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安徽省极端降水演变规律及与气候因子遥相关研究

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水利水电技术（中英文） 2024年第1期55卷 62-73页

作者：姚蕊杨惠琳张书亮苑倩玉于世芳北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京100875 南京师范大学地理科学学院江苏南京210023 安徽师范大学地理与旅游学院安徽芜湖241002

【目的】随着全球气候变暖,极端降水事件强度和频率呈显著增加趋势,强降水引起的洪涝灾害不仅对社会经济造成严重的损失,还对生态环境带来极大破坏。2020年安徽省遭受持续时间长和降雨量大的特强梅雨降水过程,造成安徽省受灾严重。【方... 详细信息

【目的】随着全球气候变暖,极端降水事件强度和频率呈显著增加趋势,强降水引起的洪涝灾害不仅对社会经济造成严重的损失,还对生态环境带来极大破坏。2020年安徽省遭受持续时间长和降雨量大的特强梅雨降水过程,造成安徽省受灾严重。【方法】利用气象站点观测降水数据和ERA5再分析数据,探究安徽省极端降水时空演变特征和典型小时尺度降水过程,分析其与气候因子的遥相关关系。【结果】结果显示:1960—2020年安徽省6月和7月平均PRCPTOT变化率为9.0 mm/10 a和8.0 mm/10 a。2020年梅雨期影响范围最大的四次降水事件,累计雨量超过100 mm的气象站数占比达34%以上。相比1998年和2016年,2020年安徽省6—7月平均PRCPTOT为900.56 mm,是1960年以来最大值,是1998年和2016年的1.9倍和1.5倍;降雨强度(25.37 mm/d)为2016年的1.2倍、1998年的1.1倍,是历史均值的1.4倍。【结论】研究结果表明:(1)安徽省主汛期极端降水显著增加,且主要中心位于长江以南。极端降水量、降水强度、降水日数均增加。2020年强降水主要分布在长江河谷和皖南山区,降水主要发生在夜间和清晨;安徽北部地区降水更加集中,主要出现在下午,在15:00达到最大值。(2)与1998年和2016年相比,2020年安徽省降水总量、中雨以上日数和连续降水期明显增加。在降水强度相同的情况下,2020年中雨和大雨日数发生次数多,且连续降水期更长,是2020年6—7月降水量高的最主要原因。(3)安徽省6—7月极端降水指数与PDO在滞后3个月尺度上正相关性最显著,而滞后6个月尺度上极端降水指数与气候因子的正相关性不显著,SOI在滞后1个月(6个月)尺度上与极端降水指数呈正(负)相关性显著。

关键词：极端降水时空特征气候因子遥相关安徽省气候变化降雨

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基于围压因素的分级应力扰动下砂岩损伤破裂特性试验研究

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岩石力学与工程学报 2024年第3期43卷 542-555页

作者：杨圣奇杨景孙博文刘广建中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 绍兴文理学院浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室浙江绍兴312099

受制于采掘活动的频繁应力扰动,地下工程围岩的稳定性问题日渐突出,严重制约了地下矿产资源的安全高效开采。为了探究不同埋深下岩体在应力扰动过程中的损伤破裂机制,以常规三轴试验为基础,开展4组围压下的分级应力扰动室内试验,基于力... 详细信息

受制于采掘活动的频繁应力扰动,地下工程围岩的稳定性问题日渐突出,严重制约了地下矿产资源的安全高效开采。为了探究不同埋深下岩体在应力扰动过程中的损伤破裂机制,以常规三轴试验为基础,开展4组围压下的分级应力扰动室内试验,基于力学分析、声发射分阶段定位及损伤评价指标演化特征,确定分级应力扰动下岩石力学的损伤劣化规律及细观裂纹发育特征,建立岩石损伤状态—微观裂纹发育特征—损伤评价指标变化三者之间的关联。结果表明:(1)分级应力扰动下,岩石峰值强度和峰值轴向应变随围压升高逐渐增大。应力扰动各阶段轴向应变增量均呈现初期小幅波动,中期缓慢增加,后期快速增加的趋势;平均弹性模量呈现初期小幅波动后快速降低的趋势。(2)围压通过限制裂纹扩展降低岩石损伤累积速率,高围压下岩石能承受更多级应力扰动,且恒压阶段蠕变特征更明显。(3)加载前期,岩石内部裂纹发育仅在既有损伤区域的重复压密破坏和临近区域少量微裂纹的发育,扰动后期随着轴力的升高会使得围压限制作用减弱造成裂纹快速扩展。(4)岩石内部在加载不同阶段微裂纹发育的数量、尺度的变化能有效的体现在声发射b值和ΔF值,与岩石损伤程度耦合度较高,可用来定量评估岩石损伤状态。研究结果可为工程岩体的围岩稳定和损伤评估提供一定的指导和借鉴。

关键词：岩石力学应力扰动力学特征裂纹发育声发射损伤指标

三维尺度下岩桥倾角与矿物结构对煤体损伤破坏影响研究

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岩石力学与工程学报 2024年

作者：王磊商瑞豪朱传奇刘怀谦袁秋鹏李少波陈礼鹏安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室

为探究三维尺度下岩桥倾角与矿物结构对煤体损伤破坏的影响，以原煤预制不同岩桥倾角的双裂隙试样为研究对象开展单轴加载试验，借助CT扫描设备对其压缩破坏过程进行阶段性扫描，采用阈值分割、三维重构等图像处理技术以及数字体积相关... 详细信息

为探究三维尺度下岩桥倾角与矿物结构对煤体损伤破坏的影响，以原煤预制不同岩桥倾角的双裂隙试样为研究对象开展单轴加载试验，借助CT扫描设备对其压缩破坏过程进行阶段性扫描，采用阈值分割、三维重构等图像处理技术以及数字体积相关方法分析受载煤样内部裂隙动态演化规律及变形损伤特性，并结合PFC3D模拟程序探究试样加载全程不同阶段的内部应力分布特征。研究结果表明：随着岩桥倾角的增加，煤样宏观强度呈现出逐渐减小的趋势；煤样受预制裂隙的影响，X、Y、Z向位移场演化特征存在差异，X向位移场中的局部高位移区随着加载由岩桥区域向端部转移，Y向位移场加载全程中局部高位移区始终徘徊在岩桥区域及预制裂隙周围，Z向位移场在各加载阶段均呈现出明显的分层现象，位移量小且均匀；不同岩桥倾角下双裂隙煤样主要包括3种裂纹扩展类型及4种贯通模式，根据裂纹的扩展路径及破坏面上受力特征，得到0°和90°岩桥倾角煤样破坏模式为张拉破坏，30°和60°岩桥倾角煤样破坏模式为拉剪复合破坏；新生裂纹扩展与矿物赋存状态的关系主要包括包裹型扩展、绕砾型扩展以及穿砾型扩展三种形式，其中，穿砾型扩展出现次数最多，包裹型扩展最少；通过模拟实验得到，含双裂隙煤样各个方向的受力特征在峰值阶段存在差异，当切片位置由试样外部向试样内部延伸时，Y、Z向及总应力数值均呈现出逐渐增大的趋势，而X向应力数值则呈现出先减小后增加的现象。

关键词：岩石力学岩桥倾角矿物结构 CT扫描颗粒流模拟损伤破坏

不同应变率下松软煤体动态压缩力学特征试验研究

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煤炭科学技术 2024年

作者：朱传奇王磊刘怀谦陈礼鹏张帅安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室

深部冲击荷载扰动极易诱发松软煤层围岩失稳事故。为研究不同应变率下松软煤体动态力学特征，针对淮南矿区潘一矿11518工作面松软煤体，压制φ50mm×25mm的圆柱形型煤试样，运用分离式霍普金森压杆试验系统，开展5组冲击速度下(0.30、0... 详细信息

深部冲击荷载扰动极易诱发松软煤层围岩失稳事故。为研究不同应变率下松软煤体动态力学特征，针对淮南矿区潘一矿11518工作面松软煤体，压制φ50mm×25mm的圆柱形型煤试样，运用分离式霍普金森压杆试验系统，开展5组冲击速度下(0.30、0.35、0.40、0.45、0.50MPa)煤体的动态压缩试验，获取煤体动态应力-应变曲线，计算破碎耗能及耗能密度，筛分不同粒径区间破碎煤体质量，分析煤体力学特征参数、能量耗散及破碎特征随应变率的变化规律，揭示煤体冲击破坏的应变率效应。研究结果表明：(1)在试验应变率范围内，煤体初始压密阶段均不明显，且随应变率的增高，弹性变形阶段曲线斜率缓慢增大，屈服阶段有所增长，软化阶段应力降幅增大。(2)煤体峰值应力、峰值应变、割线模量随应变率的增高均具有线性增大的变化特点，增幅分别为130.998%、111.335%、52.026%。(3)随应变率的增高，煤体破碎耗能及破碎耗能密度均呈指数增长，破碎耗能占比逐渐增大。(4)应变率越大，破坏后煤体小体积碎块越多，应变率由66.778 s-1变化到259.154 s-1过程中，碎块平均粒径由3.34mm逐渐降低至2.49mm，碎块分形维数由2.37缓慢增大到2.61，型煤与原煤(应变率为57.433～240.100 s-1)破碎特征随应变率变化趋势具有一致性。研究结果可为厘清松软煤体冲击动态力学响应过程、防控失稳灾害提供试验依据。

关键词：松软煤体应变率力学特征参数能量耗散破碎特征

裂隙发育过程对采动裂隙椭抛带压实区的影响研究

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煤炭科学技术 2024年第5期52卷 25-35页

作者：刘奇笪雨欣曹广勇李青海赵金海蒋长宝山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 山东省矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590 安徽建筑大学建筑结构与地下工程安徽省重点实验室安徽合肥230601 重庆大学资源与安全学院重庆400044

采空区瓦斯抽采的关键是了解工作面上覆岩层裂隙的演化过程。为了研究综采工作面覆岩采动压实区演化规律,高效进行煤矿采空区瓦斯抽采工作,以神东某矿区2207工作面为原型,通过物理相似模拟实验,利用自主研发的覆岩裂隙监测系统将图像进... 详细信息

采空区瓦斯抽采的关键是了解工作面上覆岩层裂隙的演化过程。为了研究综采工作面覆岩采动压实区演化规律,高效进行煤矿采空区瓦斯抽采工作,以神东某矿区2207工作面为原型,通过物理相似模拟实验,利用自主研发的覆岩裂隙监测系统将图像进行直方图均衡化增强和中值滤波去噪处理,获得二值化裂隙图像后利用分形理论定量描述裂隙率,对典型周期来压覆岩垮落裂隙率进行统计分析,建立了裂隙发育程度受工作面推进时间的时空函数和采动裂隙椭抛带压实区演变修正模型。结果表明:覆岩平均裂隙率变化符合DoseResp函数关系,裂隙的发育过程包括产生、扩展蔓延、压实闭合3个阶段,裂隙在产生、闭合这2个阶段发育速率较平缓,而在扩展阶段发育速率陡增。采空区上覆岩层裂隙场形成旧裂隙区、压实区和新裂隙区3个区域,裂隙发育周期的不同导致旧裂隙区与新裂隙区在发育状态、压实程度和空间形态上有着明显差异,这些差异导致了采空区覆岩非对称性下沉现象的发生。通过分析覆岩应力恢复与覆岩内部裂隙演变关系,进一步验证了采用DoseResp时间函数曲线可以很好的表现采空区上覆岩层裂隙异速演变特征。最后建立了考虑覆岩裂隙异速演变效应的采动裂隙椭抛带压实区修正模型,并结合现场工程实践,有效提高瓦斯抽取高位钻孔布置的准确性,为工作面的安全开采提供理论指导。

关键词：瓦斯抽采裂隙发育过程覆岩压实区物理相似模拟

远距离下保护层开采卸压增透效应及瓦斯抽采方案

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矿业安全与环保 2024年第2期51卷 1-9页

作者：杨科孙啸天刘帅郭鹏慧张寨男安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) 安徽合肥230031

针对深部远距离下保护层开采后上覆被保护层卸压及瓦斯治理难的问题,以朱仙庄煤矿Ⅲ1031工作面工程条件为背景,采用相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究了远距离下保护层开采过程中覆岩的应力演化规律、变形破坏特征和卸压增透效果。... 详细信息

针对深部远距离下保护层开采后上覆被保护层卸压及瓦斯治理难的问题,以朱仙庄煤矿Ⅲ1031工作面工程条件为背景,采用相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究了远距离下保护层开采过程中覆岩的应力演化规律、变形破坏特征和卸压增透效果。结果表明:保护层开采,产生延伸至被保护层的纵贯式穿层裂隙,基本顶发生平均步距15 m左右的周期破断,煤层压力先减小,采空区中部重新压实后,应力开始逐渐恢复;在围岩内形成应力增高区域,而应力在向采空区中部演化时,则以近似于弧状的应力递减圈形态发育。因煤层采动在采空区两侧形成离层裂隙发育区,为瓦斯流动提供通道,被保护层也因此得到卸压,其卸压率达到0.91,增透率增幅为5%~20%,被保护层出现明显卸压增透效应。为解决保护层开采后瓦斯需卸压抽采的问题,设计了穿层钻孔、顺层钻孔、高位钻孔配合拦截钻孔和采空区埋管的瓦斯抽采方案。

关键词：卸压增透瓦斯抽采远距离下保护层开采相似模拟数值模拟

1850—1949年湖北省霍乱流行的时空规律及影响机制

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地理学报 2024年第7期79卷 1661-1681页

作者：张涛陈志禹曾雨欣韩佳怡龚胜生华中师范大学地理过程分析与模拟湖北省重点实验室武汉430079 华中师范大学可持续发展研究中心武汉430079

霍乱是人类三大烈性传染病之一。基于历史医学地理学视角,收集整理近代霍乱史料和环境数据,使用M-K检验、小波分析、GIS空间分析以及结构方程模型等方法,对近代湖北省霍乱流行的时空规律及影响机制进行研究,结果表明:(1)1850—1949年间... 详细信息

霍乱是人类三大烈性传染病之一。基于历史医学地理学视角,收集整理近代霍乱史料和环境数据,使用M-K检验、小波分析、GIS空间分析以及结构方程模型等方法,对近代湖北省霍乱流行的时空规律及影响机制进行研究,结果表明:(1)1850—1949年间湖北省霍乱流行可分为晚清咸同时期(1850—1874年)、清末光宣时期(1875—1911年)、中华民国早期(1912—1927年)、中华民国中晚期(1928—1949年)4个阶段,霍乱流行的频度逐渐提升。(2)1850—1949年湖北省共有49个霍乱流行年份,1932年的霍乱疫情最严重,1942年后霍乱流行频度显著上升;霍乱流行主要发生在夏秋季节,存在35 a、19 a、10 a、5 a时间尺度的波动周期,其中10 a时间尺度为第一主周期,35 a时间尺度为第二主周期。(3)1850—1949年湖北省累计有58个县流行过霍乱,霍乱频度的县域集聚特征明显,高值区在武汉三镇及周边,低值区在鄂西地区;霍乱疫区沿江、沿湖从中部江汉平原向周边山区扩张,江汉平原为霍乱疫情最为严重的区域;霍乱疫情的分布重心在江汉平原腹心摆动,略呈由东南向西北迁移的趋势。(4)自然因素、灾害因素与人文因素共同影响近代湖北霍乱疫情的时空特征,海拔、人口、降水、河网和路网等的区域差异奠定了湖北霍乱疫情“东重西轻”的空间格局,战争、涝灾、旱灾、温度等的时间变迁塑造了湖北省霍乱疫情“后重前轻”的时间变化。本文为长时间序列霍乱疫情的研究,其研究结论对湖泊水系密集区域霍乱疫情的防控具有指导意义。

关键词：霍乱疫情时空规律影响机制近代湖北(1850—1949年)

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地下水源热泵回灌中大肠杆菌阻塞试验研究

太阳能学报 2024年第6期45卷 60-65页

作者：赵军田嘉诺安徽理工大学土木建筑学院淮南232001 安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室淮南232001

以地下水源热泵回灌过程中大肠杆菌堵塞作为研究对象,通过自主研发的砂层颗粒迁移-沉积试验系统观察大肠杆菌在多孔介质孔隙孔道内的运移、沉积。分别以石英石、玻璃珠作为多孔介质做对比性试验,通过试验得出:石英石颗粒不均匀,级配不良... 详细信息

以地下水源热泵回灌过程中大肠杆菌堵塞作为研究对象,通过自主研发的砂层颗粒迁移-沉积试验系统观察大肠杆菌在多孔介质孔隙孔道内的运移、沉积。分别以石英石、玻璃珠作为多孔介质做对比性试验,通过试验得出:石英石颗粒不均匀,级配不良,颗粒间的咬合力为大肠杆菌的沉积提供了“温床”,进而孔隙水压力呈现先增大后减小再稳定的状态;但玻璃珠颗粒粒径均匀,同时颗粒之间光滑,咬合力小,不利于大肠杆菌的沉积,孔隙水压力呈现陡减的现象。建立大肠杆菌渗透率衰减数学模型,将理论值和室内试验值进行数据拟合,从验证的结果看,所提渗透率衰减模型对预见微生物的迁移和沉积所引起的孔隙率减小是有效的。

关键词：水源热泵大肠杆菌堵塞回灌系统绿色节能

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区域地面沉降研究进展与展望

水文地质工程地质 2024年第4期51卷 167-177页

作者：朱琳宫辉力李小娟周超凡叶淼王海刚张可韩苗苗首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048 水资源安全北京实验室北京100048 城市环境过程与数字模拟国家重点实验室培育基地北京100048 地面沉降机理与防控教育部重点实验室北京100048 河北沧州平原区地下水与地面沉降国家野外科学观测研究站河北沧州061000 中国地质环境监测院(自然资源部地质灾害技术指导中心) 北京100081

地面沉降是全球性重大地质环境问题,区域差异性地面沉降已经对城市基础设施、线性轨道交通和地下空间开发利用形成重大威胁,制约着经济和社会的可持续发展。围绕区域地表形变信息获取、地面沉降演变机制和模拟方面的研究进展进行系统阐... 详细信息

地面沉降是全球性重大地质环境问题,区域差异性地面沉降已经对城市基础设施、线性轨道交通和地下空间开发利用形成重大威胁,制约着经济和社会的可持续发展。围绕区域地表形变信息获取、地面沉降演变机制和模拟方面的研究进展进行系统阐述,重点分析了InSAR形变监测和多源形变数据融合的区域地表形变信息获取技术,基于室内土工试验数据和长时序观测数据,利用相关分析、统计分析和机器学习等方法分析地面沉降演变与各影响因素的关系。在此基础上,探讨了地下水流场—土体变形模型、数理统计模型和机器学习模型等地面沉降过程模拟模型的优缺点。发现多源形变数据融合能够提高区域地表形变信息的时空分辨率,地质构造、地层岩性、地下水开采和动静载荷等影响因素的差异性是造成地面沉降差异性演化的机制,地面沉降数学模型的计算效率与可解释性难以兼顾是当前沉降模拟存在的主要问题。据文献检索,当前研究主要关注地下水超量开采引发的地面沉降。进而提出未来区域地面沉降研究方向:在气候变化叠加新水情、新数据背景下,充分融合遥感大数据与野外观测站实测小数据集,耦合基于物理机制的模型和机器学习模型,优化集成InSAR、GeoAI、云平台等技术的最新进展,揭示全球气候变化和人类活动综合作用下的区域地面沉降演变机制,为区域地面沉降防控和城市安全提供技术支撑。

关键词：地面沉降合成孔径雷达干涉测量演化机制机器学习耦合模型