基于物理模拟试验的房柱式采空区变形特征研究

1

作者 刘亚明 谷天峰 +1 位作者 王闫超 杨烜宇 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期30-36,共7页

房柱式采空区具有采出率较小、留设煤柱较大的特点,其覆岩移动规律及地表变形规律与长壁式采空区差别较大,在煤柱失效情况下,地表会产生较大变形,威胁地面建构筑物的安全。为研究浅埋缓倾房柱式采空区覆岩和松散层的变形发育机制,基于PI... 房柱式采空区具有采出率较小、留设煤柱较大的特点,其覆岩移动规律及地表变形规律与长壁式采空区差别较大,在煤柱失效情况下,地表会产生较大变形,威胁地面建构筑物的安全。为研究浅埋缓倾房柱式采空区覆岩和松散层的变形发育机制,基于PIV图像处理技术和模块化组装思路,在室内建立物理模型开展物理模拟试验,反演了房柱式采空区覆岩和松散层的变形发育过程,分析了房柱式开采和煤柱失稳条件下覆岩和松散层的变形机制。研究结果表明:①房柱式开采条件下,浅埋缓倾采空区覆岩变形可划分为3个区域:“条带状”变形区域、“梯形状”变形区域和“倒漏斗型”变形区域。松散层中的变形呈“梯形状”发育。②煤柱失稳条件下,覆岩变形规律保持不变,松散层变形特征由“梯形状”发育为“漏斗型”,且随着失稳煤柱的增加,松散层变形增大,“漏斗型”变形区域由中心向两端逐渐扩展。③房柱式开采结束后,采空区顶板受力可简化为承受均布荷载的简支梁,在煤柱持续失稳的情况下,覆岩和松散层的静载将导致采空区顶板达到极限平衡状态,顶板破坏模式为拉破断,在拉应力作用下产生裂缝,但顶板并未完全断裂,采空区顶板形成一种带裂缝的悬臂梁结构。浅埋缓倾房柱式采空区煤柱失稳对地表变形影响剧烈,松散层变形与覆岩变形基本处于同一量级。 展开更多

关键词 房柱式 采空区 覆岩移动 松散层 地表变形

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煤柱失稳条件下浅埋房柱式采空区上覆地层变形特征

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作者 刘亚明 谷天峰 +1 位作者 杨烜宇 王闫超 《兰州大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期494-500,508,共8页

在煤柱失稳引起房柱式采空区顶板变形但未塌落的情况下,地表产生较大变形,威胁地面建筑物的安全.采用物理模拟和理论分析研究该条件下房柱式采空区上覆地层变形的发育机制,结果表明,房柱式采空区煤柱失稳后地表最大变形点与初期失稳煤... 在煤柱失稳引起房柱式采空区顶板变形但未塌落的情况下,地表产生较大变形,威胁地面建筑物的安全.采用物理模拟和理论分析研究该条件下房柱式采空区上覆地层变形的发育机制,结果表明,房柱式采空区煤柱失稳后地表最大变形点与初期失稳煤柱位置、采空区顶板裂缝处三者在竖直方向上相对应;在采空区顶板变形但未塌落的情况下覆岩变形可划分为“条带状”、“梯形状”和“漏斗型”变形区域.松散层变形为“漏斗型”发育;采空区顶板发生断裂前可视为均布荷载作用下的固支梁模型.在煤柱失稳条件下,岩梁跨中下表面拉应力区产生竖向裂缝,并垂直向上扩展,煤柱的持续失稳会导致岩梁沿原裂缝薄弱面发生破坏,最终导致岩梁发生拉破断.基岩变形发展至交界面时,松散层逐渐发生滑移-拉裂-剪切破坏,最终形成“漏斗型”破坏形态. 展开更多

关键词 房柱式 采空区 煤柱失稳 物理模型

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国省干线公路车辆运输碳排放分析及预测

3

作者 侯钢 杨烜宇 《山西交通科技》 2024年第2期131-135,共5页

在我国碳达峰、碳中和的目标要求下,普通国省干线公路的低碳运营是必然趋势。以山西省盂县国道239公路改建工程为例,基于项目决策阶段可行性研究报告中的内容和参数,研究了在车型、车速、交通量和路面纵坡影响下的公路车辆运输碳排放特... 在我国碳达峰、碳中和的目标要求下,普通国省干线公路的低碳运营是必然趋势。以山西省盂县国道239公路改建工程为例,基于项目决策阶段可行性研究报告中的内容和参数,研究了在车型、车速、交通量和路面纵坡影响下的公路车辆运输碳排放特征,提出了适用于国省干线公路估算车辆运输碳排放量的方法,以期为实现山西省普通国省干线公路双碳目标提供一些参考。 展开更多

关键词 国省干线公路 车辆运输 碳达峰 碳中和 碳排放

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降雨入渗对黄土拓宽路基变形影响的离心模型试验 被引量：3

4

作者 段丹军 杨烜宇 《交通科学与工程》 2023年第4期17-23,46,共8页

为探究降雨入渗对黄土拓宽路基造成与一般路基的变形差异,该研究以典型黄土路基及其拓宽路基为研究对象,建立离心试验模型,研究在降雨入渗条件下典型黄土路基及其拓宽路基的变形情况,同时监测这两种路基内部含水率及土压力的变化情况。... 为探究降雨入渗对黄土拓宽路基造成与一般路基的变形差异,该研究以典型黄土路基及其拓宽路基为研究对象,建立离心试验模型,研究在降雨入渗条件下典型黄土路基及其拓宽路基的变形情况,同时监测这两种路基内部含水率及土压力的变化情况。研究结果表明:在降雨入渗作用下,典型黄土路基顶面中心位置的沉降变形最大,而拓宽路基路肩位置的沉降变形最大,随着降雨量的增加,变形增加幅度逐渐变小;拓宽路基坡脚位置与地基均出现隆起变形,路基边坡中部位置内陷;路基内部含水率存在动态平衡过程,影响路基整体变形。 展开更多

关键词 道路工程 降雨入渗 黄土路基 拓宽路基 离心模型试验 沉降变形

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水-盐作用下红层砂岩声波特性劣化试验 被引量：6

5

作者 原鹏博 杨烜宇 赵天宇 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期227-234,共8页

水-岩作用是岩石表面风化、结构破坏以及强度降低的重要原因之一,也是岩土力学研究领域的经典问题。基于此,以甘肃兰州地区红层砂岩作为研究对象,进行了10次不同(盐)溶液下的干湿循环试验,研究了红层砂岩的声波劣化特征以及劣化机制。... 水-岩作用是岩石表面风化、结构破坏以及强度降低的重要原因之一,也是岩土力学研究领域的经典问题。基于此,以甘肃兰州地区红层砂岩作为研究对象,进行了10次不同(盐)溶液下的干湿循环试验,研究了红层砂岩的声波劣化特征以及劣化机制。结果表明:(1)随着干湿循环次数的增加,试样的质量逐渐减少,纵、横波速逐渐降低,这种变化在高浓度Na2SO4溶液中更为明显,且垂直层理试样比平行层理试样更容易劣化;(2)通过对岩石纵波的频谱特征分析,发现Na2SO4溶液条件下,岩石的能量损失较NaCl溶液更为显著。同种溶液,浓度越高,岩石的能量消散越大;(3)在劣化过程中,出现了2种形式破坏:端面剥蚀和沿层理的横向断裂和纵向劈裂;(4)微观结构分析表明,水-盐作用下岩石矿物颗粒的胶结变差,导致孔隙变大是影响红层砂岩声波劣化的主要原因。研究成果对于红层砂岩边坡长期稳定性评价具有较大的参考价值,同时,也为砂岩质文化遗产风化病害的评价、保护提供科学依据。 展开更多

关键词 红层砂岩 声波特性 水-岩作用 劣化机制

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模拟不同形态土-岩界面的直剪试验 被引量：5

6

作者 杨烜宇 王闫超 +1 位作者 陈辉 张必昌 《科学技术与工程》 北大核心 2020年第5期2030-2036,共7页

土-岩界面具有特殊的工程地质性质,为了研究土-岩界面的剪切特性,在实验室制备了若干不同形态接触面和不同材料性质的圆盘试样,开展室内直剪试验,并对剪切破坏面的颗粒分布和接触面剪切本构模型进行分析。研究表明:接触面的应力-应变曲... 土-岩界面具有特殊的工程地质性质,为了研究土-岩界面的剪切特性,在实验室制备了若干不同形态接触面和不同材料性质的圆盘试样,开展室内直剪试验,并对剪切破坏面的颗粒分布和接触面剪切本构模型进行分析。研究表明:接触面的应力-应变曲线呈现出弹塑性变化特点,利用指数型接触面摩擦本构模型,可以较好地反映剪切过程中接触面的应力-应变关系;剪切面颗粒在剪切过程中发生了破碎和移动,颗粒破碎所需的力大于移动所需的力,宏观上表现为抗剪强度的差异,颗粒重新分布及接触面闭合共同作用导致试样的法向变形;低法向荷载下,接触面强度低于两侧材料强度,随着法向荷载增大,接触面强度逐渐增大,其残余强度值位于两侧材料强度之间。 展开更多

关键词 土-岩界面 直剪试验 颗粒分布 本构模型

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不同强度准则对预测岩石抗拉强度的适用性 被引量：1

7

作者 杨烜宇 《山西交通科技》 2022年第3期42-46,50,共6页

巴西劈裂法广泛应用于测试岩石抗拉强度,利用弹性力学方法计算圆盘应力特征,可以间接得到岩石的抗拉强度。考虑了不同的破坏形态,对传统抗拉强度计算方法加以改进,并分别利用几种常见强度准则预测了岩石的抗拉强度:Mohr-Coulomb准则(M-C... 巴西劈裂法广泛应用于测试岩石抗拉强度,利用弹性力学方法计算圆盘应力特征,可以间接得到岩石的抗拉强度。考虑了不同的破坏形态,对传统抗拉强度计算方法加以改进,并分别利用几种常见强度准则预测了岩石的抗拉强度:Mohr-Coulomb准则(M-C)、Griffith准则、Lade-Duncan准则(L-D)和Hoek-Brown准则(H-B)。研究发现:a)巴西劈裂试验一般会出现3种形式的破裂迹线:非贯通迹线、直线型贯通迹线、非直线型贯通迹线,造成这种现象的主要原因是岩石自身的横观各向同性;b)圆盘的抗拉强度沿着水平方向自圆心向两侧逐渐降低,表现为非中心起裂的试样抗拉强度较低;c)由于H-B准则是基于试验数据提出的经验准则,因此其计算结果与试验结果误差最小;Griffith准则作为一种针对抗拉强度提出的准则,其计算结果与试验结果误差较小;L-D准则适用于真三轴应力状态,在不考虑中间主应力情况下,其结果偏差较大;M-C准则更多考虑试样的剪切破坏,因此在计算抗拉强度时误差很大。 展开更多

关键词 巴西劈裂 强度准则 抗拉强度

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临近地下室边墙挡土墙主动土压力解析解 被引量：2

8

作者 王闫超 丛璐 +3 位作者 杨烜宇 孙志杰 邱敏 张必昌 《科学技术与工程》 北大核心 2019年第23期193-198,共6页

随着工程建设的需要,特别是在临近地下室边墙修筑挡土墙时以半无限土体为基本假设的传统土压力计算公式不再满足需求。针对此类问题,以平面滑裂面为假设,将墙后土体分为上下两个隔离体,采用薄层单元法推导了临近地下室边墙挡土墙主动土... 随着工程建设的需要,特别是在临近地下室边墙修筑挡土墙时以半无限土体为基本假设的传统土压力计算公式不再满足需求。针对此类问题,以平面滑裂面为假设,将墙后土体分为上下两个隔离体,采用薄层单元法推导了临近地下室边墙挡土墙主动土压力计算的解析公式。公式考虑了墙土间黏聚力和摩擦角的影响,在特定条件下现行的土压力公式为特解,从而论证了计算方法的正确性。计算得到的黏性土极限破裂角不为定值;随着计算参数的变化而呈现不同的变化特征,因此在土压力求解时须重新计算破裂角。通过算例分析表明:在考虑墙土内聚力和摩擦角情况下,主动土压力明显小于朗肯解和文献解,其结果对实际工程有一定的参考价值。 展开更多

关键词 挡土墙 地下室边墙 主动土压力 解析解

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干湿循环条件下黄土边坡变形特性研究 被引量：2

9

作者 孙志杰 杨烜宇 《水利与建筑工程学报》 2022年第1期134-141,共8页

黄土边坡在遭受反复降雨-日照作用时,边坡坡表会发生剥落滑塌,导致坡体稳定性降低,且坡率不同对稳定性影响也不同。以不同坡率非对称黄土边坡为研究对象,采用模型试验方法模拟了干湿循环条件下边坡的变形破坏过程,探究了干湿循环下非对... 黄土边坡在遭受反复降雨-日照作用时,边坡坡表会发生剥落滑塌,导致坡体稳定性降低,且坡率不同对稳定性影响也不同。以不同坡率非对称黄土边坡为研究对象,采用模型试验方法模拟了干湿循环条件下边坡的变形破坏过程,探究了干湿循环下非对称边坡的变形响应特征及破坏模式。研究结果表明:非对称边坡在干湿循环累积效应下呈现不同的变形特征。缓坡变形早于陡坡,变形速率小于陡坡,缓坡破坏表现形式为小范围坡表剥落和整体牵引式缓慢滑移。陡坡破坏表现形式为坡顶和坡面裂缝发展,贯通,突发局部崩塌。黄土边坡设计时不仅要考虑综合坡率,还要考虑缓坡率带来的干湿循环坡表劣化问题,加强坡面防护。 展开更多

关键词 非对称黄土边坡 干湿循环 变形 光纤

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多节理石灰岩质高陡边坡崩塌落石分析

10

作者 马俊 郭晓丽 +1 位作者 田野 杨烜宇 《山西交通科技》 2022年第1期38-42,共5页

受初期成岩作用和后期构造作用影响,灰岩中节理发育,尤其在山区易形成高陡边坡。由于地形地貌条件制约,难以对这些边坡进行接触测量,而三维激光扫描作为一种准确的非接触测量手段,可以较好地解决这个问题。基于此,对太行山南麓灰岩质高... 受初期成岩作用和后期构造作用影响,灰岩中节理发育,尤其在山区易形成高陡边坡。由于地形地貌条件制约,难以对这些边坡进行接触测量,而三维激光扫描作为一种准确的非接触测量手段,可以较好地解决这个问题。基于此,对太行山南麓灰岩质高陡边坡进行调查,以其中具有代表性的边坡为对象,通过三维激光扫描,构建了边坡三维地质模型,以此为基础,进行了稳定性分析,建立了落石能量与边坡的关系,进行了基于可拓理论的多种影响因素风险分级,基于CAD二次开发了风险分级系统,并依据岩体受力特征和节理发育情况将岩体崩塌分为3类。研究结果对岩质边坡的崩塌评价具有一定的工程指导意义和理论价值。 展开更多

关键词 落石 风险评估 三维激光扫描 多节理

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不同干密度对兰州地区黄土毛细吸水影响的试验研究

11

作者 张文辉 杨烜宇 《地下水》 2018年第2期133-134,200,共3页

以甘肃省兰州市青白石乡的黄土为研究对象,通过对3组相同含水率,不同干密度(1.5,1.6,1.7)下的重塑试样进行毛细吸水试验,研究了干密度对毛细吸水的影响。研究发现:干密度越大,毛细吸水速率越慢,水分到达顶端需要的时间越长;试样底部的... 以甘肃省兰州市青白石乡的黄土为研究对象,通过对3组相同含水率,不同干密度(1.5,1.6,1.7)下的重塑试样进行毛细吸水试验,研究了干密度对毛细吸水的影响。研究发现:干密度越大,毛细吸水速率越慢,水分到达顶端需要的时间越长;试样底部的含水率最高,在26%~30%之间,含水率沿着试样向上逐渐降低,在试样中部4 cm处出现明显变化,0~4 cm含水率变化幅度大,4~8 cm含水率变化幅度小,说明毛细作用主要集中在试样的中下部分;在相同初始含水率条件下,干密度越小,毛细作用越明显。 展开更多

关键词 黄土 毛细作用 含水率 吸水高度

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卵石层与强风化砂岩层地基承载力研究

12

作者 祁万森 杨烜宇 《山西交通科技》 2019年第1期31-33,共3页

浅层平板载荷试验是一种测定地基承载力特征值的常用手段。以兰州地区某高层建筑不同地层岩性的地基为研究对象,针对天然卵石层和强风化砂岩层进行了浅层平板载荷试验。研究发现:天然卵石地基的地基承载力特征值要高于强风化砂岩层,由... 浅层平板载荷试验是一种测定地基承载力特征值的常用手段。以兰州地区某高层建筑不同地层岩性的地基为研究对象,针对天然卵石层和强风化砂岩层进行了浅层平板载荷试验。研究发现:天然卵石地基的地基承载力特征值要高于强风化砂岩层,由于强风化砂岩层遇水极易崩解,尤其在干湿循环作用下,非常容易发生劣化,因此,在进行浅层平板载荷试验的误差分析中,需要考虑排水对强风化砂岩层的影响;强风化砂岩层在试验中主要发生塑性变形,天然卵石层的性质较好,以弹性变形为主。施工过程中,需要对强风化砂岩层地基进行特殊处理,以保证其满足工程设计要求。 展开更多

关键词 卵石层 强风化砂岩 地基承载力特征值

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公路高陡边坡含软弱层灰岩的劣化特性研究 被引量：1

13

作者 杨烜宇 王闫超 孙志杰 《公路》 北大核心 2022年第6期316-324,共9页

奥陶系灰岩具有成岩作用好、强度高、脆性大的特点。而岩体由于其特殊的形成条件,在岩体中存在大量的矿脉结构,易受风化作用的影响;同时,节理发育也会导致岩体劣化。以太行山奥陶系灰岩为研究对象,进行了室内干湿交替试验,得到了石灰石... 奥陶系灰岩具有成岩作用好、强度高、脆性大的特点。而岩体由于其特殊的形成条件,在岩体中存在大量的矿脉结构,易受风化作用的影响;同时,节理发育也会导致岩体劣化。以太行山奥陶系灰岩为研究对象,进行了室内干湿交替试验,得到了石灰石的劣化特征,建立了波速与空隙之间的数学模型。研究表明:(1)岩样声波波速在干湿交替过程中逐渐减小,并且横波比纵波的变化更为明显,由此说明灰岩的剪切特性发生较强的劣化;(2)试验中存在3种不同的劣化形式,即原生裂纹发育、矿脉延伸和表面剥蚀,在研究中以矿脉延伸为主要劣化形式;(3)矿脉劣化主要表现为颗粒脱落和空隙延伸,减弱了声信号能量的耗散;(4)利用大开空隙率、抗拉强度和点荷载强度建立了灰岩的劣化模型,可见其呈“S”型增长(减小)。 展开更多

关键词 工程地质 奥陶系灰岩 抗拉强度 空隙率 劣化特征

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基于能量守恒确定岩体结构面的抗剪强度 被引量：7

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作者 杨烜宇 王闫超 +1 位作者 李景皓 张必昌 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S01期2674-2682,共9页

结构面是决定岩体力学性质的关键因素,确定其强度特性具有重要意义。基于能量守恒原理和莫尔–库仑强度准则,推导得出了岩体结构面抗剪强度的计算公式,通过室内直剪试验对其可行性进行验证,并与以往结构面强度准则进行对比,依据实际岩... 结构面是决定岩体力学性质的关键因素,确定其强度特性具有重要意义。基于能量守恒原理和莫尔–库仑强度准则,推导得出了岩体结构面抗剪强度的计算公式,通过室内直剪试验对其可行性进行验证,并与以往结构面强度准则进行对比,依据实际岩体构造提出了结构面抗剪强度的测试方法。研究表明:(1)岩体结构面在剪切过程中发生了摩擦、剪断、剪胀/缩等行为,遵循能量守恒定律,利用能量守恒原理和莫尔–库仑强度准则可以计算得到结构面的抗剪强度。(2)结构面形态特征对其抗剪强度有重要的影响,主要表现为起伏度、起伏角以及凸起部分所占比例。二维条件下,以长度为衡量标准,三维条件下,需要考虑凹凸区域所占面积比例。(3)通过测量结构面形态和结构面壁的强度参数,简化测试方法,可以间接计算出其抗剪强度。研究结果对岩体结构面强度测试和岩体稳定性评价具有一定的意义。 展开更多

关键词 岩石力学 能量守恒 结构面 抗剪强度 强度准则

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