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基于无人机遥感的南淝河典型河段水质参数反演及时空变化分析

基于无人机遥感的南淝河典型河段水质参数反演及时空变化分析

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作者：陈搏涛安徽大学

学位级别：硕士

城市河流维系着人类生存环境和城市圈生态系统,但人口增长和城市化给城市河流带来了不同程度的污染和破坏,水质污染问题日益显现出来。城市河流的合理开发、利用和保护对于提高人类生活质量与城市形象起着至关重要的作用,并提供了不可... 详细信息

城市河流维系着人类生存环境和城市圈生态系统,但人口增长和城市化给城市河流带来了不同程度的污染和破坏,水质污染问题日益显现出来。城市河流的合理开发、利用和保护对于提高人类生活质量与城市形象起着至关重要的作用,并提供了不可替代的生态功能。因此,如何持续、动态、高效、准确地进行城市河流水质监测已成为亟待解决的问题。传统水质监测主要是以单点化的监测方式,费时费力,难以反映区域整体的水质状况。遥感技术因其具有广域性、时效性等特点,可以作为一种评估水质状况的有效监测手段,越来越多被应用于水质监测。但卫星影像受时间、空间分辨率的限制,难以对城市河流水质进行有效监测。无人机遥感因其获取数据便捷、影像分辨率高,利用其搭载多光谱传感器可得到高空间分辨率和光谱信息丰富的城市河流影像信息。基于此,本文以两处南淝河河段作为典型区域,获取了研究区的无人机影像数据和同步实测水质数据,同时加入机器学习算法,本文旨在将无人机遥感和机器学习算法相结合,构建精度高、适用性强的城市河流典型河段叶绿素a、总磷、总氮、氨氮、浊度反演模型,以期为城市河流水质动态监测提供新的数据源和方法研究。本文研究内容与结论如下:(1)深度挖掘光谱信息与水质信息的关联性,提取光谱特征中表现最佳波段及波段组合作为模型的输入特征。基于多光谱数据的波段信息并对其进行相互组合,从而构建出新的光谱参数,同时与水质数据进行相关性分析,可以得到敏感波段及波段组合。将敏感波段作为模型特征优选的输入数据,从而可以得到模型拟合最好的几种特征。筛选出模型拟合效果最好的波段及波段组合作为模型的输入特征,可以更深层次的进行数据特征挖掘,减少冗余信息的影响,提高模型的精度。(2)本文结合遗传算法(Genetic Algorithm,GA)自适应搜所全局最优解的特点,与极端梯度提升算法(Extrme Gradient Boosting,XGBoost)控制模型复杂度、减少模型过拟合的优点,提出了基于遗传算法优化的极端梯度提升算法(GA＿XGBoost)水质参数反演模型。结果表明,GA＿XGBoost相比深度神经网络(Deep Neural Networks)、随机森林算法(Random Forest)、Ada Boost(adaptive boosting)、极端梯度提升算法(Extrme Gradient Boosting)、基于遗传算法优化的Ada Boost(GA＿Ada Boost)、基于遗传算法优化的随机森林算法(GA-Random Forest),模型对各水质参数在拟合精度和控制误差上面都有很大提升。基于遗传算法优化的极端梯度提升算法构建的叶绿素a、总磷、总氮、氨氮、浊度反演模型的三种评价指标R、MAE、RMSE均是最高的,其中R分别达到0.885、0.715、0.818、0.774、0.63,MAE分别达到0.022、0.031、0.653、0.179、10.04,RMSE分别达到0.04、0.054、0.805、0.231、13.21。同时对GA＿XGBoost水质参数反演模型的稳定性和适用性进行评估,表明了本文提出的GA＿XGBoost水质参数反演模型有着较好的稳定性和适用性。(3)基于构建的水质参数模型反演得到叶绿素a、总磷、总氮、氨氮以及浊度的浓度值,发现水质反演模型得到的水质污染空间分布规律与实测结果呈现相同趋势。研究区A南淝河(蒙城路桥—寿春路桥)段在2020年8月、2021年6月、2021年9月三期反演结果表明,水质参数浓度整体降低,水质状况呈现出整体变好的趋势。研究区B(南淝河大桥—双陡门)段2020年11月、2021年9月两期反演结果表明,水质参数浓度基本一致,水质状况无明显变化。对比同一时期2021年9月研究区A和研究区B两段水质浓度,研究区B水质浓度整体高于研究区A。结合反演结果、实测数据和现场调研可知,研究区A污染来源主要是通过排污管道排放的大量城市用水产生的尾水,研究区B污染来源主要是农业污水排放。同时对反演结果进行水质等级划分,整体来看,研究区各时期总磷浓度超过Ⅲ类水标准,局部污染严重区域达到Ⅳ类水标准;总氮浓度都达到了劣Ⅴ类水标准,水体中的总氮严重超标。氨氮浓度位于Ⅰ-Ⅲ类水标准之间,局部污染严重区域达到Ⅳ类水标准。

关键词：水环境遥感水质反演无人机机器学习城市河流

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福州地铁换乘站深大基坑稳定性及现场监测研究

福州地铁换乘站深大基坑稳定性及现场监测研究

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作者：甘保柱安徽理工大学

学位级别：硕士

近年来随着城市经济的发展与规模的壮大,城市轨道交通迅速发展,地铁车站深基坑的施工难度也在不断增加,因设计或施工不当引发的深基坑失稳安全事故时有发生。本文以福州地铁4、5号线“L”形换乘车站洪塘路站深基坑工程为研究背景,通过... 详细信息

近年来随着城市经济的发展与规模的壮大,城市轨道交通迅速发展,地铁车站深基坑的施工难度也在不断增加,因设计或施工不当引发的深基坑失稳安全事故时有发生。本文以福州地铁4、5号线“L”形换乘车站洪塘路站深基坑工程为研究背景,通过数值模拟与现场监测的方法,研究洪塘路站深基坑工程施工过程中的受力变形规律,分析其在施工过程中的稳定性。主要研究内容与成果如下:(1)采用MIDAS GTS软件对深基坑的开挖过程进行了三维有限元模拟,分析了基坑开挖过程中地连墙水平位移、基坑周边地表沉降和支撑结构内力的变化规律;根据基坑施工方案,对地下连续墙位移、混凝土及钢结构支撑结构轴力、地表沉降、地下水位等进行了现场监测;数值分析结果得到现场监测数据的验证。(2)数值模拟结果表明,基坑分区开挖施工同时在换乘节点封堵墙外侧预留土体提供侧压力,对换乘节点基坑围护结构变形和地表沉降均具有一定抑制作用;在设计工况下,基坑在整个开挖施工过程中支护结构受力变形和周围地表沉降量均未超出设计允许值,整体稳定性良好。(3)基坑地连墙顶部受冠梁和第一道支撑限制,底部由于墙体的纵向嵌固位移量均较小,最大变形都发生于地连墙中部,水平变形曲线呈弓形。随着基坑内土体开挖卸载,围护结构受基坑内外土压力差作用,水平位移逐渐增大,最大位移位置随土体开挖面向下移动。基坑周边土体沉降曲线总体呈现出“凹槽形”。在距离基坑边缘5-15m范围内,地表沉降量较大。(4)基坑内各道支撑轴力随基坑的逐步开挖,呈现不同程度增大的趋势。换乘节点处最大支撑轴力位于第三道和第四道支撑位置,5号线基坑最大支撑轴力位于第三道支撑位置,基坑内支撑受力主要集中于基坑中下部。同时下部支撑的架设和拆除对上层支护结构受力情况具有一定影响,应加强邻近支撑的监测。图72表9参59

关键词： “L”形换乘车站深基坑工程数值模拟现场监测

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新型三轴高强井壁实验加载装置的研制

新型三轴高强井壁实验加载装置的研制

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作者：沈泽宏安徽理工大学

学位级别：硕士

钻井技术在煤矿行业的不断进步下也不断地创新和发展,其中井壁结构的稳定性一直是科研人员探讨的热门话题。为了研究井壁结构与土层及地下水之间相互作用的力学性能,需要借助三轴高强井壁实验加载装置来进行模拟实验。三轴高强井壁实验... 详细信息

钻井技术在煤矿行业的不断进步下也不断地创新和发展,其中井壁结构的稳定性一直是科研人员探讨的热门话题。为了研究井壁结构与土层及地下水之间相互作用的力学性能,需要借助三轴高强井壁实验加载装置来进行模拟实验。三轴高强井壁实验加载装置是通过模拟地下井壁受力变化时的各种力学性能,借助计算机程序对其进行数据统计。本文通过分析本校实验室原有三轴实验加载装置存在的缺陷——承载力(40MPa)的不足,提出研发承载力为60MPa的新型三轴高强井壁实验加载装置。通过对井壁模型试验加载的原理,结合原有加载装置的构成,设计出了新型三轴高强井壁实验加载装置。该装置能模拟井壁与地下土壤的接触受力情况,因此新型三轴高强井壁实验加载装置的研发为煤矿工程井壁结构力学模型实验的加载方法开拓了一种新的思维。本文研究主要从以下三个方面进行:首先介绍了《材料力学》中厚壁圆筒的弹性理论分析,利用推导出的公式对加载装置的厚壁圆筒壁厚进行了计算;而上下圆端盖厚度是通过《过程设备设计》中周边固支的圆平板理论计算的;螺钉型号数量则是参考《机械设计手册》进行计算验证的。其次就理论计算得出的圆筒尺寸利用ANSYS有限元软件对其选用So1id45单元进行建模分析,在60MPa压力下厚壁圆筒能满足承载力的要求但是圆筒中部出现应力集中现象,为了改善此现象对厚壁圆筒中部进行加肋处理并得出加肋的高度和厚度。最后从加载装置的铸造工艺方面进行了相关阐述。通过本次研究发现壁厚为72mm、上下平端盖85mm的厚度和12.9级M30的加固螺钉能满足预期60MPa的承载能力,另外通过数值模拟发现厚壁圆筒中部增加厚度38mm,高度100mm的肋能有效的改善筒体中部应力集中的现象。

关键词：井壁模型实验三轴高强井壁实验加载装置厚壁圆筒加载方法有限元分析

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顾桥矿冻结粘土本构关系实验研究

顾桥矿冻结粘土本构关系实验研究

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作者：陈汉青安徽建筑大学

学位级别：硕士

冻土作为一种特殊建筑材料，其物理力学性质的研究已经在国内外深入开展，其中最重要的是其蠕变本构关系的建立和长期抗压强度的确定。本文以顾桥煤矿为例，阐述冻结粘土本构关系和长期抗压强度的实验研究。顾桥煤矿表土段均拟采用冻结... 详细信息

冻土作为一种特殊建筑材料，其物理力学性质的研究已经在国内外深入开展，其中最重要的是其蠕变本构关系的建立和长期抗压强度的确定。本文以顾桥煤矿为例，阐述冻结粘土本构关系和长期抗压强度的实验研究。顾桥煤矿表土段均拟采用冻结法施工，为了给井筒冻结设计和施工提供冻土的土工基本参数和力学模型——本构模型。受安徽省煤田地质局第一勘察队的委托，安徽建筑大学对顾桥煤矿井筒检查孔表土段部岩层的取样，按照最新的煤炭行业部门颁布的标准，进行冻结黏土物理力学性能进行室内试验研究，推导冻土本构方程和长期强度公式。本课题为实验研究，现场取样、机械和人工加工试样,-5℃、-10℃、和-15℃三个温度等级冷冻试样以进行试验。根据课题要求，我们首先进行土的常规实验，测得冻土试样的所需要的土工参数如下：液限、塑限、天然含水量、天然密度、比重、孔隙比等;其次进行冻土单轴压缩实验，测得冻土单轴抗压强度、弹性模量和泊松比等基本变量;再次进行冻土三轴剪切试验，测得到冻土破坏包络线，推导冻土瞬时破坏强度条件;第四步进行冻土单轴蠕变实验，根据实验数据推导出冻土蠕变实验本构模型和长期强度理论公式。我们在大量实验的基础上得到如下结论：冻土单轴抗压强度和土工参数之间的关系具有一定的规律性;从三轴剪切实验得到冻土破坏包络线来确定冻土瞬时破坏强度;从冻土单轴蠕变实验数据，按照C.C.维亚洛夫推荐公式，找到冻土在简单应力条件下的应力、应变、温度和时间相互作用的本构方程和破坏应力随时间降低的强度方程。帮助我们在顾桥矿冻结施工中，对冻结井壁的强度和变形进行理论计算，找到长期强度破坏极限，强度破坏时间点等施工关键点和薄弱部位。在施工过程中根据计算出来的危险部位提前做好预防措施，为安全施工和快速施工提供技术保证。

关键词：本构关系长期抗压强度实验研究蠕变实验

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基于BP神经网络的煤矿深埋硐室软岩流变参数反演分析

基于BP神经网络的煤矿深埋硐室软岩流变参数反演分析

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作者：闫超安徽理工大学

学位级别：硕士

深部采矿工程中,岩体处在高温高压的复杂环境下,矿井巷道的掘进、支护与维护问题愈加突出。深部矿井巷道围岩表现出的明显的大变形、高地压及长期持续流变的特性对工程施工提出了更艰巨的任务。因此,探究高应力环境下围岩的蠕变的破坏规... 详细信息

深部采矿工程中,岩体处在高温高压的复杂环境下,矿井巷道的掘进、支护与维护问题愈加突出。深部矿井巷道围岩表现出的明显的大变形、高地压及长期持续流变的特性对工程施工提出了更艰巨的任务。因此,探究高应力环境下围岩的蠕变的破坏规律,是解决深部矿山工程的重要技术难题和发展煤矿建设与开采的迫切需要。由于巷道围岩随时间的流变变形对施工期的围岩稳定性和运行期衬砌结构安全性影响重大,因此岩体的流变参数与初始地应力参数成为设计与施工中重要的力学参数。因其岩体的非连续性、非均质性及尺寸效应等,常规的室内外试验得到的流变参数具有一定局限性,位移反分析法可望解决这些不足。本文以实际煤矿巷道工程为背景,结合现场实测资料,基于差分法和进化BP神经网络进行了巷道蠕变变形的位移反分析研究。文中所采用方法充分利用了BP人工神经网络对非线性函数强大的映射能力、自学习能力和推广能力,并采用贝叶斯规则化法对系统进行改善,泛化能力得到了提高。本文利用三维快速拉格朗日有限差分程序对开挖初衬巷道随时间的变形进行了模拟,模拟结果基本与实际情况相符,然后基于正交设计法,得到了相应神经网络的系统分析样本。基于MATLAB神经网络工具箱对围岩力学参数进行了学习、训练,并对网络结构和参数进行了优化,泛化能力得到提高。对网络的训练和检验表明,系统反演精度较高。最后通过一个工程实例验证了位移反分析方法的正确性和可靠性。图[36]表[16]参[71]

关键词：深埋硐室流变参数软岩位移反分析 BP人工神经网络

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上覆土层开挖对既有隧道上浮变形分析与控制技术研究

上覆土层开挖对既有隧道上浮变形分析与控制技术研究

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作者：杨行安徽理工大学

学位级别：硕士

城市地铁轨道现处于大发展时代,地铁的建设中涉及到下卧隧道上覆土层开挖卸荷工程,在施工过程中可能会对周围既有建筑物或后建筑物产生影响,缩短周围既有建筑物正常使用年限,也可能会给后建工程产生难以控制的安全问题。本论文基于合肥... 详细信息

城市地铁轨道现处于大发展时代,地铁的建设中涉及到下卧隧道上覆土层开挖卸荷工程,在施工过程中可能会对周围既有建筑物或后建筑物产生影响,缩短周围既有建筑物正常使用年限,也可能会给后建工程产生难以控制的安全问题。本论文基于合肥高铁站南广场改建工程,利用Midas-GTS模拟软件,选取合适的本构模型,建立三维模型,分析了不同开挖方式和加固方式下既有隧道变形的影响,将模拟值与监测数据比较,探讨了上覆土层开挖对既有隧道变形的原理和控制技术,主要的研究内容如下:1)总结近几年国内外学者关于上覆土层开挖卸载对既有隧道影响的研究成果,得出上覆土层开挖时既有隧道变形的规律,并提出本文的研究方法;2)分析不考虑时空效应按顺序大面积开挖以及不加固地层工况下地铁1号线、5号线隧道的受力及变形趋势,由模拟结果可知:该工况下的变形值大大超过限值,考虑到安全因素,在施工过程中应采取一定的加固措施;3)结合工程实例,对既有隧道隆起变形机理及控制技术进行分析。主要探讨加固地层、改良土性,设置抗拔桩与压梁,上覆土层开挖卸载顺序三种开挖加固方式对既有隧道变形的控制效果。由模拟结果可知,既有隧道在上覆土层开挖后呈现拱顶隆起的趋势,三种不同的开挖加固组合方式都在对隧道变形有一定的控制作用,且工况三的加固效果最好;4)通过1号线和5号线加固前后模拟值对比结果可知:考虑时空效应,采用土层分条小幅隔段跳挖上覆土层,在隧道上及两侧土体施加旋喷桩满堂加固并进行抗拔桩和压顶梁的施工,最后施加顶板使其成为门式桩结构,相对于其他方法,能更有效的控制既有隧道的变形;由分析可知1号线后表明实测值与模拟值基本吻合,该控制方法在工程中具有实用性;最后作出总结和展望。

关键词：开挖卸载隧道受力变形加固地层抗拔桩及压梁卸载顺序

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深大基坑逆作法施工对毗邻高层建筑沉降影响分析

深大基坑逆作法施工对毗邻高层建筑沉降影响分析

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作者：吴军安徽建筑大学

学位级别：硕士

近年来,合肥经济不断发展,市区人口数量快速增长,地铁的建设显得尤为重要。一般而言,地铁经过的区域周围都有着密集的管线和重要的建筑,施工环境较为复杂。重要建筑出现局部损坏甚至失去使用功能的后果是严重的,解决在保证基坑安全的前... 详细信息

近年来,合肥经济不断发展,市区人口数量快速增长,地铁的建设显得尤为重要。一般而言,地铁经过的区域周围都有着密集的管线和重要的建筑,施工环境较为复杂。重要建筑出现局部损坏甚至失去使用功能的后果是严重的,解决在保证基坑安全的前提下,将深基坑开挖对周围环境的影响降到最低的问题刻不容缓,所以研究深大基坑逆作法施工对毗邻高层建筑沉降影响具有十分重要的意义。在研读国内外众多相关文献后,本文以位于地铁1、2号线交口东南角的新交通大厦为研究背景,使用MIDAS/GTS对基坑进行了全方位的模拟,着重对地表沉降和建筑物沉降进行了研究,并与现场的监测数据进行对比分析,探讨对毗邻高层建筑沉降的影响。本文主要结论如下:(1)水平方向上,地表沉降的曲线整体呈现勺形,沉降值随距基坑边缘距离先增大后减小;在纵深方向,沉降值和基坑的入土深度呈现正相关的关系;空间上,2号线大东门站深基坑对DB01同样有着非线性叠加的影响。(2)从JCJ01和JCJ03的数据可以看出圣大国际商业楼处于沉降较大的部位。从监测的全期来看,圣大国际商业楼的沉降阶段主要有四个:均匀沉降阶段、加速沉降阶段、差异沉降阶段、沉降稳定阶段,整个过程,建筑物会出现差异沉降,施工过程中需注意。(3)JCJ01和JCJ03的沉降差值和基坑入土深度呈现正相关关系,这在实际施工中不能忽略,但是相比于地表沉降差值,JCJ01和JCJ03的沉降差值增大的幅度很小,这与高层建筑是桩基础形式有关。(4)基坑采用盖挖逆作法每次做到柱梁板等结构层的时候,沉降值变小了,故结构层对沉降趋势有着抑制的作用。(5)将地连墙的刚度增大时,地表和建筑物的沉降相对减小,开挖深度越深,增大地连墙厚度这一做法对减小周围环境的作用就越来越大。(6)当将分步开挖改成整体开挖时,地表和建筑物的沉降增大;相对于减小地连墙厚度,改成整体开挖后地表和建筑物的沉降大幅度增加。论文对合肥新交通大厦深基坑对地表及建筑物的沉降进行模拟,探讨了深大基坑逆作法施工对毗邻高层建筑沉降的影响,具有一定的理论和实践意义,也对未来合肥地区类似工程提供技术支持。

关键词：基坑开挖地表沉降建筑物数值模拟现场监测

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多排平行顶管下穿琼文大道地表沉降影响因素分析

多排平行顶管下穿琼文大道地表沉降影响因素分析

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作者：笪伟安徽建筑大学

学位级别：硕士

随着我国城市化进程的推进,城市地下空间开发的面临越来越复杂的环境,因此,对施工扰动变形的控制要求也越来越高。顶管法技术以其施工周期短、地层适应性强、开挖扰动小等优势已被广泛应用于各类工程中。因空间开发要求,多排顶管工程应... 详细信息

随着我国城市化进程的推进,城市地下空间开发的面临越来越复杂的环境,因此,对施工扰动变形的控制要求也越来越高。顶管法技术以其施工周期短、地层适应性强、开挖扰动小等优势已被广泛应用于各类工程中。因空间开发要求,多排顶管工程应运而生,亟需开展多排顶管下穿既有构筑物的研究,确保该类工程的安全高效施工。本文以海口美兰国际机场二期排水工程三排顶管下穿琼文大道段为工程背景,分析了三排顶管的横向扰动区范围;采用MIDAS/GTS软件进行了三维数值模型分析,获得了以控制地表沉降值为指标的最优顶进施工顺序,并且与现场监测数据进行了对比分析,验证了模拟结果的正确性;最后采用控制变量法,分析了不同的顶管横向间距(1.5D、3D、5D)、不同的等代层厚度(2cm、5cm、8cm)和不同的注浆压力(100k Pa、200k Pa、300k Pa、400k Pa)对上覆道路的影响规律。主要结论如下:(1)根据叠加扰动机理,对顶管施工过程中的土体扰动进行了分区,并对各区域的施工中应力状态进行了分析,确定了土体横向扰动区的范围;管间距较近时,后施工顶管不仅会对先施工顶管造成叠加沉降影响,也会使得最终沉降曲线轴线更加靠近先施工顶管,推导出了三排平行顶管叠加沉降公式;(2)不同的施工顶进顺序产生的管体间的相互扰动和叠加沉降明显不同,但不同的施工完成后管片的受力基本一致;采用不同的施工顺序对土体沉降的最大值分别为9.02mm、10.0mm、10.4mm;综合考虑地表沉降和管片的受力,最终得出采用工况“先两侧后中间”顶进为最优施工顺序;(3)当1#顶管机到达琼文大道时,现场监测拟合的曲线呈Peck曲线规律;3#、2#顶管顶进时,1#顶管区域产生了附加沉降;现场实测和数值模拟结果均呈现出沉降曲线两边大中间小,且两者较为一致,表明了数值模拟方法与计算结果的正确性;(4)数值模拟分析表明:随着管间距的增加,最终沉降值逐渐减小,沉降曲线形状由“V”转变成“U”进而变成双“W”形;管间距小于3D时,两管之间是强扰动区,叠加沉降明显,地表沉降值较大,对安全不利。随着等代层厚度的增大沉降值均在逐渐减小;随着注浆材料的硬化,叠加沉降减小,从而使得最终沉降值减小;为了更好地控制地表沉降,应保证注浆区在管片外约两厘米以上的范围,也不宜取得过大,防止两相邻管道之间形成串浆。注浆压力增大时,地表沉降值逐渐减小,沉降槽宽度在逐渐减小,当注浆压力大于300k Pa时,地表产生小范围隆起。(5)该大直径多排顶管穿越路基工程中,当管道间距为3D～5D,注浆压力控制在200k Pa～300k Pa,可更好地控制地表沉降,在经济和安全可靠范围内。图[60]表[7]参[49]

关键词：平行顶管监测位移数值模拟

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合肥市轨道交通3号线南延线车站抗浮设防水位研究

合肥市轨道交通3号线南延线车站抗浮设防水位研究

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作者：张峰安徽建筑大学

学位级别：硕士

合肥市位于安徽省中心地带,是交通枢纽,整体地形相对较平缓,地势总体西北高、东南低,区域地貌单元属江淮波状平原。合肥市属华北地层区鲁西地层分区的长丰小区(中新生代沉积区)为巨厚的中、新生代陆源碎屑岩堆积区。地表绝大部分为第四... 详细信息

合肥市位于安徽省中心地带,是交通枢纽,整体地形相对较平缓,地势总体西北高、东南低,区域地貌单元属江淮波状平原。合肥市属华北地层区鲁西地层分区的长丰小区(中新生代沉积区)为巨厚的中、新生代陆源碎屑岩堆积区。地表绝大部分为第四纪棕黄、褐黄色粘土、亚粘土所覆盖,在河流中下游有近代冲积层分布。地处亚热带边缘,属于北亚热带湿润气候区,气候温和。合肥地铁3号线南延线始于方兴大道站,途经云谷路站、青年路站、仙霞路站、站前路站、芮祠路站、云霄路站和下派河路站,终于馆驿路站。拟建工程所在地区的地貌主要为一级阶地、二级阶地,其中云谷路、青年路范围为一级阶地,仙霞路、站前路、芮祠路范围为二级阶地。地形较为平坦,研究区内地下水类型主要为潜水与弱承压水,区域大气降水较丰沛,是地下水的主要补给来源,排泄形式一般为季节性补给河水,大部分埋藏较深的地下水以极缓慢的地下径流形式向区外排泄;另一排泄方式为人工开采利用。收集整理研究区域内钻孔资料以及水文、地质资料,结合实测地下水位数据,本文采用多种方法计算各地铁站点抗浮设防水位。通过分析降雨量资料与长达2年的站点地下水位监测数据,利用动态分析得出降水量差积曲线图可以得出自2011年至今为偏丰水期,而后采用年内动态曲线分析法、多年动态曲线比拟法和频率分析法分别推求出各站点地下水的最高水位作为抗浮设防水位的参考依据。通过现场抽水实验得出一系列水文地质参数,然后结合地层资料利用GMS地下水数值模拟软件建立数值模型预测地下水位变化,用已有的地下水位观测资料对所建模型进行识别与验证,地下水位整体拟合度较好,可以得出各水文参数和模型的划分边界条件是合理的,能反映出地下水的真实情况,用已建模型对地下水进行预测进而求出站点抗浮设防水位参考值。经过分析对比,结合多种方法综合确定各站点抗浮设防水位分别是:青年路站标高为11.68m,埋深为4.56m;仙霞路站标高为15.12m,埋深为2.86m,站前路站标高为23.29m,埋深为3.29m;芮祠路站标高16.60m,埋深为2.64m。通过孔隙水压力监测数据发现实际孔隙水压力小于理论孔隙水压力,可以结合本区域的工程地质等实际情况和以往经验考虑一定的折减,提出合理的折减系数。图[74]表[14]参[63]

关键词：抗浮设防水位动态分析频率分析数值模拟

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淮北临涣采煤沉陷区地表水与浅层地下水稀土元素地球化学特征

淮北临涣采煤沉陷区地表水与浅层地下水稀土元素地球化学特征

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作者：王志山安徽大学

学位级别：硕士

煤炭作为我国的主要能源,在长期的开采活动中造成了地表沉降等一系列环境社会问题,淮北是我国主要的煤炭开采基地,具有第四系厚松散层、高潜水位、河网密布等特殊的地质地貌条件,长期的煤炭开采活动导致淮北地区分布着面积巨大的沉陷积... 详细信息

煤炭作为我国的主要能源,在长期的开采活动中造成了地表沉降等一系列环境社会问题,淮北是我国主要的煤炭开采基地,具有第四系厚松散层、高潜水位、河网密布等特殊的地质地貌条件,长期的煤炭开采活动导致淮北地区分布着面积巨大的沉陷积水,沉陷区积水的形成会导致地表水和地下水循环条件改变。作为研究水文地球化学的重要工具,稀土元素的地球化学性质相似且稳定性好,同时在风化、剥蚀、搬运、再沉积及成岩作用过程中,由于其微弱差异的性质可以发生元素的富集与亏损,稀土元素在水体中的行为,其中蕴含了丰富的地球化学信息,对研究水体地球化学过程十分重要。本文从稀土元素地球化学的角度,以淮北临涣采煤沉陷区地表水和浅层地下水为研究对象,采用ICP-MS测定样品中稀土元素含量,分析了水中稀土元素分配模式,利用化学平衡软件MINTEQ(3.1版)模拟计算了水体中稀土元素的络合方式,针对控制稀土元素行为的主要因子进行分析,研究结果可为矿区生态环境综合治理提供科学依据。研究区水体总体呈弱碱性,河水、香顺沟和沉陷区积水中的主要阳离子为Na+,主要阴离子为HC03-和SO42-,与以上三个功能区不同,浅层地下水中的主要阴离子为HC03-,占比达到了68%,突出显示了研究区内碳酸盐水体特征,总体上,河水和沉陷区积水显示出了HC03-·SO42-·Na+、SO42-·HCO3-·Na+型,浅层地下水显示了HCO3-Ca2+Mg2+型。研究区内各类型水体中∑REE平均值为0.9793μg/L,其中最大值为3.0432μg/K,最小值为0.1310μg/L。其中河水中∑REE在0.1310～2.5073μg/L之间,平均值为0.7799μg/L,部分采样点可能受到人为活动影响,由上游到下游呈现出了先增加再降低的趋势;香顺沟∑REE的平均值为0.7948μg/L;沉陷区积水中∑REE平均值为1.1721μg/L,矸石山堆积对沉陷区积水中∑REE有一定影响;浅层地下水溶解态∑REE含量在0.6186～2.1436μg/L,平均值为1.2086μg/L。当水体碱度较低时,pH值对∑REE的影响较大,此时,随pH的增大,∑REE减少;当水体碱度较高时,稀土元素与碳酸根的络合作用会影响pH与∑REE之间的关系。研究区水体均表现为Ce负异常和Eu正异常河水上游、中游、下游均具有较为明显的中稀土元素亏损和重稀土元素富集特征,重稀土元素的富集程度随着河流流向呈现出先增大后减小的趋势;香顺沟水体中中稀土元素和重稀土元素均呈现出富集的特征(Gd/Nd)ucc平均值为1.53,(Yb/Nd)ucc平均值为40.37;沉陷区积水的(Gd/Nd)ucc平均值为0.79,(Yb/Nd)ucc平均值为23.36,呈现出中稀土元素亏损、重稀土元素富集特征;浅层地下水的(Gd/Nd)ucc平均值为1.31,(Yb/Nd)ucc平均值为40.05,表现出中稀土元素和重稀土元素富集的特征。河水中稀土元素的(La/Yb)ucc与河水的pH值、HCO3-具有较为明显的正相关,而在沉陷区积水、浅层地下水中,(La/Yb)ucc与pH、HCO3-相关性不显著。水体的pH以及与碳酸根的络合反应,是影响水体稀土元素分异的主要因素。计算模拟结果显示,地表水中稀土元素的无机络合形式主要是Ln(CO3)2-,平均占比在90%以上,而地下水中的稀土元素络合形式为LnCO3+,所占比例为60.2%,Ln(C03)2-形式次之,与地表水体中稀土元素的形态分布差异较大。

关键词：采煤沉陷区地表水与浅层地下水稀土元素地球化学特征 MINTEQ

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