发育的稳定阶段，稳定性的差异可由沟谷Ｗ／Ｄ值来定量化，据此可预测黄土丘陵区尚有数十万年的沟谷不稳定时期，即强水土流失期。

沟沿线约束的黄土水蚀性沟谷提取

黄土沟谷是黄土地貌发育演化研究的重要切入点,可分为继承性与水蚀性两种类型。其中,水蚀性沟谷是构建区域性地表过程模型的重要参数。然而,利用现有的基于数字高程模型(DEM)水文分析方法,无法准确识别水蚀性沟谷。基于黄土坡面流线转折特征,系统性提出一套利用沟沿线约束的黄土水蚀性沟谷识别方法。在宁夏回族自治区固原市刘家沟流域实验结果表明:该方法可准确区分两种类型沟谷;提取的水蚀性沟谷在偏移距离与沟谷密度指标方面,与目视解译结果对比,精度分别为84.01%,96.98%。

考虑冲刷效应的黄土沟壑区桥梁桩基极限承载力计算方法

针对黄土沟谷地形特点和依托工程桩型特征,建立了考虑边坡系数和临坡距以及冲刷深度的桥梁桩基竖向承载力计算模型,利用FLAC3D三维软件分析水流的冲刷深度、边坡土削切对桥梁桩基竖向极限承载能力产生的不良影响;通过回归方程拟合,建立了考虑局部冲刷效应的黄土沟壑地区计算公式。结果表明:计算桩基承载力的边坡系数与对应坡距耦合关系显著,桥梁桩基侧向摩阻力与对应因素的关联性随其摩阻力降低而增强;局部冲刷作用和陡坡地形对桥梁桩基端部摩阻力影响较为微弱,对侧摩阻力影响相对较大;桩基的竖向极限承载力负相关于水流冲刷深度,水流冲刷深度越低,产生的影响越大;桥梁桩基的竖向承载力公式计算结果与模型试验结果相比影响度偏差较小,该公式具有较好的准确性与实用性,可为同类桩基设计计算提供参考。

典型地貌类型例析

一、黄土地貌典型的黄土地貌有以下特征：（1）沟谷纵横、地面破碎。（2）侵蚀方式独特、过程迅速。（3）沟道流域内有多级地形面。黄土地貌类型主要有：（1）黄土沟间地,包括黄土塬、梁、峁等。顶面平坦宽阔的黄土高地为塬。长条状的黄土丘陵为梁。沟谷分割的穹状黄土丘为峁。（2）黄土沟谷。（3）独特的黄土潜蚀地貌。

河南新密李家沟遗址古环境分析

对旧石器向新石器过渡时期古人类生存环境的研究有助于我们更深入地理解从旧石器文化向新石器文化转变的动因和机制。河南新密李家沟遗址包含细石器、李家沟、裴李岗三文化叠压关系的地层剖面,是我国北方旧石器向新石器过渡时期的代表性遗址。通过对李家沟遗址的地貌结构考察和沉积物分析,我们对李家沟古人类的生存环境进行了初步的探讨。结果表明,李家沟古人类居住在全新世初期河流下切形成的黄土冲洪积平原河谷中,周围是以菊科—蒿属—禾本科组合为特征的典型草原环境。旧石器晚期至新石器早期古人类主要生活在河床堆积面上,在附近的草原上从事采集和狩猎。李家沟时期气候稳定和湿润,河流水域面积扩大,河漫滩发育,古人类生活在河床的边滩和河漫滩的滨河床沙坝上。裴李岗时期气候环境暖湿,河流的强烈下切导致沟谷较为发育。从旧石器晚期到新石器早期,区域间歇性的断层活动引发了多次古地震,给李家沟古人类的生存带来了一定的负面影响。