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建筑荷载作用下老采空区上方覆岩与地表残余变形规律研究

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测绘通报 2015年第5期 103-108页

作者：徐良骥郭辉朱楠秦长才安徽理工大学测绘学院安徽淮南232001

为分析建筑荷载作用下老采空区上方覆岩与地表残余变形规律及其应力传递变化特征,本文以淮南矿区新庄孜矿新淮工厂为试验点,通过相似材料模拟试验,获取荷载条件下重复采动形成的老采空区残余变形及应力变化规律。试验结果表明,重复开采... 详细信息

为分析建筑荷载作用下老采空区上方覆岩与地表残余变形规律及其应力传递变化特征,本文以淮南矿区新庄孜矿新淮工厂为试验点,通过相似材料模拟试验,获取荷载条件下重复采动形成的老采空区残余变形及应力变化规律。试验结果表明,重复开采会加剧覆岩和地表移动变形,并且使得覆岩和地表变形更加剧烈;当在停采线上方、开切眼上方、采空区上方和煤柱上方的地表分别施加荷载时,各个位置均发生了不同程度的移动变形,且随着荷载增加,地表残余变形随之增大并达到最大变形值。重复开采会造成覆岩内部应力随着工作面的推进缓慢上升,并达到一定峰值;在施加荷载压力后,覆岩内部应力逐渐上升并最后趋于稳定,覆岩响应范围与覆岩距离荷载加载位置之间的距离有关,距离荷载加载位置较近的覆岩影响较大,而距离荷载加压较远的覆岩受影响较小。

关键词：建筑荷载老采空区残余变形规律相似材料模拟试验应力变化特征

建筑荷载作用下城市地面沉降地理信息模型——以天津市东南部沉降区为例

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北京师范大学学报（自然科学版） 2017年第6期53卷 681-688页

作者：伊尧国刘慧平韩春萌刘湘平张洋华齐建超北京师范大学地理科学学部地理学院北京100875 北京师范大学遥感科学国家重点实验室北京100875 天津城建大学地质与测绘学院天津300384

密集建筑群以及高层建筑荷载引发的地面沉降是一个日益严重的城市灾害问题.本文以天津市东南沉降区为例,从地理信息模型基本理论和建筑荷载引发地面沉降的机制出发,综合考虑了建筑容积率、土壤竖向应力、压缩层厚度、土体压缩模量、地... 详细信息

密集建筑群以及高层建筑荷载引发的地面沉降是一个日益严重的城市灾害问题.本文以天津市东南沉降区为例,从地理信息模型基本理论和建筑荷载引发地面沉降的机制出发,综合考虑了建筑容积率、土壤竖向应力、压缩层厚度、土体压缩模量、地下水的埋深和弱透水层渗透性6个诱发因子对沉降的影响,构建了建筑荷载作用下城市地面沉降地理信息模型.通过实际应用和ROC检验,模型的AUC值达到0.85,证明此模型能够准确清晰地反映沉降变形的大小和趋势,从而为城市地面沉降的分析与计算、总结建筑荷载作用下城市地面沉降的变形规律奠定了基础.

关键词：地面沉降建筑荷载地理信息模型建筑容积率土壤压缩性质地下水

建筑荷载下老采区地表残余变形判别的状态空间方法

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中国地质灾害与防治学报 2020年第2期31卷 74-79,110页

作者：朱广轶孙传博沈阳大学建筑工程学院辽宁沈阳110044

老采区地表新建建筑物附加应力影响深度是造成老采区“活化”即地表出现残余移动变形的主要因素和研究热点。目前工程建设中计算老采区地表建筑物附加应力影响深度的方法采用的基于弹性半无限空间模型的Boussinesq解未能考虑到老采区上... 详细信息

老采区地表新建建筑物附加应力影响深度是造成老采区“活化”即地表出现残余移动变形的主要因素和研究热点。目前工程建设中计算老采区地表建筑物附加应力影响深度的方法采用的基于弹性半无限空间模型的Boussinesq解未能考虑到老采区上覆岩层的分层特性。本文基于状态空间理论和传递矩阵法提出了一种判别老采区是否会“活化”并造成地基不稳定的新方法。通过实例计算与传统解法及数值模拟的结果进行了对比。结果表明,老采区上覆土层的分层性对地表新建建筑物附加应力影响深度有一定影响,在工程中应当予以重视,新判别方法相对传统方法更加接近实际情况。

关键词：建筑荷载地表残余移动变形状态空间方法影响深度判别方法

建筑荷载与地下水开采耦合作用对地面沉降的影响

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江苏大学学报（自然科学版） 2023年第5期44卷 599-605页

作者：吴奂文杜菁菁骆祖江张也河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100 中国地质调查局南京地质调查中心江苏南京210016

以南通市海门区地面沉降历史为研究背景,从比奥固结理论出发,分析地面荷载及地下水渗流场对土体变形的影响.采用现场监测的方式对海门区地下水位、高层建筑物荷载和地面沉降进行监测,研究高层建筑荷载、地下水开采以及二者耦合作用对土... 详细信息

以南通市海门区地面沉降历史为研究背景,从比奥固结理论出发,分析地面荷载及地下水渗流场对土体变形的影响.采用现场监测的方式对海门区地下水位、高层建筑物荷载和地面沉降进行监测,研究高层建筑荷载、地下水开采以及二者耦合作用对土体变形的影响.通过建立地下水渗流、建筑荷载与土体变形的三维流固全耦合模型,对不同因素作用下地面沉降进行模拟.模拟结果显示:地下水开采引发的地面沉降对主开采层的影响最大,建筑荷载引发的沉降对地表附近土体影响较大;地下水开采和建筑荷载的耦合作用引发土体变形的情况中,地面上距离建筑物集中区较近处以建筑荷载作用为主,较远处以地下水开采作用为主.

关键词：地面沉降比奥固结理论建筑荷载地下水开采流固全耦合模型

吴江盛泽地区建筑荷载和地下水开采对地面沉降的影响

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吉林大学学报（地球科学版） 2019年第2期49卷 514-525页

作者：骆祖江宁迪杜菁菁陆玮河海大学地球科学与工程学院南京211100

为了准确分析建筑荷载和地下水开采对地面沉降的影响,为吴江盛泽地区科学防控地面沉降提供决策依据,基于比奥固结和地下水渗流理论,建立了建筑荷载和地下水开采与地面沉降三维全耦合有限元数值模型,分别模拟预测了在建筑荷载单独作用、... 详细信息

为了准确分析建筑荷载和地下水开采对地面沉降的影响,为吴江盛泽地区科学防控地面沉降提供决策依据,基于比奥固结和地下水渗流理论,建立了建筑荷载和地下水开采与地面沉降三维全耦合有限元数值模型,分别模拟预测了在建筑荷载单独作用、地下水开采单独作用及建筑荷载和地下水开采叠加作用三种情况下,2015-09-01—2030-08-31盛泽地区逐年地面沉降变化趋势。结果表明,建筑荷载对盛泽地区地面沉降的影响大于地下水开采。第Ⅰ黏性土弱含水层和第I承压含水层分别为建筑荷载和地下水开采单独作用下的主压缩层,单层压缩量占比分别为43.04%和54.06%;第Ⅰ承压含水层及其上覆第Ⅰ黏性土弱含水层是二者叠加作用引发土体变形的主压缩层,其压缩量之和占总压缩量的71.30%。建筑荷载和地下水开采单独作用下引发的地面沉降量的线性叠加之和大于二者叠加作用下引发的地面沉降量,建筑荷载和地下水开采叠加作用引发的地面沉降具有耦合效应。

关键词：吴江盛泽建筑荷载地下水开采地面沉降耦合效应

建筑荷载与温度耦合作用下地热能源桩荷载传递特性研究

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建筑荷载与温度耦合作用下地热能源桩荷载传递特性研究

作者：高翔浙江大学

学位级别：硕士

静钻根植工法地热能源桩是一种将静钻根植工法与地源热泵技术相结合的新型地热能源桩,它将换热管路埋于静钻根植工法地热能源桩侧的水泥土中,不仅施工方便,而且提高了换热效率,具有广阔的工程应用前景。地热能源桩作为新型的建筑节能技... 详细信息

静钻根植工法地热能源桩是一种将静钻根植工法与地源热泵技术相结合的新型地热能源桩,它将换热管路埋于静钻根植工法地热能源桩侧的水泥土中,不仅施工方便,而且提高了换热效率,具有广阔的工程应用前景。地热能源桩作为新型的建筑节能技术,在国内外很多建筑中得到应用,但地热能源桩技术还未形成一套完整的设计规章。目前,地热能源桩在深厚软土地基的研究应用较少,由于受到测试成本和场地等因素的限制,其现场实测工作开展的不多,尤其缺乏长期承载下的热-力学特性研究,因此对地热能源桩结构的安全性和耐久性评价较为困难。本文采用现场试验结合数值模拟的方法,对不同工况长期温度荷载作用下的静钻根植工法地热能源桩的热传导及承载特性进行了系统研究,为地热能源桩的工程设计和施工提供合理建议,为地热能源桩的进一步推广应用提供依据。1.在地热能源桩传热性能方面,本文通过热响应试验测定场地岩土体的热传导性能,根据地热能源桩在运行过程中桩身及桩周土体的温度变化来分析桩体与土体之间的热传递规律,最后通过建立数值模型对地热能源桩不同换热间距,不同导热材料下的换热效率进行了分析。通过地热能源桩夏季模式现场试验过程中桩身与土体温度变化可以得到桩体与土体在不同试验时段温度的变化规律。研究结果表明,土体初始平均温度受到大气环境温度的影响,桩顶与桩底处略有差异,试验进行过程中桩身温度分布受桩两端散热条件及桩周土导热性能影响较大。2倍桩径处土体相对于桩体突然的升温并不是瞬时响应的,而是存在较大的延迟。本试验桩的温度影响半径在2倍桩径与6倍桩径之间,桩身加热结束自然恢复19d后,2倍桩径范围处土体平均温度升高了1℃,可见恢复期热量消散相当缓慢。通过热响应试验计算得到现场土体的平均初始温度与综合导热系数,建立三维传热数值模型分析地热能源桩不同换热间距,不同导热材料下的换热效率。结果表明提高换热管间距、换热管导热系数、桩周水泥土导热系数均能提高地热能源桩的换热效率。2.在地热能源桩热-力学结构响应方面,开展了在上覆建筑荷载和不同工况温度荷载的共同作用下地热能源桩的桩身内力变化及与桩周土体之间的荷载传递关系。通过地热能源桩夏季模式(桩身加热)和冬季模式(桩身制冷)的现场测试试验,分析了地热能源桩在受到上部建筑荷载和温度荷载共同作用时的桩身轴力和桩侧摩阻力变化规律,同时,通过对比国内外其他荷载和温度共同作用下地热能源桩现场试验,分析了桩顶约束条件、桩周土层性质对地热能源桩热-力学特性的影响。研究结果表明,地热能源桩在实际运行过程中,温度荷载引起的桩身附加应力、桩侧摩阻力的变化与桩顶约束情况密切相关,桩周土层分布及土层性质也会对桩身应力及桩侧摩阻力的分布产生影响。因此,地热能源桩承载性能分析时应综合考虑桩周土层的基本物理力学参数与热物性参数、循环温度荷载及桩顶约束条件等多方面因素,以便更好地指导地热能源桩的设计和施工。本文围绕传热和结构两个方向探讨了地热能源桩的传热性能和结构热-力学响应,采用现场试验和数值模拟等手段对其进行了系统的分析和比较,研究了地热能源桩作为地源热泵系统埋管载体的受力特点和可能存在的问题,为地热能源桩的进一步推广提供依据。

关键词：地热能源桩静钻根植工法建筑荷载现场试验换热性能热力响应

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建筑荷载下采空区稳定性与治理技术研究

建筑荷载下采空区稳定性与治理技术研究

作者：周旭辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

我国煤炭资源及非金属矿藏资源丰富,改革开放以来随着经济的快速发展,煤炭需求量也在不断的提高,随着煤炭资源的不断开采利用,形成了大面积采空区。随着房地产市场的发展,适宜工程建设的用地变得越来越少,在采空区上方进行工程建设已经... 详细信息

我国煤炭资源及非金属矿藏资源丰富,改革开放以来随着经济的快速发展,煤炭需求量也在不断的提高,随着煤炭资源的不断开采利用,形成了大面积采空区。随着房地产市场的发展,适宜工程建设的用地变得越来越少,在采空区上方进行工程建设已经成为发展趋势,其中安全性问题为当前的重中之重。本文以门头沟新城05街区MC00-0005-6002等地块二类居住、基础教育等用地项目作为研究对象,通过现场地质勘察、钻孔探空得到地质条件及采空区分布,通过理论计算与数值模拟判断建筑荷载下采空区稳定性,开展室内试验对水泥-粉煤灰-改性水玻璃激发剂的性能指标进行了测定,并对治理后的拟建场地进行钻孔取芯检测。主要研究成果如下:(1)根据现场地质勘察及钻孔探空,确定了拟建场地的工程地质与采空区分布情况。通过钻孔探空可得知研究区相应的采深与采厚,采空区留有局部空洞与虚空现象。(2)通过计算研究区的采空区煤层临界开采深度,与开采高度做对比,可知6F～11F的建筑物均会引起采空区的二次变形。使用Midas GTS NX有限元分析软件,开展建筑荷载下对采空区地基所在地层变形影响的数值模拟,得知建筑荷载引起采空区沉降值最大为165mm,X方向水平位移最大值为50.6mm,Y方向水平位移最大值为62.9mm,采空区对拟建工程产生影响。(3)通过室内试验,对水泥-粉煤灰-改性水玻璃激发剂体系充填材料开展研究。水泥:粉煤灰分别为1:4、1:6、1:8,水灰比1.0、1.1、1.2,激发剂掺量1%、3%、5%作为变量,对27组不同配比的浆液进行试验。经过经济成本对比分析,选择水泥:粉煤灰为1:6,水灰比1.1,激发剂掺量3%的配比性价比最高,流动度383mm,结石率87%,无侧限抗压强度2.15MPa,经济成本133.48元/m。(4)对充填治理后的场地进行了建筑荷载下的数值模拟,治理后最大沉降值为0.0007cm,X方向水平位移最大值为0.0026mm,Y方向水平位移最大值为0.0147mm,结果表明,采空区得到了有效的治理。(5)对不同位置的采空区的充填提出了治理措施。采空区范围内距取9m,在采空区边缘位置注浆钻孔间距取15m,注浆孔使用双法兰设计,有效加固松散卵石层且节省封孔材料。(6)对治理后的场地进行了钻孔取芯,结石体抗压强度均大于2MPa,符合治理要求,采空区得到有效治理。该论文有图46幅,表19个,参考文献73篇。

关键词：采空区建筑荷载稳定性水泥粉煤灰充填治理

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建筑荷载下煤矿老采空塌陷区稳定性研究

建筑荷载下煤矿老采空塌陷区稳定性研究

作者：王世泽武汉理工大学

学位级别：硕士

本文以铜陵市天山大道以东、红星路以南地块内谢垄、双龙煤矿采空区为例,通过理论分析计算与数值模拟相结合,分析建筑荷载对采空塌陷区地基稳定性影响,将规划地块按地基稳定性进行分区,指导采空区上方建筑规划与采空区治理。主要研究成... 详细信息

本文以铜陵市天山大道以东、红星路以南地块内谢垄、双龙煤矿采空区为例,通过理论分析计算与数值模拟相结合,分析建筑荷载对采空塌陷区地基稳定性影响,将规划地块按地基稳定性进行分区,指导采空区上方建筑规划与采空区治理。主要研究成果如下： (1)分析影响该地块采空塌陷区地基稳定性因素。结合地质资料、区内煤矿开采情况和目前采空塌陷区塌陷特征分析了该地块内采空塌陷区已基本处于稳定状态并对采空区塌陷发展趋势做出评估。 (2)通过理论计算与激电测探法综合确定该地块内冒落带、裂隙带最大发育高度38.2m。 (3)采用附加应力法推导出规划地块内建筑荷载影响深度公式。计算得到建筑物跨度10m、15m、20m,建筑单位线荷载分别取值10kN/m2、20kN/m2、38kN/m2、80kN/m2、210kN/m2时建筑荷载影响深度。结合冒落带、裂隙带最大发育高度,计算跨度20m时五种建筑荷载影响下地基稳定的临界煤层开采深度。 (4)数值模拟预测了跨度20m的建筑在采空区不同加载位置五种荷载作用下地基发生的再沉降量,结合概率积分法得到采空塌陷区上方地表不同加载位置加载五种荷载后各项再变形值。得出五种建筑荷载下,各项形变值随加载位置的变化规律总体遵循：最深采空区外侧建筑规划建议与治理措施

关键词：采空区建筑荷载再变形值影响深度采空区分区

江阴南部地区建筑荷载和地下水开采与地面沉降耦合研究

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地质论评 2019年第6期65卷 1549-1558页

作者：宁迪骆祖江葛伟亚贾军元河海大学地球科学与工程学院南京211100 中国地质调查局南京地质调查中心南京210016

针对江阴南部地面沉降问题,结合地下水开发利用现状和城市建设规划,根据比奥固结理论,引入黏性土流变理论,将土体本构关系拓展至黏弹塑性,并考虑土体的土力学参数和水力学参数随应力场的动态变化,建立江阴南部地区建筑荷载、地下水开采... 详细信息

针对江阴南部地面沉降问题,结合地下水开发利用现状和城市建设规划,根据比奥固结理论,引入黏性土流变理论,将土体本构关系拓展至黏弹塑性,并考虑土体的土力学参数和水力学参数随应力场的动态变化,建立江阴南部地区建筑荷载、地下水开采与地面沉降三维全耦合数值模型,分别模拟预测了江阴南部地区2015年12月31日至2030年12月31日建筑荷载、地下水开采单独作用及二者叠加作用三种情况下地面沉降发展趋势.模拟结果显示,建筑荷载为引起江阴南部地区地面沉降的主因,其次是地下水开采,二者的主压缩层分别为第Ⅰ黏性土弱含水层和第Ⅱ黏性土弱含水层,分别占总压缩量的42.94%和62.60%;建筑荷载和地下水开采叠加作用下引发的地面沉降具有耦合效应,二者叠加量小于单独作用引发量的线性叠加.

关键词：江阴南部建筑荷载地下水开采地面沉降