土结相互作用的地基沉降和结构内力计算方法

基础不均匀沉降将在上部结构内产生附加内力,而且地基变形也是随施工过程逐渐累积的过程．然而,常规计算方法既没有充分考虑上部结构、基础、地基之间的共同作用,也没有反映施工过程对结构内力的影响．针对上述问题,笔者推导了施工过程中地基变形和结构内力的计算公式,提出了考虑土结相互作用并模拟施工过程的实现方法．为研究地基变形和结构内力提供了手段,对采动区土地复垦及抗变形建筑物的设计、施工,防止或减轻地基变形对建筑物的损坏等具有重要现实意义．     

采动区铁路桥的可靠性研究

根据煤矿采动区地表沉陷变形规律,建立合理的数值计算模型,研究地下开采引起的地表移动变形对原设计的桥体结构和地基产生的附加内力和附加变形规律,分析桥体在受采动影响后结构和地基的可靠性,研究有效的加固改造方案,确保在采动引起的地表不均匀、大幅度沉陷过程中桥体的安全可靠.     

钢网架与混凝土框架混合结构在采空区的应用

结合钢网架与混凝土框架结构的实际工程项目,考虑采空沉降区变形对结构内力的影响,采用MIDAS/Gen软件,建立钢网架与下部钢筋混凝土框架结构的整体模型,输入采空区地表变形,提取网架各杆件的内力,分析采空区变形对网架内力的影响大小。给出采空沉降区使用钢网架与混凝土框架结构体系的可行性结论,对相关结构设计提出设计建议。     

采动引起的地表变形对框剪结构的影响

利用通用有限元计算软件ANSYS进行分析,采用固定支座模型,人为地给柱脚支座以支座沉陷,以此模拟不均匀沉降.对框剪结构在采动引起的3种不同地表变形作用下进行了计算,得出了结构在不同地表变形作用下,上部结构内力的变化及分布规律.为研究采动影响下地表变形对建筑物的影响提供参考.     

跨采巷道围岩应力集中系数解析

为了确定上覆工作面采动对底板巷道稳定性的影响程度,首先,以海孜煤矿7煤工作面开采为例,根据其工作面支承压力分布形态,基于弹性力学理论建立了底板应力分布的力学模型,分析了采动支承压力在底板中的传递规律,并将采动支承压力与巷道围岩应力有机结合在一起,得到了上覆工作面开采过程中,底板巷道围岩的最大、最小主应力集中系数的变化规律,开采过程中围岩最大主应力集中系数的极值为1.28;其次,应用数值模拟软件FLCA3D建立了跨采巷道计算模型进行了验证,得出巷道围岩最大主应力集中系数极值为1.22,结果证明理论模型是可靠的。此模型可为底板巷道围岩控制提供基础的理论和技术支持。     

采动区地面建筑物破坏原因分析及防护

本文分析了采动区不同地表变形对地面建筑物影响的破坏原因,总结了对新建、现役建筑物抗地表变形的方法,提出了采动区建筑物抗地表变形的几点建议,为采动区建筑物的研究和发展提供了科学的参考。     

平缓反倾采动滑坡形成的地质力学模式研究——以贵州省马达岭滑坡为例

 马达岭滑坡是典型的采矿诱发型滑坡,自然斜坡为平缓反倾层状结构。以马达岭滑坡为原型,采用物理模拟方法,研究两层开采条件下采动斜坡的变形过程,并分析该类斜坡变形破坏的地质力学模式。研究表明：煤层开采后采空区边界上覆岩体产生应力集中,导致采动裂隙首先产生于该部位,以陡倾竖向倾倒式裂隙为主,裂隙向采空区中部扩展并逐渐形成离层裂隙和剪切裂隙;变形稳定后采空区上覆岩层弯曲,在地表形成沉陷区;受采空区上覆岩层沉陷的推挤作用,外侧坡体沿煤层向坡外滑移,导致坡体下部隆起。该类斜坡变形破坏的地质力学模式可以分为：弯曲–拉裂(“表生”改造阶段)、塑流–拉裂、蠕滑–拉裂3个阶段。     

采动区地面建筑物破坏原因分析及防护

本文分析了采动区不同地表变形对地面建筑物影响的破坏原因，总结了对新建、现役建筑物抗地表变形的方法，提出了采动区建筑物抗地表变形的几点建议，为采动区建筑物的研究和发展提供了科学的参考。     

厚表土层下采煤对地表及铁路桥的影响分析

以淮南某矿区为例,用有限元分析了厚表土层下煤矿开采引起的地表沉陷、地表倾斜、水平移动及孔隙水压的变化规律,总结了地表移动的基本特征和相关参数;同时分析了位于该矿首采区的铁路桥因地表变形产生的附加内力的变化,为采动区的建筑物保护提供了科学依据。     

基于应力–渗流–损伤耦合效应的断层活化突水机制研究

 基于大量煤矿断层突水案例的系统调查分析和归类统计,研究充填型断层滞后突水的灾变演化机制,分析采动条件下断层形态产状、充填性、导水性的变化及其对断层活化突水通道形成过程的影响。以承压水下开采的充填断层为例,分析充填介质距含水层远近的弹性区和应变软化区的力学特性和渗流特征,将水致弱函数引入充填介质的剪应力和变形的本构关系中,建立断层充填结构滑移突水的燕尾突变模型,由系统势能函数的分叉集导出突水灾变演化路径的主控因素;对于承压水上开采的充填型断层,分析充填介质失效过程的渗流损伤特征。考虑充填介质的压剪和拉剪双重破坏准则,引入适合描述充填介质损伤前后阶段的应力–渗流–损伤耦合方程,采用有限元数值仿真真实再现采动应力扰动和高压承压水双重作用下底板采动裂隙演化、断层介质活化直至突水通道形成的灾变演化过程。通过对不同断距和倾角的断层突水过程的仿真分析,揭示突水通道形成过程中岩体应力场、渗流场以及损伤场的耦合效应,实现对不同突水通道形成轨迹的路径记录和准确定位,归纳出断层活化突水的4种典型破裂通道类型。研究结论对我国煤矿突水机制与灾害防治的认识具有一定的指导和借鉴意义。     

Combined prediction model for mining subsidence in coal mining areas covered with thick alluvial soil layer

The entire overburden stratum above a coal mining area is considered to be composed of an alluvial soil layer and a bedrock layer. In underground mining, alluvial soil has a major effect on ground subsidence. This effect is especially significant and not negligible when the alluvial soil accounts for a large proportion in the entire overlying stratum of coal mining areas covered with thick alluvial soil (CMATASs). In this study, the applicability of the most popular probability integral method (PIM) used for CMATASs was analyzed, and it was found that the PIM is not suitable for ground subsidence prediction in CMATASs for two main reasons: (1) the subsidence basin range predicted by the PIM was smaller than the measured range; thus, the predicted basin converged more rapidly than the measured basin at the edges. (2) Poor fitting results were obtained at the subsidence basin edge. The mechanism of mining subsidence in CMATASs and the reasons why the PIM is not suitable for CMATASs were investigated in terms of the internal deformation and crack (void) distribution within the rock mass induced by underground coal mining. The results indicate that the alluvial soil is compacted and then subsides under vertical compression deformation, which increases ground subsidence. The bedrock is subjected to the weight/load of the thick alluvial soil layer. Because of the vertical compression deformation inside the rock, its internal voids (spaces) are compacted; thus, the replaced voids (spaces) are transferred to the ground surface, resulting in an increase in ground subsidence. However, the effect of the alluvial soil on ground subsidence cannot be detected by the PIM; moreover, the PIM is unable to represent the mechanism of the mining subsidence in CMATASs. Thus, the PIM cannot be used for predicting subsidence in CMATASs. To precisely calculate subsidence in CMATASs, we propose a combined prediction model (CPM) for mining subsidence in CMATASs based on soil mechanics and stochastic medium theory. The new CPM was applied to the mining process in the Huainan Coal Mining Area. The calculation results show that subsidence predicted by the CPM better fits the measured subsidence values, with a relative error of 4.9%, and that the fitting accuracy is improved by 18% compared to the relative error of the PIM (6.0%). Thus, the proposed CPM is more suitable for predicting ground subsidence caused by underground coal mining in CMATASs, and can be used to provide more accurate predictions for ground subsidence in similar coal mining areas.     

软岩地层深部开采地表下沉分析

针对软岩地层深部地下大面积开采岩体移动变形预测问题,利用弹塑性力学理论建立了相应的预测分析理论模型。用所建立的弹性理论模型对某铁矿地表移动变形进行了计算分析,并将理论预测结果和实测资料进行了对比。文中用弹塑性有限元法分析了不同弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角等物理力学参数对地表下沉的影响;对软岩地层深部开采地表移动进行了计算分析。结果表明,弹性模量对地表下沉影响较大,而其他参数影响较小。结果表明,弹塑性力学方法适用于分析软岩地层大面积开挖岩体移动预测问题。     

基于概率积分法的开采沉陷预计分析

首先介绍了概率积分法计算地表移动变形的基本原理,其次运用VB语言编制了计算矩形工作面地表移动变形的预计程序,并结合鲍店泗河堤坝下采煤实例,预计了堤坝沉陷及变形量,并计算了堤坝回填土方量,以期为矿区开采奠定基础.     

顺层岩质斜坡开采沉陷预测模型研究

为有效预测地下采矿诱发山区顺层斜坡的沉陷变形,在分析概率积分法水平地表开采沉陷的基础上,以与岩层、矿体的倾角相同或者相近的顺层岩质坡体为研究对象,建立单元体开采和半无限开采情况下顺层岩质倾斜地表的开采下沉变形预测模型,并给出预测模型的解算过程及步骤。通过2个矿山开采沉陷实例,将预测模型的解算结果分别与现场实测数据、相似模拟试验观测数据进行对比分析,结果表明:预测结果与现场实测下沉量吻合良好,与相似模拟试验观测下沉曲线形状相似,最大下沉量基本一致,符合试验原型的实际情况,预测结果能够反映顺层倾斜地表开采沉陷的情况,预测模型具有较好的适用性。     

空间门式刚架抗地表变形研究现状及发展趋势

分析了忽略蒙皮效应的空间门式刚架的研究现状、蒙皮效应的研究现状及门式刚架抗地表变形研究现状,提出空间门式刚架抗地表变形研究存在的问题及发展方向,为采矿区新建门式刚架轻钢房屋结构设计提供了理论指导。     

厚松散层重复开采地表移动变形特征比较与分析

根据某矿厚松散层、大采深、长工作面、机械化采煤条件下2个初采和1个重复开采工作面观测站实测资料,通过移动变形计算和规律分析,获取了基于概率积分法的地表移动变形预计参数,从地表移动持续时间、下沉状态、地表移动盆地特征、概率积分法参数等方面总结了重复开采与初采时地表移动变形规律的差异,为类似地质采矿条件下的重复开采地表移动变形规律分析提供参考。     

开挖沉陷地表变形可视化计算分析系统研究

建立开采沉陷预计计算与分析的模型，实现实测多点数据拟合分析、一般条件下的地面变形计算、山区地面变形计算、条带开采引起的地表变形计算及采留宽计算的可视化系统计算分析。本计算系统主要是运用数据之间的软件流进行数据的转换和传递，计算出沿下沉盆地的走向与倾向主断面的移动和变形分布规律以及受开采影啊的地表任意点的移动和变形值，此系统的应用对资源与环境的评价具有实际意义。     

火灾下钢筋混凝土框架结构高温力学性能数值模拟研究

建立一个单层双跨钢筋混凝土框架模型,基于钢筋和混凝土材料的热工性能和高温力学性能,运用ABAQUS 有限元软件对框架结构进行单室和多室火灾模拟,研究不同火灾工况下,梁、柱构件及整体结构的温度场分布、变形特征和内力变化规律。结果表明：框架结构在单跨受火及双跨受火两种不同受火情况下,双跨受火梁及边柱的温度场与单跨受火时相同,而中柱及节点核心区的温度分布存在差异;节点核心区温度较周围的梁段和柱段明显偏低;受火方式及框架柱的轴压比对框架结构高温力学反应存在显著影响。