采动区建筑物移动变形及附加应力数值模拟研究

通过对采动区建筑物移动变形及附加应力数值模拟研究，建立了建筑物移动变形与地表移动变形之间的系列关系式；总结出建筑物附加地基反力和附加水平应力的分布变化规律；无论建筑物位于地表下沉盆地什么位置，建筑物都是下部应力最大，要增大建筑物的抗变形能力，重点应对建筑物下部基础进行加固；地基越软，建筑物附加应力越小，适当软化地基可以减小建筑物的附加应力，从而达到保护采动区建筑物的目的。     

采动塌陷区建筑物地基变形影响区与特征分析

采动残余空洞裂隙的失稳变形是造成塌陷区上方建筑物损害的主要原因。为研究采动塌陷区建筑物地基的变形特征,通过分析附加应力与塌陷区残余空洞裂隙区的分布,对采动塌陷区地基变形影响区进行了研究。基于对采空塌陷残余空洞裂隙区的探测及建筑物地基附加应力分布分析,采动塌陷区地基变形影响范围取pz=0.1σz所对应的深度以上土层;当该深度下分布有残余空洞裂隙区时,则应取残余空洞裂隙区分布深度以上土层为采动塌陷区地基变形影响范围。根据义马某矿采动塌陷区建筑物分布,采用高密度电阻率层析成像勘探技术探测了建筑物周围残余空洞裂隙的分布,通过分析建筑物地基中的应力分布和地基变形影响区特征,阐明了采动塌陷区已建建筑物损害原因。通过研究影响拟建建筑地基中残余空洞裂隙和地基附加应力分布,表明拟建建筑将受塌陷区残余空洞裂隙失稳变形影响,需对地基基础进行加固或变更。     

采动影响区的建筑物地基及其稳定性评价内容的探讨

阐述了采动影响区建筑物的地基概念;结合现行的规程和规范,对采动影响区与建筑物地基的稳定性有关的工程地质条件、地基变形的动态发展、地表裂缝、地表移动活跃期与地表移动活跃等评价内容进行了讨论。     

采动区建筑物附加地基反力变化规律研究

为了研究采动区建筑物附加地基反力的变化规律，采用采动区建筑物地基、基础和结构协同作用力学模型，研究了建筑物位于采动区不同位置时附加地基反力的分布变化规律，指出地表曲率变形值是控制附加地基反力大小及分布形态的主导因素；并研究了建筑物长度、弹性模量、地基系数、开采厚度、建筑物高度等各种因素对建筑物附加地基反力的影响规律，同时建立了附加地基反力最大值与各影响因素之间的关系式.     

采动区建筑物地基、基础协同作用特性研究

在详细分析采动区建筑物移动变形和地基反力分布规律的基础上,研究了采动区建筑物地基、基础协同作用及对建筑物附加内力的影响。同时,分析了采动区建筑物保护措施合理性,对现有的建筑物附加内力许计算方法进行了改进,最后,提出了保护采动区建筑物的一些新设想。     

采动影响下高压线塔与地基、基础协同作用模型研究

采用理论分析的方法,建立了协同作用力学模型。在此基础上,根据采动区地表变形曲线和边界条件,求解独立基础高压线塔桁架结构的挠曲线微分方程,再由挠曲线方程求解高压线塔桁架结构附加变形和附加内力。研究表明：采动影响下地基、基础与铁塔结构的协同变形理论模型能更好地描述采动影响下高压线铁塔移动变形特征,可以计算采动影响下高压线路铁塔的移动变形及附加应力,并通过计算实例进行了验证。     

采动区可升降点式基础建筑物抗变形作用的研究

本文提出了采动区可升降点式基础建筑物在地表移动和变形作用下的设计思想，并推导出了其附加作用力计算的基本公式，此方案改善了传统的“条形基础抗采动房屋”的结构性能，使得建筑物能更有效地吸收和抵抗地表移动和变形，有效地保护采动区的建筑物。     

受采动曲率变形影响的地基对建筑物基础的力学作用

开采沉陷引起地表移动,建筑物基础与地基发生相互力学作用。为研究受采动曲率变形影响的建筑物基础的附加作用力,考虑了建筑物横墙荷载对纵墙基础的作用,提出建筑物纵墙地基反力的计算模型,推导出纵墙基础受到曲率变形影响下的附加作用力计算公式。研究结果表明:在正、负曲率变形的影响下,横墙荷载对纵墙基础附加弯矩的贡献不同,在地表正曲率变形作用下,横墙荷载增加了纵墙基础附加弯矩,而在地表负曲率变形作用下,反而可以减少纵墙基础附加弯矩。     

采动区桥体可靠性分析及抗变形技术研究

根据煤矿采动区地表沉陷变形规律和铁路桥结构特征，建立了合理的数值计算模型，研究了地下开采引起的地表移动变形对原桥体结构和地基产生的附加内力和附加变形的规律，提出了针对地表大幅度不均匀沉陷铁路桥的有效治理技术.通过现场实测研究受采动影响后桥体结构在动载荷作用下的动力性能；在桥下方工作面推进过程中，通过现场监测研究采动过程中桥体的安全可靠性.     

采动地表移动变形与建筑物损坏程度评价的再认识

实测数据分析的目的是认识地表移动规律和确定预计参数,而沉陷预计的目的是评价采动损坏程度。无论实测数据分析还是形变预计,地表倾斜、曲率和水平变形等主要指标都是基于下沉和水平位移2个移动分量;不均匀下沉在引起地表倾斜和曲率变形的同时,也会导致采动建筑物水平变形和破坏。通过分析起伏地形和不均匀沉陷在实时位形上对地表变形的作用关系,建立了地表水平和起伏条件下采动地表倾斜变形引起的地表水平变形表达式;以采动地表正曲率变形为例,分析确定了建筑结构长度、高度、最大挠度、挠度比与地表曲率的关系,定性给出了建筑结构顶部伸长量、拉伸变形及其影响规律;进一步分析了建筑结构与地基相互作用的反力分布以及拉伸和剪切作用下建筑物损伤破坏特征。在继承我国现行规范中采动建筑物损坏评价优点的基础上,针对硬性分级存在的不足以及I,IV级损坏再划分的模糊性,借鉴英国沉陷工程师手册中考虑建筑物结构长度影响的思想,建立了综合考虑水平变形、建筑物结构长度和挠度比的采动损坏分等定级指标体系;实验结果分析表明,同等采动地表变形条件下建筑结构越长其损坏越严重,证明该指标体系的损坏程度评价结果比现行规范中单纯考虑地表变形的方法更科学、客观,同时消除了原来I,IV级损坏再划分的模糊性和不确定性。     

采煤沉降区建筑结构稳定性分析

采煤沉降区面积较大或建筑平面面积较大时,建筑结构稳定性分析结果往往不准确,设计了一种新的采煤沉降区建筑结构稳定性分析方法。通过多源SAR数据融合,实现采煤沉降区的建筑地面监测,构建采煤沉降区的建筑结构有限元计算模型;通过有限元分析法实施建筑结构数值模拟,对建筑地基在建筑荷载作用下的土体空间实施受力分析,获取地基沉降和变形情况;通过模拟沉降区建筑结构应力场特征分析采煤沉降区的建筑结构稳定性。测试结果表明,设计方法的模拟准确度较高,且计算性能比较优越,能够满足设计需求。     

充填开采地表移动变形规律数值模拟分析

为了研究充填开采地表移动变形规律,简要介绍了地下开采引起的地表移动和变形5项指标对地表建筑物影响情况,分析了5项指标之间的内在联系和对地表建筑物造成破坏的直接原因,引入了地表“下沉梯度”和“水平移动梯度”的概念,从而对充填开采提出了新的评价指标和要求,在减缓地表下沉量和水平移动量的基础上,需要重点关注对梯度的控制情况。针对新阳矿十采区10203充填开采工作面现场条件建立FLAC3D数值模型,对比分析充填法和垮落法开采的地表移动梯度变化规律。研究表明:充填开采减小了地表下沉量和水平移动量,显著降低了地表下沉梯度和水平移动梯度,地表趋近于均匀下沉和连续变形,能够有效地保证地表建筑物的安全。     

采煤塌陷区土地建筑利用技术与工程应用

我国采煤塌陷区土地量大面广利用率低，加大对采煤塌陷区土地利用具有重要意义。为科学评估采煤塌陷区土地建筑利用的可行性和适宜性，采用理论计算和工程验证方法研究了塌陷区建筑地基的稳定性。在充分分析研究区下方老采空区特征和分布情况的基础上，采用概率积分法并选择合理的残余沉陷预计参数计算了该区地表后期的残余沉陷变形。采用地基附加应力法计算了新建建筑荷载在采空区上方地层中的影响深度，通过对比其与垮落裂隙带高度的空间位置关系来定量评价老采空区地基稳定性，并综合考虑地表倾斜变形指标确定建筑物高度。为确保建筑物安全使用，提出了基于地表残余沉陷变形的建筑物抗变形措施。研究表明：研究区后期将承受Ⅰ级残余沉陷变形，新建建筑荷载影响深度不会波及到垮落裂隙带范围，不会导致老采空区“活化”，实践效果验证了评价结论的可靠性；对采煤塌陷区进行工程建设利用和商业开发具有可行性，可以有效利用塌陷区废弃土地资源，生态效益和社会效益良好。     

采煤塌陷区土地建筑利用技术与工程应用

我国采煤塌陷区土地量大面广利用率低,加大对采煤塌陷区土地利用具有重要意义。为科学评估采煤塌陷区土地建筑利用的可行性和适宜性,采用理论计算和工程验证方法研究了塌陷区建筑地基的稳定性。在充分分析研究区下方老采空区特征和分布情况的基础上,采用概率积分法并选择合理的残余沉陷预计参数计算了该区地表后期的残余沉陷变形。采用地基附加应力法计算了新建建筑荷载在采空区上方地层中的影响深度,通过对比其与垮落裂隙带高度的空间位置关系来定量评价老采空区地基稳定性,并综合考虑地表倾斜变形指标确定建筑物高度。为确保建筑物安全使用,提出了基于地表残余沉陷变形的建筑物抗变形措施。研究表明：研究区后期将承受Ⅰ级残余沉陷变形,新建建筑荷载影响深度不会波及到垮落裂隙带范围,不会导致老采空区“活化”,实践效果验证了评价结论的可靠性;对采煤塌陷区进行工程建设利用和商业开发具有可行性,可以有效利用塌陷区废弃土地资源,生态效益和社会效益良好。     

抗变形钢筋混凝土圈梁的应用

村庄下压煤开采,造成地面房屋破坏。实行就地或就近重建抗变形结构建筑是解放村庄下压煤的有效途径。阐述在采动沉陷地区建造砖混结构,抗变形设计的一项有效措施,设置钢筋混凝土圈梁的精确计算方法,根据建筑物变形分析附加应力,并应用东庞矿区一栋抗变形建筑物设计的工程实例加以论述。     

基于3D打印技术的建筑物采动变形物理模拟试验

井下大规模开采将导致覆岩产生移动、变形乃至破坏，并在地表形成大范围的沉陷区，形成不良地基，在沉陷区上兴建建(构)筑物将存在着较大的安全隐患，掌握建(构)筑物与地表的移动变形相关规律是确保建筑安全的前提。以沉陷区建筑物为研究对象，分别采用3D打印技术模拟建筑结构、砂石材料模拟岩土结构，构建建筑与岩土的耦合物理模拟实验，研究了煤层开采造成的地基移动变形对建筑物二楼顶部、一楼顶部等各部位的采动响应。研究结果表明：3D打印技术能够较好地实现几何相似与力学强度相似相匹配的建筑模拟，3D打印建筑模拟材料力学强度影响因素：填充率＞材料性质＞打印角度＞打印厚度。     

村庄房屋下开采损害预计及对策研究

随着煤炭资源的大量开采,煤炭储量呈现出逐渐减少的趋势,建筑物下压占煤炭资源的开采已经成为一个重点的研究及应用技术。应用概率积分法模型预计王家岭矿首采区2个工作面开采对地表造成的移动变形,并分析了地表变形对地面建筑物的影响程度,最终根据建筑物损害程度给出相应的维护和处理措施。     

综放开采村庄房屋破坏规律与保护技术

为了解决综采放顶煤条件下地表移动剧烈,地表的移动变形值和动态变形值大的问题,在五阳煤矿7511工作面上方建立地表移动观测站,进行地表移动观测,选择了4处试验观测区进行房屋采动破坏观测,系统研究了综采放顶煤条件下村庄房屋破坏规律、村庄建筑物保护技术。结果表明:新建村庄经历了老采空区的残余沉陷变形影响和7511、7512综放工作面开采的采动波及影响,所有房屋没有出现裂缝。利用采空区上方塌陷区附近就近建设抗变形村庄,是合理解决综放开采条件下村庄下采煤的有效途径之一。     

采空区上方地基稳定性评价

 摘 要 为获得有效的老采空区地基稳定性评价方法,以淮北金岩、相南小区为例,根据收集的地质资料,应用概率积分法对采空区的沉陷变形及影响范围进行了定量评价;在结合建筑物荷载影响深度与老采空区冒落裂缝带发育高度相对位置关系的研究的基础上,对采空区上方地基的稳定性进行了定性评价,论证了在该小区建设建筑物的可行性;对采空区上方建筑物提出了相应的安全保护措施,为该小区建设提供了技术依据。