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采空区场地高速铁路路基动力响应离散元数值模拟分析 被引量：2
1
作者 任连伟 王自强 +2 位作者 邹友峰 顿志林 杨文府 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第2期155-165,共11页
目的高速铁路穿越采空区场地存在重大安全隐患,为探讨采空区场地高速铁路路基的动力响应规律,方法利用3DEC离散元软件建立17组采空区场地高速铁路路基数值模型,分析不同列车荷载作用下路基内部的沉降变形和动应力分布规律,对比分析无砟... 目的高速铁路穿越采空区场地存在重大安全隐患,为探讨采空区场地高速铁路路基的动力响应规律,方法利用3DEC离散元软件建立17组采空区场地高速铁路路基数值模型,分析不同列车荷载作用下路基内部的沉降变形和动应力分布规律,对比分析无砟轨道和有砟轨道路基内部动力响应的分布差异,分析采空区开采宽度、厚度对动力响应分布规律的影响。结果与无砟轨道相比,有砟轨道路基内部的动应力幅值明显更高,但其动应力的衰减速率也更高;动应力、动位移的时程曲线沿着路基深度方向出现不断增大的相位差;路基内部动位移幅值随着荷载作用时间增加而逐渐增大,但增大的速度不断降低,动应力幅值基本保持不变;动应力、动位移幅值与列车轴重存在明显的线性关系,随着轴重增加而线性增大;采空区开采宽度、厚度越大,列车荷载造成的动位移幅值也越大,但当开采宽度大于一定数值后,动位移幅值反而出现减小趋势。结论列车荷载、路基轨道类型和采空区场地的差异都会对路基内部的动力响应分布情况产生影响,研究结果可为采空区场地高速铁路的安全运行提供理论参考。 展开更多
关键词 采空区场地 高速铁路路基 动应力 动位移 离散元
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采空区场地高速铁路路基变形控制研究现状与展望 被引量：26
2
作者 任连伟 宁浩 +3 位作者 邹友峰 顿志林 郭文兵 田忠斌 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2534-2547,共14页
我国煤炭产量高居世界首位,大量煤炭资源的开采,遗留了大面积的采空区场地。随着我国高速铁路的快速发展,一些关键线路难免会穿越采空区场地。采空区地基变形及高速列车密集动荷载下的活化变形对高速铁路安全运行存在着重大安全隐患。... 我国煤炭产量高居世界首位,大量煤炭资源的开采,遗留了大面积的采空区场地。随着我国高速铁路的快速发展,一些关键线路难免会穿越采空区场地。采空区地基变形及高速列车密集动荷载下的活化变形对高速铁路安全运行存在着重大安全隐患。如何保障采空区场地高速铁路的安全运营是关键问题,其中采空区场地高速铁路路基变形控制研究是该类问题的核心内容。首先从理论研究、现场实测、模型试验和数值模拟4种研究手段分别总结了国内外高速铁路路基动力学和采空区地表变形的研究现状;接着重点从高速铁路列车动荷载分布及传递规律、高速铁路路基工后沉降相关要求、采空区地基与高速铁路路基相互作用机理、采空区场地高速铁路路基变形问题的可行性研究等4个方面介绍了采空区场地高速铁路路基变形问题的研究;最后简要总结了高速铁路采空区地基治理技术及采空区场地高速铁路路基抗变形措施等相关内容,并结合太原—焦作高铁和合肥—福州高铁线路穿越采空区场地而采取的实际治理方案及路基抗变形措施加以说明。在现有成果分析的基础上,探究了高速铁路动荷载最大扰动深度如何确定、高速铁路采空区地基本构模型如何选择、相似模型试验列车动荷载如何施加和高速铁路采空区地基治理体系如何完善等相关问题,并展望了该领域的发展方向。 展开更多
关键词 高速铁路 采空区场地 路基 高铁动荷载 变形控制
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废弃蒸压砌块与煤矸石在煤矿采空区地基加固中的试验研究 被引量：7
3
作者 任连伟 李波 +2 位作者 邹友峰 顿志林 杨文府 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期51-62,共12页
随着社会发展,大量的废弃蒸压砌块与煤矸石对周边环境造成不良影响,为了保护环境和资源再利用,这些固体废弃物在注浆加固领域得到了有效利用。提出以废弃蒸压加气混凝土砌块和废弃煤矸石2种固体废弃物为主要材料,分别与水泥混合制成2种... 随着社会发展,大量的废弃蒸压砌块与煤矸石对周边环境造成不良影响,为了保护环境和资源再利用,这些固体废弃物在注浆加固领域得到了有效利用。提出以废弃蒸压加气混凝土砌块和废弃煤矸石2种固体废弃物为主要材料,分别与水泥混合制成2种不同的黏土采空区地基处理充填注浆浆液。试验采用混料配比方式,在凝结时间、黏度、析水率和结石率、流动性和抗压强度方面进行分析,最终选择配比最适宜采空区地基处理的注浆浆液。研究结果表明:废弃蒸压加气混凝土砌块-水泥浆液各组的凝结时间、黏度、析水率和结石率均符合作为采空区地基处理的注浆浆液标准,但在抗压强度标准上只能选择50%和60%的质量替代率;煤矸石-水泥浆液中煤矸石含量为70%和80%的质量替代率浆液在析水率、结石率和抗压强度不符合标准,故只能选择50%和60%的质量替代率的浆液配比;再从经济角度分析,2种浆液都应优选60%的质量替代率的浆液配比。最后,通过对2种浆液的凝结时间、黏度、析水率和结石率、流动性和抗压强度方面对比分析,宜选择煤矸石-水泥浆液用于煤矿采空区地基处理。 展开更多
关键词 采空区地基处理 废弃蒸压砌块 废弃煤矸石 注浆充填 固废充填
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高速铁路采空区地基“活化”分级方法及工程应用 被引量：11
4
作者 任连伟 宁浩 +2 位作者 顿志林 刘德华 杨文府 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第S02期401-413,共13页
随着我国高速铁路的快速发展,一些关键线路难免会穿越采空区场地,因此对于高速铁路选线等系列问题,采空区地基“活化”分级需要率先解决。以太焦高速铁路DK259+135.95-DK259+710.00线路段的下伏采空区为例,运用层次分析法和模糊数学的... 随着我国高速铁路的快速发展,一些关键线路难免会穿越采空区场地,因此对于高速铁路选线等系列问题,采空区地基“活化”分级需要率先解决。以太焦高速铁路DK259+135.95-DK259+710.00线路段的下伏采空区为例,运用层次分析法和模糊数学的基本原理建立了高速铁路采空区地基“活化”分级评判模型。首先确定了影响高速铁路采空区地基“活化”分级的5个大因素、19个因子,在此基础上提出了高速铁路采空区地基“活化”分级因素影响度的划分标准,并组合各因素影响度,提出了相对应的高速铁路采空区地基“活化”分级标准;采用层次分析法确定了影响因素及评价因子的权重,并通过德菲尔法、模糊统计和隶属函数相结合得出了评价因子的隶属度;同时初步分析了高速铁路采空区地基“活化”分级的典型特征;最后运用模糊综合评价法对该段采空区地基进行了“活化”分级,并确定了该段采空区地基为“必活化”。该模型的分级结论符合现场的实际工况,并为后期该段采空区地基采用注浆法治理提供了理论依据。该段采空区地基注浆治理后,又对其进行了二次“活化”分级,确定了注浆治理后的高速铁路采空区地基为“不活化”,这为太焦高速铁路安全运营提供了一种科学、合理的新论证。 展开更多
关键词 高速铁路 采空区地基 “活化”分级 模糊综合评判 影响度
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高速铁路采空区地基活化判据与工程实例分析 被引量：2
5
作者 任连伟 牛帅 +2 位作者 顿志林 邹正盛 宁浩 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第4期826-834,共9页
为探究高速铁路采空区地基活化问题,基于附加应力分析法,以引起叠加附加应力值等于5%岩土层自重应力的深度为附加应力影响深度,推导出高速铁路有砟轨道双线路堤段及路堑段在无列车、有列车情况下的附加应力影响深度计算公式,提出了以附... 为探究高速铁路采空区地基活化问题,基于附加应力分析法,以引起叠加附加应力值等于5%岩土层自重应力的深度为附加应力影响深度,推导出高速铁路有砟轨道双线路堤段及路堑段在无列车、有列车情况下的附加应力影响深度计算公式,提出了以附加应力影响深度与垮落断裂带深度大小关系为依据的采空区地基活化判别标准,并分析了高速铁路采空区稳定性影响程度的评价标准。以沁水煤田太焦高速铁路为工程实例,研究结果表明:高速铁路在采空区地基附加应力影响深度从大到小分别是列车交会、单车、无车;路堤段在采空区地基中附加应力影响深度大于路堑段;路堤段与路堑段在采空区地基中附加应力随深度衰减规律相同;随着路堤高度的增加,附加应力影响深度几乎成线性增加。 展开更多
关键词 高速铁路 采空区地基 活化判据 影响深度
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基于时间函数组合模型的采空区地表沉降动态预测及剩余变形计算 被引量：17
6
作者 顿志林 王文唱 +3 位作者 邹友峰 任连伟 顿志元 郭文兵 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第S01期13-28,共16页
当采空区场地进行高速铁路修建时,地表沉降动态精准预测和剩余变形计算对高速铁路的工程建设及安全运行尤为重要。针对单项时间函数在复杂采空区地表沉降动态预测中存在着适用范围有限、预测准确性和稳定性不高的问题,对Knothe、Weibull... 当采空区场地进行高速铁路修建时,地表沉降动态精准预测和剩余变形计算对高速铁路的工程建设及安全运行尤为重要。针对单项时间函数在复杂采空区地表沉降动态预测中存在着适用范围有限、预测准确性和稳定性不高的问题,对Knothe、Weibull、Logistic与MMF时间函数的曲线形态及参数物理意义进行了分析;为获取时间函数参数的全局最优解,建立了基于果蝇优化算法(Fruit Fly Optimization Algorithm,FOA)和模拟退火算法(Simulated Annealing Algorithm,SAA)的混合算法;引入以最小误差平方和为准则的最优非负变权组合模型,并构建了Knothe-Weibull、Knothe-Logistic与Knothe-MMF等6种不同的双项时间函数组合模型。并在地表沉降预测的基础上,给出了采空区场地剩余变形的计算方法。结果表明:所提出的混合算法具有收敛状态稳定、求解精度高的优点,适用于时间函数参数的求解问题。组合模型在预测准确性和稳定性上均优于组合中的单项时间函数,能够突破单项时间函数在复杂地质采矿条件预测效果不佳的局限性,较好地提升时间函数在预测中的精准度和适用度。此外,组合模型在已临近实测沉降值的情况下扩展了预测曲线的有效区间,并借助变权系数将单项时间函数在有效区间的信息进行筛选并重组,得到全程吻合实测沉降值的最优沉降预测曲线。其中,Knothe-Logistic函数模型的均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分比误差(MAPE)在3次预测中均最低,有效地解决厚松散层、薄基岩、浅埋煤层条件下采空区地表沉降动态精准预测问题。组合模型可为实现采空区场地高速铁路建设前地表沉降的稳定、高精度动态预测提供参考。通过基于Knothe-Logistic函数计算不同时刻地表点剩余变形得到的变化规律与实际开采过程相符合,剩余变形作为采空区场地地基变形的重要组成部分,可为采空区场地高速铁路建设的可行性评价提供一种依据。 展开更多
关键词 采空区场地 地表沉降 时间函数 组合模型 动态预测
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基于SVM的地下采煤区沉陷灾害发育敏感性分区研究 被引量：5
7
作者 薛永安 邹友峰 +3 位作者 张文志 张明媚 柳广春 宋明伟 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期108-118,共11页
地下采煤区沉陷灾害发育重点区预测目前尚无固定程式,且敏感区预测结果存在不确定性较大的问题。以山西省太原市西山地区沉陷灾害为研究对象,分别以2012年和2014年核查编录的沉陷灾害数据为建模数据和验证数据,以高程、坡度、坡向、地... 地下采煤区沉陷灾害发育重点区预测目前尚无固定程式,且敏感区预测结果存在不确定性较大的问题。以山西省太原市西山地区沉陷灾害为研究对象,分别以2012年和2014年核查编录的沉陷灾害数据为建模数据和验证数据,以高程、坡度、坡向、地势起伏度、地面曲率、地层岩组、地质构造为敏感性评价因子,综合运用GIS空间分析、统计分析和支持向量机(SVM)等方法,构建了4种核函数SVM沉陷灾害敏感性分区预测模型,分别从模型的评价因子权重、模型优选、敏感性分区预测结果、预测精度和模型适用性进行了分析。结果表明:多项式核函数SVM模型(PL-SVM)的训练精度(受试者特征曲线下面积AUC=0.854)与验证精度(AUC=0.755)均较高,模型预测能力良好,是4种模型中表现最好的模型,所划分敏感性分区结果合理,极高与高敏感区以较小面积分布较多沉陷灾害点,而低敏感区则以较大面积分布极少沉陷灾害点。PL-SVM模型预测的太原西山地区沉陷灾害发育极高、高、中和低敏感区的面积占比分别为:20.19%、17.43%、21.18%、41.20%,频率比值与敏感性等级之间呈良好的正相关,符合线性函数关系。PL-SVM模型敏感性评价结果可靠,适用性好,对地下采煤区沉陷灾害发育特征研究及灾害普查重点区预判具有参考意义。 展开更多
关键词 地下采煤区 沉陷灾害 敏感性分区 评价因子 支持向量机 预测模型 地质灾害
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