基坑挡墙变位诱发地表沉陷的模型试验研究

针对刚性挡墙不同变位模式,对基坑开挖过程中地表沉陷规律进行模型试验研究。开展的模型试验分别模拟了挡墙在平移（T模式）、绕墙趾转动（RB模式）和绕墙顶转动（RT模式）3种基本刚性变位模式下诱发的墙后地表沉陷,得到了土体沉陷曲线的分布规律。结果表明,挡墙平移时,墙后地表沉降呈勺型分布,最大沉降紧靠墙背处;挡墙绕墙趾转动时,墙后地表沉降近似呈三角形分布,最大沉降紧靠墙背处;挡墙绕墙顶转动时,墙后地表沉降近似呈抛物线分布,最大沉降位于距墙背一定距离的位置处。挡墙变位距离相同时,对于绕墙趾和绕墙顶转动模式,墙后土体沉陷的面积基本相等,两者沉陷面积之和近似等于平移模式的土体沉陷面积,另外,挡墙变位面积与墙后土体沉陷面积也近乎一致。将试验观察的沉陷曲线与既有的解析解作了对比分析,验证了二者的一致性。     

考虑地表沉陷影响的复合地基承载力计算方法

受地下开采的剧烈扰动,采煤沉陷区的复合地基工程会发生非常大的下沉和水平位移,常规的承载力计算方法未考虑地表沉陷影响。在研究地表沉陷影响的复合地基承载特性的基础上,建立了考虑地表沉陷影响的复合地基受力模型,并且提出了考虑地表沉陷影响的复合地基承载力计算方法。通过一个采煤沉陷区桥梁复合地基工程实例的计算分析,发现考虑地表沉陷影响后,复合地基承载力有一定程度的下降。     

淮南矿区不同类型沉陷水域水质遥感反演和时空变化分析

在淮南矿区,常年大规模地下煤炭的开采造成地表塌陷,形成了大面积的沉陷水域。选取潘集和顾桥2个不同类型沉陷水域为研究对象,结合同步的地面实测数据和环境卫星数据,利用综合营养指数法对不同时段沉陷水域水质富营养化进行了综合评价。结果表明:沉陷水域水体都已呈现出富营养化状态,不同类型沉陷水域在时间上和空间上存在着明显的差异。从时间上看,沉陷水域5月份的富营养化程度要明显高于11月份。从空间上看,顾桥沉陷水域富营养化程度要明显高于潘集沉陷水域。      

基于韦伯-费希纳定律的淮南采煤沉陷水域水环境综合预警评价

在我国东部高潜水位地区,长期的地下煤炭开采造成地表形成大面积的沉陷水域,受周围人类活动的影响,沉陷水域水环境污染风险逐渐增大。以淮南潘集采煤沉陷水域为研究对象,根据韦伯-费希纳定律,选取与沉陷水域水环境关系密切的水质评价指标,分析不同时间段沉陷水域的水环境状况,通过图层叠加融合定量反映沉陷水域水环境质量时空变化及潜在水环境风险的发生时间和区域。研究结果显示,沉陷水域水质不容乐观,存在水质恶化的风险。从5月到11月,随着时间的变化,沉陷水域都呈现出中警以上的警情,在不同月份沉陷水域出现的警情区域也有所不同,其中沉陷水域的西部和中部警情出现的概率较大。在今后的水环境管理中需针对不同时间不同区域采取针对性的治理措施,避免水环境污染风险的发生。      

基于D-InSAR技术的矿区地表沉陷监测研究

矿山开采可能诱发各种地质灾害,威胁矿区的社会稳定和居民的生命财产安全,快速准确监测矿区沉陷可有效预防地质灾害。本文以山西省大同煤矿为研究对象,获取2022年10月至2023年3月共13景Sentinel-1影像,基于合成孔径雷达差分干涉测量技术(Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar,D-In SAR)进行地表沉陷监测研究,获取大同煤矿地表累计沉陷量,使用已有研究成果对比验证了本实验结果的可靠性。结果表明,大同煤矿沉陷分布较广,主要分布在大同市南郊区西部以及南郊区、怀仁市、左云县和山阴县四县市交界处,监测期间最大、平均沉陷量分别为381.43 mm、13.88 mm,总沉陷面积约为207.91 km2,根据7个重点沉陷区的时空变化特征及演化规律发现沉陷呈现持续扩张趋势,推断地表沉陷仍会持续较长时间。研究证明了In SAR技术在矿山开采沉陷监测的可靠性,为矿产资源管理工作提供新的技术方法,研究结果可为矿山开采沉陷治理和地质灾害防控提供参考依据。     

小波分析在急倾斜煤层开采沉陷监测数据分析中的应用

本文针对急倾斜煤层开采沉陷地面监测工作的实际,针对监测数据分析中噪声太大,较难发现和提取微小沉降变形信息的现状,提出采用小波分析处理变形监测数据的方法,建立了开采沉陷变形模型。以某急倾斜煤层开采沉陷的监测实例,采用matlab小波分析实现了监测数据的处理,对开采沉陷区的发展趋势进行预测,为沉陷区地质灾害的评估和预测及沉陷区土地的规划利用奠定了坚实的基础。     

吉林省九台市营城北矿沉陷区调查成果评价

利用三维地震勘查手段,对九台市营城北矿沉陷区进行调查,实现了对沉陷区基本轮廓和分布范围的控制,测区北部2个沉陷区分布在断层两侧,沉陷面积分别为0.06 km²和0.025 km²,其余8处分别分布于巷道及老井口附近.沉陷区呈不规则的椭圆型,长轴方向平行于巷道,大小不一,沉陷深浅不等.对沉陷区的调查成果做出了合理的评价.     

盐穴储气库破坏后地表沉陷规律数值模拟研究

地下盐穴储气库在天然气调峰和保障供气安全上具有不可替代的作用。地下盐穴储气库达到设计年限后,将报废而逐步垮塌,必然引起严重的地表沉陷。因此,对盐穴储气库破坏后地表沉陷规律进行研究具有十分重要的意义。考虑到目前的数值分析软件进行地表沉陷分析的不足,开发了用于盐穴储气库破坏后地表沉陷数值模拟的有限元专用软件-2D-Sink,该软件具有处理破碎岩块的能力。应用2D-Sink对盐穴储气库破坏后引起的地表沉陷规律进行了系统的研究,共建立了6种模型进行数值模拟,分别研究了地表沉陷层理效应、地表沉陷的岩层倾斜效应、地表沉陷的断层效应和多盐穴地表沉陷规律。对多溶腔地表变形曲线与单溶腔叠加的地表变形曲线进行比较,验证了地表沉陷叠加原理的正确性。研究成果为盐穴储气库报废后地表沉陷灾害控制提供了理论基础。     

分布式“河道-沉陷区-地下水”水循环耦合模型——Ⅰ.模型原理与开发

基于水平衡原理提出了采煤沉陷区的水量平衡控制方程,详细描述了采煤沉陷区积水与多个水文要素之间的作用关系,并在分布式水文模拟的基础上开发了物理机制较强的"河道-沉陷区-地下水"耦合模拟模型。该模型可为采煤沉陷区积水机理、水循环转化机制、沉陷区进一步发展后的积水情势变化预测、沉陷对当地水循环的影响等研究提供定量分析工具。     

采空区地层沉陷过程中关键岩层的作用

采空区造成地层缓慢沉陷,严重地威胁着地表建筑物的安全。在其沉陷过程中,上覆各岩层破坏特点、厚层坚硬岩体抵抗沉陷的作用等对最终沉陷有重要影响。采用数值模拟技术,具体深入地分析了地层的沉陷过程、注浆治理的效果,以及其主要影响因素,发现坚硬厚岩层发挥了关键作用。     

马步坎高边坡采掘沉陷变形的有限元分析

本文通过现场地质调查及变形观测分析后提出．近百年来马步坎高边坡Ｔ３３岩组中煤层普遍被开采．使Ｔ３３上部坡体发生向坡外的掀斜沉陷．是导致坡顶后缘拉裂一沉陷进一步发展的直接原因。如无新的采掘活动、随着时间的推移．最终将会自行稳定下来。并通过有限元计算．模拟再现了采掘与坡顶后缘拉裂一沉陷变形的发展。     

新疆康普水利枢纽工程联合进水口边坡岩体稳定性分析

康普水利枢纽工程联合进水口边坡岩体开挖后揭露3组结构面,它们形成不利组合对联合进水口的安全构成威胁。第1组结构面为倾向坡外的缓倾角断层(F1),构成边坡岩体的底滑面;第2组结构面为顺层断层(F218),构成边坡岩体的后缘切割面;第3组结构面为NE向陡侧角断层(F27),构成边坡岩体的倾切面。根据地质构造条件分析认为,联合进水口上部不稳定岩体的空间形态为,右侧以F27断层为界;左侧以河谷切割的监空面为界,后缘以F218断层为界。文章根据联合进水口开挖后揭露的缓倾角断层及其与水工建筑物的关系,从影响边坡岩体的稳定因素入手,采用岩质边坡极限平衡理论计算出联合进水口上覆不稳定岩体的安全系数,为边坡处理提供科学依据。     

辽宁抚顺西露天矿地质灾害时空分布特征及影响因素分析

已有百年开采历史的抚顺西露天矿进入闭坑期,由于资源的开采,导致西露天矿长期受地质灾害的威胁。为了总结西露天矿地质灾害发生规律、保障矿区及近矿城区的生产生活安全,同时为其他同类露天矿的灾害分析、安全防护提供可参考案例,从时间和空间尺度对抚顺西露天矿滑坡、地裂缝的分布规律和影响因素进行研究分析,基于DPSR模型,从驱动力响应、压力响应、状态响应三个方面提出对应的断链减灾和安全防护措施。地质灾害的时空分布特征为:滑坡灾害最早出现于1927年南帮西部,滑坡主要位置由南帮西部区域向西端帮、北帮西部、北帮中部、北帮东部方向发展,近年南帮出现大规模岩质边坡滑移变形,1970—2000年期间,滑坡灾害最为频发,2000年以后滑坡灾害频次减少,且滑坡灾害多发生在5—9月份;北帮附近地裂缝出现于1960年后,上世纪70、80年代加速发育,走向与F₁、F_1A断层走向基本一致,南帮地裂缝分布在南帮巨大滑移变形体后缘,呈弧扇型分布,于2009年出现,2012年后迅速发展。通过对灾害影响因素分析发现,滑坡与地裂缝存在同源性和互为因果性的链式关系,影响矿区地质灾害发生的主要因素为地质构造和不良工程地质环境控制、采矿活动驱动、降雨及地下水因素的诱发。     

青藏高原多年冻土区热融滑塌变形现场监测分析

为了了解青藏高原多年冻土区K3035里程热融滑塌体的变形特征,分别在未滑动土体、近滑塌前缘滑体中布设了2个变形监测孔,利用Geokon-603型测斜仪实施了近1 a的变形监测。结果表明,发育在平缓斜坡上的热融滑塌具有明显的变形特征,其位移主要发生在土层浅部,越往深部,位移越小,这一监测结果通过室内数值模拟得到了验证。将阳坡的K3035热融滑塌与阴坡的K3057热融滑塌体的变形做了对比监测,无论是滑塌体后缘还是前缘,前者的滑动变形均显著大于后者。而无热融滑塌发育的斜坡(青藏铁路DK1139)土体变形量极小,这种差异一方面说明了开挖是导致热融滑塌发生的直接因素,另一方面,由于热融滑塌的影响,其后缘相对稳定的原斜坡土体也处于相对较大的蠕变变形之中。     

Effect of Edge Distance from the Slope Crest on the Response of a Laterally Loaded Pile in Sloping Ground

Compared to the field tests, the numerical modelling is an economical way to analyze the response of laterally loaded piles in sloping grounds. This paper presents a three-dimensional finite element analysis to investigate the effect of edge distance from the slope crest of a laterally loaded pile embedded in the sloping ground for different slope angles and pile lengths. The results show that the pile top displacement and the bending moment in the pile decrease with an increase in the edge distance, whereas they increase as the slope angle is increased. The response of the pile in sloping ground is compared with its response in the level ground. The comparison is used to develop a simple methodology for estimating the pile top displacement and the maximum bending moment for any edge distance from the slope crest considering their values for level ground.     

降雨诱发直线型黄土填方边坡失稳模型试验

近年来,随着“治沟造地”和“固沟保塬”等工程在黄土高原的陆续开展,出现了许多直线型黄土填方边坡。降雨是诱发边坡失稳的重要因素,但对降雨诱发直线型黄土填方边坡变形演化特征和破坏模式的研究较少。以直线型黄土填方边坡为研究对象,通过传感器监测、三维激光扫描和人工降雨,开展室内降雨模型试验,记录了降雨入渗下边坡内部水文响应特征和边坡失稳破坏过程,并对湿润锋、土颗粒运移、坡体内部变形响应、裂缝演化特征及破坏模式进行了分析。试验结果表明:随着降雨入渗,湿润锋达到后,体积含水率增加,并在峰值后保持稳定,而基质吸力则减小,到达最低点后保持稳定。冲沟对填方边坡的影响较大,它的发育改变了坡体内含水率特征,同时也是控制边坡整体滑动的边界;边坡变形响应区域主要是以填方边坡前缘堆积区和后缘滑塌区为主;裂缝演化方向由边坡前缘向后缘发展,它的发育为雨水入渗提供优势通道,同时也加剧边坡的变形破坏;降雨形成的水动力驱使坡体中细颗粒从填方边坡后缘向前缘流失,减弱了土体颗粒之间的胶结能力,使其抗剪强度降低,进而使边坡失稳破坏。因此,在降雨入渗下,直线型黄土填方边坡的变形破坏模式为:坡顶冲沟破坏、坡脚软化→局部牵引坍塌、整体失稳→块体分割、流滑破坏。研究结果可为直线型黄土填方边坡的工程建设和滑坡灾害防治提供理论参考。     

顺倾层状碎裂结构岩质边坡地震动力响应及破坏模式分析

顺倾层状边坡沿软弱带剪切方式破坏是滑坡的主要类型之一。采用块体砌筑斜坡振动台模型,在多维多参数地震动作用下,考虑斜坡不同工况下力学参数弱化的过程,研究了层状碎裂结构岩质边坡的地震动力响应和失稳破坏模式。结果表明：斜坡地震动特性和斜坡地质结构是决定斜坡地震动力稳定性以及破坏模式的决定因素;斜坡水平动力响应具有明显的高程和坡表放大效应,高程对斜坡的垂直动力响应影响较小,地震动放大效应与结构面力学强度、地震波波形、频谱特性等均有一定的关系,正弦波较天然波对坡体放大效应影响更为显著;坡体裂纹依托优势结构面在最弱部位起裂萌生扩展,并向节理面追踪形成蠕滑段和锁固段,节理面强度参数在外界地质营力作用下发生弱化,使潜在滑带出现由后缘向前端搭接贯通的前进式破坏模式和由前端向后缘的后退式破坏模式的分化,滑体也由高位剪出向溃散破坏演变。     

基于诱发机理的降雨型滑坡预警研究——以花岗岩风化壳二元结构斜坡为例

降雨型滑坡是我国主要的滑坡灾害类型,具有区域群集发生的特点,滑坡预警研究是防灾减灾的重要途径。传统的区域降雨型滑坡预报模型多采用统计结果建立降雨参数模型,对降雨诱发机理和斜坡失稳的力学机制考虑不足,预报可靠性和精度有限。本文以花岗岩风化壳地区某典型二元结构斜坡为原型,以实际勘查数据为基础,提取该斜坡结构特征,基于饱和-非饱和渗流理论,分析研究降雨入渗过程和斜坡失稳机制,建立典型斜坡的预警判据。1花岗岩风化壳地区典型二元结构斜坡为类土质斜坡,覆盖土层较厚,剖面上可分为两层,上层为坡积黏性土,土质松散,透水性强,下层为残积黏性土,土质相对致密,透水性较差。2采用不同降雨工况模拟分析降雨入渗过程。以50mm·d-1雨强为例,降雨持时30h以内时,降雨入渗主要集中在上层的坡积黏性土,斜坡前缘优先饱和,滑带开始出现积水现象;降雨持时40～50h时,斜坡表面降水持续入渗,在坡体后缘拉裂缝处,雨水沿着裂缝快速入渗坡体形成静水压力,增加坡体重量,增大下滑力,坡脚渗透路径短,最先饱和破坏,造成斜坡失稳。3监测斜坡不同部位（坡脚、中部、后缘）的孔隙水压力情况,随降雨入渗,斜坡土体孔隙水压力持续增大,由负趋近于零到大于零,斜坡土体由非饱和状态向饱和状态过渡,坡脚最先饱和,中部持续入渗,后缘土体饱和后,裂缝扩大致使大量雨水进入,使本已大量积水的滑带变形错动,斜坡失稳。4模拟分析得到斜坡失稳的不同降雨条件:中雨雨强（10mm·d-1）,历时约13d;大雨雨强（25mm·d-1）,历时约5d;暴雨雨强（50mm·d-1）,历时约2.2d;特大暴雨雨强（100mm·d-1）,历时约1.1d。在暴雨雨强时,降雨对该类斜坡的滞后作用约为5h。最后,建立了该类斜坡的临界降雨判据（I-D曲线）。     

降雨条件下酉阳大涵边坡滑动机制研究

以某厚堆积层滑坡为例,基于非饱和土力学理论,利用有限元方法,对雨水入渗条件下坡体的渗流及动态稳定性进行了计算和分析,研究了水分在坡体内的运移对边坡稳定性的时间效应。结果表明：边坡堆积体结构松散,土体强度差,边坡前缘坡降大,坡脚的开挖,为滑坡形成提供了便利条件;强降雨条件下使得坡脚附近首先发生变形失稳,牵引坡体后缘产生张拉裂。雨水沿坡面入渗,在坡体内形成渗流场,弱化岩土体参数,同时坡面形成饱和径流,使滑坡体前缘产生向下的渗透力,促使前缘坡体发生滑动,进而引发分级坡体产生滑移;强降雨初始阶段,滑坡体安全系数降低较快,很容易发生滑坡。该研究揭示了降雨入渗诱发厚堆积层边坡滑动机制,并以此建议采取以截、排、堵措施对边坡进行排水,同时设置嵌岩锚索抗滑桩及进行削坡清方措施对边坡进行综合治理,通过稳定性计算,效果良好。     

大型堆积层斜坡滑移性质的趋势时空分析—以新滩滑坡分析为例

本文利用数理统计原理对新滩斜坡的前后段分别进行了系统的趋势滑移时空分析，发现该斜坡后缘区各监测点有明显的趋势位移且趋势位移率随时间而逐渐增高，而前缘区监测点则无趋势位移。此结果表明该段后缘区为整体滑移区且向失稳方向转化，而前缘区则是相对稳定区，是该段下滑阻力区。该分析结果与力学稳定性评价结论相吻合。同时，还发现前缘Ａ３、Ｂ３两点的趋势位移明显且随时间而增高。说明斜坡前段后缘区是非稳定斜坡。这与斜坡