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| 編輯推薦： |
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本书相关研究成果对高速铁路穿越采空区工程实践具有重要理论指导意义和推广应用价值。
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| 內容簡介： |
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本书采用室内外试验、理论分析、数值模拟和现场监测等综合研究方法，对高铁穿越采煤沉陷区稳定性及采空区地基累积变形机理进行研究，主要研究内容：(1) 贵南高铁采空区特征勘察；(2) 贵南高铁采空区地表变形及监测；(3) 考虑断层效应的采空区场地稳定性；(4) 太焦高铁地基缩尺模型尺寸效应；(5) 采空区地基与轨道结构变形耦合映射关系；(6) 高铁采空区地基动力响应特性；(7) 降雨与动荷载耦合作用采空区地基累积变形机理等。本书可供从事与高铁穿越采空区场地相关的铁道工程、岩土工程、交通工程、采矿工程以及建筑地基与基础工程等设计、施工、监测的工程技术人员参考使用，同时，也可作为大学师生和科研院所相关人员的参考书。
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| 關於作者： |
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王树仁，二级教授，博导，河南省特聘教授，河南省土木工程重点学科带头人。主要从事岩土工程、岩土力学和数值计算等科研与教学工作。主持及完成4项国家自然科学基金项目(51774112; 51474188; 51074140; 51310105020)；荣获国家科技进步二等奖1项，省级科技进步一、二等奖7项；第一(通讯)作者发表期刊论文SCI65篇/EI75篇；出版中英文专著12部、教材2部。
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| 目錄：
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第1章绪论
1.1引言
1.2国内外研究现状
1.2.1高铁穿越煤矿采空区勘察技术研究
1.2.2煤层开采地表变形与沉降规律研究
1.2.3采空区地基及路基的动力响应特征研究
1.2.4高铁下伏采空区地基累积变形机理研究
1.2.5采空区地基与高铁轨道结构耦合变形对应关系
1.2.6采空区地基沉降预测模型建立及其稳定性评价
1.3本书主要研究内容
第2章贵南高铁采空区特征勘察
2.1工程概况
2.1.1地形地貌与地质构造
2.1.2气候条件与水文地质
2.1.3土体胀缩性与地震效应评价
2.1.4煤矿开采利用情况与采空区特征调研
2.2采空区钻探勘察
2.2.1钻探方法
2.2.2钻孔布置
2.2.3钻探结果分析
2.3采空区物探勘察
2.3.1物探方法选取
2.3.2物探测线布置
2.3.3物探数据处理
2.4钻探结果与物探结果对比分析
第3章软岩地层物理力学特性试验
3.1岩土体物理力学性能试验
3.1.1单轴压缩试验
3.1.2侧向约束膨胀试验
3.1.3崩解试验
3.1.4劈裂试验
3.1.5抗剪试验
3.1.6声波测定试验
3.2软岩黏土矿物成分及结构特征
3.2.1X射线衍射试验
3.2.2电镜扫描试验
3.3岩土层物理力学指标及围岩分类评价
3.3.1物理力学指标
3.3.2围岩分类评价
第4章采空区地表变形及考虑断层效应的采空区场地稳定性
4.1贵南高铁采空区场地地表移动与变形
4.1.1开采沉陷预计系统
4.1.2计算范围选取
4.1.3计算参数确定
4.1.4计算结果分析
4.2煤层开采后地表变形与沉降规律分析
4.2.1数值模拟方法
4.2.2计算模型构建
4.2.3模拟结果分析
4.3考虑断层效应的采空区场地稳定性分析
4.3.1有限元模型构建
4.3.2高铁动荷载施加
4.3.3动力特性分析
4.3.4沉降变形分析
第5章基于PSP-InSAR高铁下伏老采空区稳定性监测分析
5.1PSP-InSAR测量技术及优势
5.1.1InSAR测量技术的原理
5.1.2传统InSAR形变测量法
5.1.3PS-InSAR形变测量方法
5.1.4PSP-InSAR形变测量方法
5.2PSP-InSAR监测结果分析
5.3采煤沉陷区已有建筑物变形调查
5.4采空区地表残余变形分析
第6章采空区场地高铁地基缩尺模型的尺寸效应分析
6.1工程概况
6.1.1太焦高铁概况
6.1.2矿山采空区情况
6.1.3工程地质条件
6.1.4高铁下伏采空区地基适宜性判别
6.2高铁地基能量衰减应力波分析与表征
6.2.1能量衰减应力波解析表征
6.2.2土层界面能量波衰减规律
6.2.3数值模拟验证分析
6.3高铁地基能量衰减与尺寸效应关联分析
6.3.1构建数值计算模型
6.3.2不同条件下均质地基能量衰减与尺寸效应分析
6.3.3层状地基土层界面的能量反射与尺寸效应分析
6.4高铁地基能量衰减与尺寸效应试验验证分析
6.4.1缩尺模型相似原理
6.4.2室内模型试验设计
6.4.3室内模型试验验证
第7章采空区地基与轨道结构耦合变形对应关系
7.1考虑地基沉降的轨道—路基系统力学模型
7.1.1地基与轨道系统耦合变形力学模型
7.1.2地基短梁路基的倾斜变形计算分析
7.2采空区地基与轨道结构变形对应关系计算模型
7.2.1地基—路基—轨道数值模型
7.2.2高铁移动荷载施加
7.2.3计算模型的边界条件
7.2.4路基—轨道层间接触
7.3采空区地基沉降与轨道结构变形对应关系
7.3.1地基不均匀沉降对轨道结构变形影响分析
7.3.2不均匀沉降对路基与轨道间离层影响分析
7.3.3不同工况条件下轨道结构变形时空效应分析
第8章高铁下伏采空区地基动力响应特性数值计算分析
8.1高铁动荷载波形加载设计方法
8.2高铁下伏采空区地基压力分布特征
8.2.1构建有限元计算模型
8.2.2采空区地基压力分布特征分析
8.3高铁下伏采空区地基动力学响应特性分析
8.3.1动位移分布特征分析
8.3.2加速度分布及衰减规律分析
8.3.3动应力分布及影响因素分析
8.4采空区地基动应力与累积变形
8.4.1采空区地基累积变形特征分析
8.4.2采空区地基动应力与累积变形关联分析
第9章高铁下伏采空区地基动力响应特性相似模型试验
9.1相似模型试验台及加载系统
9.2相似模型试验设计
9.2.1相似条件设计
9.2.2相似材料的力学特性及配比
9.2.3建立物理模型
9.2.4动力加载系统
9.2.5监测点布置及数据采集
9.3采空区地基动应力分布特征分析
9.3.1不同列车轴重下采空区地基动应力分布特征分析
9.3.2不同加载频率下采空区地基动应力分布特征分析
9.4采空区地基振动加速度分布及频响特征分析
9.4.1采空区地基振动加速度分布特征分析
9.4.2采空区地基加速度响应特性频域分析
第10章不同工况条件下高铁采空区地基累积变形机理
10.1高铁下伏采空区地基岩层结构特征
10.1.1采空区地基结构稳定性分析
10.1.2采空区断裂岩层稳定性分析
10.2相似模型试验变形监测系统
10.3高铁下伏采空区地基累积变形特征
10.3.1采空区地基结构演化特征分析
10.3.2采空区地基累积变形规律分析
10.4降雨与动荷载耦合作用下采空区地基变形特征
10.4.1降雨装置模拟及布置
10.4.2降雨与动荷载耦合作用下采空区地基结构演化特征分析
10.4.3降雨与动荷载耦合作用下采空区地基累积变形机理
参考文献
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| 內容試閱：
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中国高铁是一张闪亮的“中国名片”，不但建立了全套完备的高铁技术体系，而且实现了从“追赶”到“领跑”的关键性转变。随着我国“八横八纵”高铁路网建设密度的增大，可利用土地资源日益减少，一些高铁线路不得不跨越煤矿采空区。例如，呼和浩特至南宁的呼南高铁国家纵向主干线设计速度250~350 km/h，呼南高铁太焦段穿越山西省沁水煤田采空区场地达到50 km，呼南高铁的贵阳至南宁段也存在穿越采空区优化线路问题。高铁列车穿越受损伤的采空区地基，加之轨道路基与采空区地基复合结构的反复振动，不但削弱其动力稳定性，而且可能产生超限的累积变形，严重时可导致轨道路基结构失稳破坏。采空区场地特殊的岩土工程条件，使高速铁路穿越采空区路基沉降和病害等问题变得更为突出、更具风险。因此，针对高铁沿线灾害和安全隐患管控需求，进行高铁循环动荷载作用下采空区地基动力响应特性及其累积变形机理研究，是中国高铁建设及运维亟待解决的富有挑战性的难题。
地下煤炭资源的大量采出，导致采空区上覆岩土体产生冒落、断裂和弯曲变形，采空区覆岩力学强度损伤致使采空区上覆岩土体的承载能力下降。在高铁循环动荷载的反复作用下，采空区地基产生的附加应力有可能打破采空区受损覆岩应力的相对平衡状态，重新活化采空区，致使地表产生附加移动和累积变形，进而导致高铁轨道结构产生不均匀与非连续变形、局部开裂、倾斜，直至采空区覆岩坍塌等灾变性破坏，严重影响采空区上方高铁线路的规划和建设，对建成后高铁线路的正常运营、养护和维修构成严重的潜在风险和安全隐患。未来中国高铁要从“走得了”到“走得好”，实现穿越采空区场地高铁线路的安全、平稳运维，将面临诸多新的挑战。由于高速铁路对工后沉降要求极为严格，呼南高铁太焦段线路穿越的采空区场地虽然对勘察出的采空区进行了注浆等处治措施(通车后又发现了未探明的采空区)，但难以从根本上改变采空区地基为受采动损伤岩土介质的特性。在高铁循环动荷载作用下，采空区地基动力响应特性、波动能量的传播与耗散规律、波动荷载诱发采空区地基产生累积变形的机理等问题仍需要进一步深入研究。虽然对于高速铁路列车-轨道-路基协同作用、煤矿采空区稳定性方面的研究已取得较多成果，但是，在高铁循环动荷载作用下，采空区地基损伤变形与其所依赖的力学传递路径密切相关，使得受动荷载影响的采空区地基应力扩散、损伤演化特性及其累积变形机理研究尚处于经验摸索和个性化研究阶段，缺少深入、系统化的研究。
因此，本书采用室内外试验、理论分析、数值模拟和现场监测等综合研究方法，对高铁穿越采煤沉陷区稳定性及采空区地基累积变形机理进行研究，主要研究内容包括： ①贵南高铁采空区特征勘察； ②贵南高铁采空区地表变形及监测； ③考虑断层效应的采空区场地稳定性； ④太焦高铁采空区地基缩尺模型的尺寸效应分析； ⑤采空区地基与轨道结构耦合变形对应关系； ⑥高铁下伏采空区地基动力响应特性数值计算分析； ⑦降雨与动荷载耦合作用采空区地基累积变形机理等。研究成果可以为助跑中国高铁提高本质安全和减灾防灾能力提供理论依据和技术支撑，具有良好的工程应用前景。
在本书出版之际，衷心感谢中国科学院院士何满潮教授，中国工程院院士蔡美峰教授，北京科技大学王金安教授，河南理工大学邹友峰教授、杨小林教授、刘希亮教授、丁亚红教授、邹正盛教授、顿志林教授、李振华教授、田忠斌教授、杨文府教授、张盛教授、马伟斌研究员等的指导； 作者指导的研究生曹杨、朱珍、管晓明、张鹏等撰写了部分内容； 书稿部分试验得到了任连伟、张文志、龚健、李志超、张纪云、郝晓阳、陈宇博、徐峰以及加拿大谢布克大学陈文学、澳大利亚科廷大学李丹琦等的支持和帮助； 同时，还得到其他老师和同事的大力支持和帮助，在此一并深表感谢和敬意！
本书的出版得到了国家重点研发计划(2018YFC1505302)、国家自然科学基金项目(U1810203，51474188，51708317)、国家留学基金委项目［2023］21、河南省自然科学基金重点项目(232300421134)、南宁市重大应急工程项目(B2016033)、中原科技创新领军人才计划项目（244200510005）、河南理工大学国家级重大科研成果培育项目(AQ20230103，NSFRF200202)
、中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心项目（J2013G009； J2014G004）的资助，得到了高速铁路线路工程重点试验室、煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心、河南省地下空间开发及诱发灾变防治国际联合试验室、河南省地下工程及灾变防控重点试验室、山西省煤炭地质物探测绘院有限公司、南宁市勘测设计院集团有限公司以及广西大学的支持，在此表示感谢。
本书共10章，其中第1章（部分内容）、第6~10章由王树仁、石坤鹏编写，第1章（部分内容）、第2~5章由王旭春和张广招编写。全书由王树仁和王旭春统稿，并负责终审。限于时间和编者水平，书中难免存在错误和不妥之处，恳请专家、学者不吝批评和赐教。
编者
2023年11月
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