沈丹客运专线本溪段下伏采空区的数值模拟分析

为分析沈丹铁路客运专线本溪段的路基稳定性,为铁路客运专线建设提供依据,利用概率积分法进行了预测,并采用有限元软件ADINA进行了数值模拟。建立三维模型,分析了采空区残余变形对客运专线的影响,并对采空区注浆后的状态进行了模拟分析,得到了注浆前、后沿路基方向下沉、沿路基方向水平移动、垂直路基方向水平移动的数值。研究表明,采空区处于基本稳定状态,地表移动和变形是均匀渐变的,不会出现突然塌陷,但采空区上方出现了应力集中和塑性变形,地表移动仍会对铁路客运专线的运营造成影响,考虑未来可能产生的残采和复采以及铁路行车荷载的作用,也可能会出现老采空区活化,宜采取措施进行加固;对采空区进行注浆后地表的移动和变形值较小,达到了铁路客运专线的要求,采空区注浆能有效地控制地表移动和变形。     

急倾斜厚大金属矿山地下开挖岩移发生机理

文章以金川二矿区的岩体移动为例,对急倾斜厚大金属矿山的岩体移动这一重大工程难题进行了探讨。分析了急倾斜金属矿山开挖引起岩体移动的概化传递模式及其地表岩移显现特征。结合数值模拟及GPS监测分析结果,对厚大急倾斜金属矿山岩移发生机理进行研究。结果表明,急倾斜金属矿的厚度对地表岩移的显现特征具明显的影响。当对厚大矿体进行薄层开采时,较大幅度的岩体移动主要发生在采空区顶、底板,开采引起岩体移动的地表显现特征类似于水平矿体的开采;而当采空区的高度大于整个矿体的厚度时,采空区两侧的岩体位移逐渐增大到占主导地位。岩体移动的地表显现特征开始表现为急倾斜矿体开挖的岩体移动特征。     

虎头石煤矿土地整理地表沉陷稳定性评价

已闭坑多年的凌源市虎头石煤矿矿区范围内要实施土地整理项目,为确保土地整理工程安全,对其进行地表沉陷稳定性评价。本文通过虎头石煤矿采空区的采深采厚比及采空区埋深与覆岩破坏高度大小判断地表变形是否连续,采用概率积分法进行地表移动变形计算,通过地表移动延续时间和地表移动变形分析和评价矿区采煤沉陷稳定性,为类似煤矿地表沉陷稳定性评价提供参考。     

采空区上方修建大型建筑物地基稳定性评价

地表移动变形随时间的稳定性及剩余变形问题一直是采动覆岩沉陷研究的重要方面。笔者分析了采动地表移动变形的时间过程,探讨了地表沉陷的延续时间及地表剩余沉陷的预计方法,给出了采空区上方修建大型建筑物地基稳定性评价的指标,对采空区上建设建筑物提出了相应的技术措施。     

煤矿采空区地面塌陷预测方法探讨

采空区地面塌陷危险性预测评估虽然具有局限性,但根据煤层埋深、覆岩厚度、工程地质条件等选取经验数据进行先期预测,可以定量地研究煤层开采对环境造成的影响,对合理进行灾害防治具有实际意义。本文以华能新庄、肃北县牛圈子四号煤矿为研究对象,分别运用地表移动和变形预计法与地表移动范围角量参数法,分别对缓倾煤层、倾斜煤层进行采空区地面塌陷的预测,通过对预测结果的综合分析,得出宜采用地表移动角量参数法预测缓倾煤层,采用地表移动和变形预计法预测倾斜煤层,为今后类似煤矿采空区地面塌陷预测提供科学依据。     

采空区地表沉降影响因素研究

采空区地表沉降影响因素众多,以有限元软件ANSYS为基础,利用数值模拟方法的灵活性,分别对各主要影响因素进行分析.选用适合于岩土类材料的德鲁克-普拉格本构模型,利用ANSYS特有的"杀死单元"命令模拟矿体被采出,再通过"激活单元"命令模拟采空区被填充.分别研究了开采深度、开采厚度、地形条件、采空区填充等因素对地表沉降的影响.结果表明:随开采深度的增加,地表变形随之降低;随开采厚度的增加,地表变形增长较快;随着地形坡度的变化,采空区地表移动盆地逐渐向地势较低方向移动;矿体开采后及时充填,对控制地表变形效果显著.     

条带开采覆岩应力响应机制及移动变形规律研究

条带煤柱长期承受覆岩载荷,同时受采空区积水、邻近采动等因素的影响,发生失稳的可能性大大增加。条带煤柱失稳导致覆岩与地表再次运动,成为地表灾害的潜在隐患。为了对条带煤柱覆岩运动演化特征进行深入分析,以典型地区条带开采采空区覆岩运动演化特征为研究对象,运用FLAC3D软件对条采采空区覆岩的应力响应机制及移动变形规律进行了分析研究。研究结果表明:条带煤柱失稳后,煤柱顶板垂直应力由双峰变为单峰,峰值且相较于失稳前增加;地表沉陷量及水平移动均出现大幅度增加,对地表建构筑物构成极大危害。通过研究条采采空区覆岩应力响应机制及移动变形规律能够对条带开采区域地表下沉进行精准预测,对防治条带开采时煤柱失稳造成灾害提供了理论依据,同时对地表建构筑物的建设及安全防护提供科学指导。     

煤矿采空区场地地基稳定性及适宜性分析

结合一煤矿采空区场地作为新建高层住宅小区场地,通过开采条件、地表移动变形综合确定煤矿采空区的稳定性;采用工程类比法、采空区特征判别法、活化影响因素分析法、地表剩余变形判别法等判别采空区场地工程建设适宜性;建议采空区场地采取吸收地表沉陷变形的柔性措施和抵抗地表沉陷变形的刚性措施来确保拟建建筑物的安全。     

结构面对程潮铁矿东区地表及岩体移动变形的影响研究

以程潮铁矿东区为例,通过现场结构面调查、地表及深部岩体变形监测,分析了该区地表及岩体移动变形与结构面的关系。结果表明：程潮铁矿东区地表及岩体移动变形主要受该区复杂的地质条件控制,特别是结构面的影响,变形方向和变形量值均与理论预期不同。NNE、NE向结构面的存在控制着岩体向采空区运动的侧向边界条件,同时导致变形方向的向西偏转,NWW向结构面的松动导致东主井区岩体向采空区的倾倒变形,地表变形在南北剖面上呈三级阶梯分布;西风井相对东西采空区的特殊位置以及NE向结构面的影响使其变形值小于预期,是该区相对安全的主要原因。     

厚覆盖层矿山地下开采地表塌陷机制分析

随着矿山开采深度的不断增加,厚覆盖层成为部分深部地下矿山的主要特点。以物探调查、变形监测以及理论分析为手段,对某典型厚覆盖层金属矿山地下开采初期地表塌陷的成因与机制进行了分析。结果表明,厚覆盖层中存在的大面积采空区为地表塌陷变形提供了空间,采空区顶板厚度较小为地面塌陷的发展提供了条件,采空区的存在是地表塌陷的主要原因。地表出现塌陷以后,塌陷范围以塌坑为中心继续向外扩展,受覆盖层内采空区走向,断层和岩层分界面等地质缺陷影响,塌坑向西、向南与向北三个方向上的扩展较向东快得多。降雨会增大塌坑向外扩展的速度,因为地表水的下渗加快了塌坑周围岩土体向塌坑方向的移动和下沉。     

地下开采地表下沉预测的三维理论模型

根据弹性力学理论,建立了地表下沉预测分析的三维层状理论模型,并用于小官庄铁矿地下开采引起地表下沉的预测分析。在分析过程中,采用Matlab软件进行数值积分计算和图形绘制。通过工程实例计算分析,表明理论计算结果与矿山现场实测资料二者吻合较好。     

Application of a fuzzy operator to susceptibility estimations of coal mine subsidence in Taebaek City,Korea

Quantitative determination of locations vulnerable to ground subsidence at mining regions is necessary for effective prevention. In this paper, a method of constructing subsidence susceptibility maps based on fuzzy relations is proposed and tested at an abandoned underground coal mine in Korea. An advantage of fuzzy combination operators over other methods is that the operation is mathematically and logically easy to understand and its implementation to GIS software is simple and straightforward. A certainty factor analysis was used for estimating the relative weight of eight major factors influencing ground subsidence. The relative weight of each factor was then converted into a fuzzy membership value and integrated as a subsidence hazard index using fuzzy combination operators, which produced coal mine subsidence susceptibility maps. The susceptibility maps were compared with the reported ground subsidence areas, and the results showed high accuracy between our prediction and the actual subsidence. Based on the root mean square error and accuracy in terms of success rates, fuzzy γ-operator with a low γ value and fuzzy algebraic product operator, specifically, are useful for ground subsidence prediction. Comparing the results of a fuzzy γ-operator and a conventional logistic regression model, the performance of the fuzzy approach is comparative to that of a logistic regression model with improved computational. A field survey done in the area supported the method’s reliability. A combination of certainty factor analysis and fuzzy relations with a GIS is an effective method to determine locations vulnerable to coal mine subsidence.     

Analytical model for the prediction of building deflections induced by ground movements

The objective of this study is to develop an analytical model that can predict the building‐relevant deflections induced by tunnelling or mining subsidence. The model takes into account soil–structure interactions due to differences in stiffness between the ground and the building. The ground is modelled by the Winkler model with an initial ground curvature equivalent to the free‐field ground movements. The building is modelled by a horizontal beam with uniform loading. The static and cinematic equilibrium of both the ground and the building are then calculated to assess the final building and ground shape, and the building deflection is derived. The resulting analytical model is used to investigate the influence of the ground and the building's mechanical properties, the building load and the initial value of the free‐field ground curvature (hogging or sagging). The model appears to be more comprehensive than those reported elsewhere that address the problem with numerical models. In particular, the analytical model makes it possible to distinguish two different final situations—with continuous or discontinuous contact between the ground and the building. The model is compared with numerical results and used to analyse a case study. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

吴江盛泽地区建筑荷载和地下水开采对地面沉降的影响

为了准确分析建筑荷载和地下水开采对地面沉降的影响,为吴江盛泽地区科学防控地面沉降提供决策依据,基于比奥固结和地下水渗流理论,建立了建筑荷载和地下水开采与地面沉降三维全耦合有限元数值模型,分别模拟预测了在建筑荷载单独作用、地下水开采单独作用及建筑荷载和地下水开采叠加作用三种情况下,2015-09-01—2030-08-31盛泽地区逐年地面沉降变化趋势。结果表明,建筑荷载对盛泽地区地面沉降的影响大于地下水开采。第Ⅰ黏性土弱含水层和第I承压含水层分别为建筑荷载和地下水开采单独作用下的主压缩层,单层压缩量占比分别为43.04%和54.06%;第Ⅰ承压含水层及其上覆第Ⅰ黏性土弱含水层是二者叠加作用引发土体变形的主压缩层,其压缩量之和占总压缩量的71.30%。建筑荷载和地下水开采单独作用下引发的地面沉降量的线性叠加之和大于二者叠加作用下引发的地面沉降量,建筑荷载和地下水开采叠加作用引发的地面沉降具有耦合效应。     

软岩矿区地面下沉及其对工业建筑物影响分析

根据鲁中软岩矿区开采引起地面下沉及地面井塔楼等建筑物倾斜变形的工程实际,采用非确定性研究方法,将深埋破碎金属矿体开采引起地面沉陷或岩体移动变形这一客观现象视为一随机事件,建立了开采引起地面沉陷或岩体移动变形分析的数学模型。利用该模型可对开采引起地面沉陷及其对地表工业建筑物影响进行具体分析评价。通过具体计算分析结果表明,在软岩地层条件下矿体开采地表移动变形的影响范围有随着采深的增加而逐渐增大的趋势。     

江苏省锡山市西部地区地下水资源计算模型研究

从地下水运动均衡原理的角度分析江苏省锡山市西部地区第Ⅱ承压含水层天然和现状开采条件下的地下水均衡要素.揭示了该区地下水开采与地面沉降的关系,其中现状开采条件下的75%～80%的开采量来自于粘性土层的压密水量.根据地面沉降的发生机理剖析地面沉降严重发育地区忽略地面沉降影响因子建立的地下水资源计算模型中存在的问题针对存在的问题,提出了地下水可开采资源合理的计算方法,并对融有地面沉降影响因子的地下水资源计算模型的可实现性进行了分析.     

固体密实充填开采地表沉陷预计模型研究

为了实现对固体密实充填开采地表沉陷进行科学地预计,需要根据其覆岩结构形态演化规律和岩层移动特征建立完备的沉陷预计模型及其参数体系。相似材料模拟和钻孔窥视表明,固体密实充填开采覆岩形态以完整层状结构的弯曲带为主,覆岩仅在近顶板附近发育一定高度的断裂带,不发生垮落现象。岩层移动特征类似纵向载荷作用下层合板的弯曲变形,通过力学简化,基于层合板理论建立了固体密实充填开采地表沉陷预计模型。研究表明,固体密实充填开采地表沉陷形态仍可用概率积分模型进行描述,并进一步探讨了基于“等价釆高”的固体密实充填开采地表沉陷预计模型参数体系。最后将本文建立的地表沉陷预计模型应用于某工程实例,取得了良好的效果。     

苏家里新村地面及建筑物裂缝成因分析

以苏家里新村地面及建筑物裂缝调查结果和沉降监测资料为基础,应用工程地质类比法对非采矿因素引起的裂缝进行综合的定性分析,并应用FLAC3D程序对受煤矿采空区影响的建筑物进行数值模拟分析,同时归纳分析了对由于采矿因素和非采矿因素导致的地面及建筑物裂缝的成因、位置和规律。分析结果表明:苏家里新村地面及建筑物裂缝是开采沉陷引起的地表变形、填土地基不均匀沉降、河流冲蚀边坡坡脚等因素共同作用的结果。研究结果为该矿区地面建筑物的修复加固提供依据。      

采矿引起地表下沉的模糊概率分析

根据模糊数学中的模糊概率理论,导出了二维及三维开采情况下地表下沉的模糊概率公式,为求解地表下沉问题提出了一种新方法。     

西安典型段地面沉降分层标观测及数值模拟

根据西安地下水监测和详细的地层剖面资料,采用比奥固结理论和不连续面的接触分析,建立了含2条地裂缝的典型地段的二维抽水沉降计算模型,对先存断裂存在时抽水作用下的地面沉降进行了尽可能精细地模拟计算。结合该计算段的监测资料,分析了西安市抽水作用下地层压缩量垂向上的分布特点及地面沉降水平位置上存在差异的原因。研究认为,西安市的地面沉降量主要由100～300 m深度范围内土层的压缩量组成,地裂缝的出现不单是地层厚度不同产生的差异沉降引起的,先存断裂面的作用也很大。由于断裂的存在以及其正断层的特点,沉降过程中上盘（南盘）的沉降得到了放大,而下盘（北盘）沉降缩小,不同结果导致地面沉降在断裂位置出现差异放大现象,导致地裂缝越来越严重。研究成果很好地解释西安地裂缝附近地面沉降的反常差异现象,对于进一步确定地裂缝的成因、预测其发展变化规律具有一定的作用。