采动区地基、独立基础与框架结构共同作用的力学模型

根据采动区地表变形的规律和独立基础框架结构受力和变形特点，采用合理的地基模型、基础与上部结构共同作用模型和开采沉陷模型，综合应用结构力学、矿山开采沉陷学、土力学、材料力学等相关理论，建立了采动区地基-独立基础-框架结构共同作用的理论计算模型，该计算模型综合考虑了开采盆地形成过程中地表变形对建筑物的动态影响，从理论上揭示了建筑物位于下沉盆地不同位置时，地表变形与建筑物附加变形和附加内力的关系，并推导出计算采动区建筑物附加变形和附加内力的计算公式，通过计算实例进行了验证，为采动区上方框架结构建筑物的保护、加固和设计提供了理论计算依据．     

采动区铁路桥沉陷加固治理

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，提出了有效地加固治理方案，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和正常使用。     

采动区建筑物地基、基础和结构协同作用模型

受采动影响建筑物的移动变形和附加应力分布规律十分复杂，与建筑物的长度、高度、建筑材料、结构、刚度、地基性质、地下开采情况、建筑物所处的位置等多种因素有关．本综合采用矿山开采沉陷学、矿山岩体力学、数理科学等多学科的知识，建立了采动区建筑物地基、基础与结构协同作用力学模型．该模型可以计算采动区建筑物移动变形和各种附加内力，并采用可视化VB语言编制了相应的计算程序，通过计算示例进行了验证，为今后采动区建筑物的保护和设计提供了理论基础和计算工具．     

开采引起的建筑物附加应力变化规律研究

采用采动区建筑物地基、基础和结构协同作用力学模型，系统研究了建筑物位于采动区不同位置时附加应力（弯矩、剪力、水平应力等）的分布变化规律，分析了建筑物刚度、地基系数、开采厚度、建筑物高度等各种因素对建筑物最大附加应力的影响，获得了计算条件下最大附加应力与各影响因素之间的关系式．结果表明：当建筑物位于最大正、负曲率点附近时，建筑物附加应力最大；建筑物附加弯矩分布为近似对称的凸或凹形曲线，在建筑物中部最大；建筑物附加剪力分布为近似的反对称曲线，在距建筑物左右两端1／5处最大．研究成果为今后采动区建筑物保护设计提供了更加科学的依据．     

扰动土性状研究及在环境治理工程中的应用

地下采煤等地下开采活动造成的地面沉陷破坏日益加剧，尤其是地表下沉对建筑物、桥梁、公路、铁路等设施造成的影响不容忽视．本文采用扰动土的观点，将采动区地表土体视为受开采扰动土体，采用数值模拟、现场取样等手段，研究了土体在受地下开采扰动影响下的应力路径、物理性质的变化及抗剪强度指标的变化规律．研究表明，地下开采对土体含水量、土体孔隙比等地表土物理力学性质有较大影响．最后给出了一个用扰动土理论指导进行地基加固的工程实例．     

充填步距对地表移动变形特征的控制影响

为了研究充填开采步距对覆岩移动及地表建筑物变形的影响,首先,采用弹性地基梁理论,建立了顶板的位移方程,并采用力学等效转换,推导得出了顶板最大跨距、控顶距与充填步距间的数学关系式,进而得到充填步距的理论计算公式;其次,根据地表建筑物的特性及对变形形式的敏感分析,得到建筑物的抗变形限值,并进一步计算得出地表沉陷的最大允许值,反算出顶板位移值,按照推导公式计算分析,得出顶板跨距及相应的充填步距.从而建立了充填步距与地表建筑物变形之间的相互关系,通过调整充填步距,达到控制顶板位移和地表沉陷以及保护建筑物的目的.通过实例应用分析,在设定地表水平变形为1 mm/m的变形限值时,得出充填步距为6.4 m,当井下充填步距设为该值时,实测地表下沉为237 mm,且水平变形值小于预设限值,达到了良好地控制地表移动变形及保护地面建筑物的效果.     

采动区可升降点式基础房屋抗变形理论探讨

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,导出了其附加作用力计算的基本公式,进行了可升降点式基础的设计．通过对比分析,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．     

采动区建筑物移动变形特性分析

基于现场实测资料和理论分析,获得了采区建筑物移动变形特性：1）靠近采空区侧建筑物下沉小于或接近地表下沉,远离采空区侧建筑物下沉大于地表下沉;建筑物下沉与地表下沉的差值是有限的。2）大我数建筑物的倾斜小于地表倾斜。3）当设有滑动层时,建筑物水平变形大小与地表水平变形大小基本无关,加固可以减小建筑物的水平变形;位于位伸变形区时建筑物产生的水平变形大于位于压缩区时产生的水平变形,位于拐点附近时建筑物产生的水平变形大于位于其它区域时产生的水平变形。4）处于地表变形正曲率区时,传递到建筑物上的曲率较大;而处于负曲率区时,传递到建筑物上的曲率较小。     

考虑附加应力的采动沉陷区建筑物设计

针对地下矿产开采后形成采空区导致覆岩及地表沉陷,对地面建筑物造戍不同程度破坏的问题,以一栋四层砖混结构办公楼为模型,从理论上分析该模型在承受地表变形时,墙体和基础所受到的附加应力。以此为基础进行抗变形结构设计,分析Ⅰ～Ⅳ级地表变形对建筑物结构构件设置的影响,给出具体设计的墙壁圈梁配筋。     

煤矿采动与地震耦合作用下建筑物灾变分析

根据煤矿采动区特有的开采沉陷变形、地震耦合效应和采动区复杂特殊的地质环境条件,从采动损害与震害耦合角度深入分析建筑物灾变过程的演化机制,基于地震工程学和开采沉陷学的原理,建立煤矿采动损害与震害的耦合作用模型和建筑物的运动方程,量化分析了采动区开采沉陷变形和地震对建筑物的损害程度.结果表明:在煤矿采动附加应力作用下,建筑物会产生不同程度的次生损伤;在地震作用下,建筑物的损伤会逐渐积累演化,由此严重威胁到建筑物的整体安全性.     

地表变形引起钢框架结构附加内力和变形的试验研究

为了揭示地表变形对钢框架结构的影响规律,根据地下开采引起的地表变形规律,采用物理相似模型试验,研究了单一地表变形和组合地表变形影响下,平面钢框架结构的附加内力和附加变形的演化规律,得出了单一地表变形和组合地表变形均会引起钢框架结构产生附加内力和附加变形,而且地表组合变形对钢框架结构的影响远大于单一地表变形,在组合地表变形中,水平变形主要引起钢框架结构产生附加内力,竖向变形主要引起钢框架结构产生附加变形。组合地表变形是引起平面钢框架结构破坏的主要因素。     

地下水位抬升对非湿陷地基变形的影响

地下水位抬升后不仅影响地基土层有效应力的分布,除典型的湿陷变形外,非湿陷土因压缩性增大同样可在原有沉降变形的基础上产生附加变形.以某水库环境地质影响专题研究成果为基础,对比天然状态下与饱和状态下的不同土层固结试验成果,研究了地下水位抬升对地基变形参数的影响程度.以常见的建筑物荷载与基础类型为例,分别计算了粉细砂、粉土、粉质黏土地基的墙下条形基础和筏板基础在地下水位抬升后可能产生的附加变形量.计算结果表明:地下水位抬升对粉质黏土地基影响最大,其筏板基础的附加变形量可达46.53 mm,对建筑物安全将产生一定的影响,结果可为建筑物浸没判别标准提供依据.     

沉陷区建筑物损害评价补偿模型的研究

为减少沉陷区建筑物损害引起的补偿纠纷,有必要建立公正科学的补偿体系.通过地表变形指标评价沉陷区建筑物损害程度,将沉陷区建筑物损害评价与补偿工作有机的结合,在综合考虑建筑物所处沉陷区位置和使用时间的基础上,对补偿标准进行修正,形成有区别的补偿标准,对沉陷区建筑物进行科学补偿.形成了从建筑物损害判定到损害补偿的流程体系,建立了沉陷区建筑物裂缝补偿和搬迁补偿模型.为沉陷区建筑物损害补偿工作提供了科学、系统的方法.     

宁东采煤区地表沉陷数值模拟计算与规律

在概述宁东采煤区基本情况的基础上，对其地表沉陷进行了数值模拟分析计算，给出了采区沉陷各变形量的计算公式，总结了其沉陷规律，简析了地表沉陷的成因与特点，为综合治理提供依据．     

地下开挖引起地表变形与建筑物抗变形高度因素

针对城市建设和矿山生产的地下开挖问题，研究了地下开挖引起地表变形的特征和规律，探讨了地表变形对地面建筑物的损害，分析了建筑物高度对建筑物抗变形能力的影响．     

利用固体充填开采方法保护建筑群安全的研究

我国煤矿建筑物下压煤量占总压煤量的69%,同时每年要向地面排放4.5亿t以上的固体废弃物,因此,研究利用固体废弃物充填开采方法,在保证地表建筑物安全性的基础上,高效开采出下压煤炭资源意义重大.文章应用数值模拟方法,对建筑物下压煤开采所引起的岩层移动过程进行模拟,系统分析了采场围岩塑性区分布及地表沉陷量变化规律,由计算结果分析得知,应用固体充填开采法与无充填直接开采相比,采场围岩破坏单元数较少,围岩稳定性受影响较小,减少地表沉陷量效果明显.以数值模拟结果作为参考,研制了长臂综采矸石充填开采工艺的配套设备,并在某矿建筑物下压煤炭开采的实际应用中取得良好效果,有效控制了地表变形,保证了建筑物的安全性和资源的高效开采.     

急倾斜多煤层开采地表沉陷分区与围岩破坏机理——以木城涧煤矿大台井为例

为了研究急倾斜多煤层开采条件下地表及围岩移动变形特点,以木城涧煤矿大台井急倾斜多煤层开采为研究对象,进行了相似材料模拟研究.揭示了地表移动变形规律和围岩垮落、破坏机理,得出了不同区域移动变形的大小及主要特点,并与实地观测数据进行了对比分析.结果表明:该条件下开采,地表沉陷盆地可分为露头塌陷区、整体沉陷区、渐变沉陷区和轻微沉陷区,浅部开采形成的地表分区格局对整个采动影响区的地表移动变形起到了控制作用,浅部开采覆岩破坏以陷落和张裂为主要特征,深部开采以离层带裂隙顺层通达地表和台阶错落下沉为主要特征.     

建筑物下条带式Wongawilli采煤围岩稳定性模拟研究

为研究建筑物下条带式Wongawilli采煤围岩稳定性,结合漳村煤矿采矿地质条件,提出2种条带式Wongawilli采煤布置方式。通过数值模拟,对比分析2种条带式Wongawilli采煤方式下工作面围岩的应力场、位移场和塑性区变化情况,并对回采结束后地表移动变形及其对建筑物的影响进行计算分析。结果表明,条带式Wongawilli开采双巷单翼布置、单巷双翼布置均能有效控制地表沉陷,不仅能够安全高效地回采煤炭资源,而且还能有效保护地表建筑物。     

城市深基坑开挖对邻近多层建筑物的影响

城市深基坑开挖会对周边环境特别是浅基础建筑物的变形和安全产生影响。以南京市某深基坑工程为例,研究了基坑开挖对邻近多层建筑物变形的影响。首先建立了基坑的数值模型,将计算结果与实测值进行对比,验证了选取的材料参数与模型的合理性,然后对坑边多层建筑物的条形基础进行了模拟分析。结果表明：当有邻近条形基础存在时,围护墙的水平位移和坑边地表沉降均明显增大;邻近条形基础受开挖产生的附加沉降大于水平位移;增加基坑内支撑的数量可以使条形基础的附加沉降减小约14%。随着基坑与坑边距离的增加,土体竖向和水平位移的变化规律并不相同,当浅基础位于距坑边0.3He～1.0He(He为开挖深度)范围时,其沉降受开挖影响较大,距坑边较近时（<0.8He）,土体水平位移呈现内凸形。当浅基础距离坑边超过1.0He后,土体水平位移明显减小。     

新增建筑荷载与下伏煤矿采空区相互作用规律研究

采空区在新增建(构)筑物作用下有可能发生"活化"变形,危及建筑物安全。为研究采空区建筑物地基的受力和变形特性,以晋城某采空区为例,采用FLAC~(3D)数值软件对采空区建筑物地基受新增荷载后的应力分布及沉降规律进行了研究。结果表明:开采前岩体应力基本随岩层深度线性变化,开采后岩体应力发生了复杂的应力重分布;在采空区中部及内外边缘处,地基沉降倾斜值、沉降差及曲率呈现不同变化特征;岩土层的附加应力与自重应力的比值越小,建筑荷载的影响深度越大;煤层采深采厚比越大,采空区对地表的影响作用越小;在采空区地基处理中,注浆充填是一种行之有效的治理手段。采空区的存在对新增建筑地基稳定性造成了不同程度的影响,在新增建筑荷载影响深度触及到采空区垮落裂缝带高度时,需对采空区进行加固处理,以确保建筑物的安全。