采动区建筑物抗震、抗变形双重保护作用机理分析

采动区建筑物保护是一个涉及采矿工程、结构工程、防灾减灾工程等多学科的综合性、交叉性问题,采动区建筑物的变形损坏是由于采空区上的土层变形与建筑的基础变形不协调,从而产生附加应力而引起的建筑物倾斜、出现裂缝等一系列问题。由于受到采动区地质条件的物理力学的性质以及煤炭的开采方法、开采面积等开采因素的影响,加之建筑物的结构型式、结构的强度刚度、基础的稳定性、地基的承载能力以及建筑物在采动区的位置等因素的存在,很难按照经典的数学模型和力学计算理论进行统一度量并加以分析研究。本文采用AN SY S有限元结构分析软件,对采动区地震和开采沉陷变形对建筑物的耦合作用机理进行分析,将采动区建筑物抗震设计和开采沉陷的抗变形设计结合起来进行分析研究,提出了采动区建筑物抗震抗变形双重保护的具体措施,发展和补充了采动区建筑结构抗震抗变形控制理论,不仅能够合理地解决地上建筑物保护与地下开采的矛盾,同时也为采动区已有建筑的加固防护、减少采动区建筑物的损害破坏以及新建建筑的结构设计提供理论依据和技术支持。     

土—结构相互作用对煤矿采动损伤建筑的抗震性能影响分析

为了探讨土—结构相互作用对煤矿采动损伤建筑地震动力破坏的影响,基于损伤力学和能量耗散理论,研究采动区土—基础—上部结构的协同作用,通过建立考虑土—结构相互作用的煤矿采动损伤建筑的动力学方程,重点分析了煤矿采动损害影响下的建筑物地震动力灾变演化过程。计算结果表明:土—结构的相互作用对煤矿采动建筑的地震动力响应影响较大,不考虑土—结构相互作用是偏于安全的;煤矿采动作用明显改变了建筑物的结构动力特性,建筑结构的薄弱层位置改变明显、塑性铰和层损伤分布规律发生改变,严重降低了建筑物的抗震性能,对于煤矿采动区建筑应当开展安全损伤评估工作,以保证矿区工程建设的安全性和可靠性。     

煤矿采动与地震联合作用下建筑物损伤演化致灾分析

针对煤矿采动区建筑物的地震损伤演化过程尚不明晰的问题,考虑到煤矿采动与地震联合成灾机制的复杂性,基于损伤力学理论,采用地震工程学和开采学理论,建立煤矿采动损害影响下的建筑物动力损伤判据,探讨煤矿采动与地震联合作用下建筑物损伤演化灾变过程,通过有限数值计算分析煤矿采动建筑物地震动力破坏的损伤成灾机制。结果表明:"联合作用"能够更好的描述煤矿采动与地震对建筑的破坏作用,煤矿采动损害影响下建筑物的次生损伤与其应力成反比,煤矿采动加剧了建筑的地震动力响应,所产生的次生损伤不断发展演化,导致建筑物的薄弱层位置形成塑性铰,严重削弱了建筑物的抗震性能。     

GFRP套管钢筋混凝土柱恢复力模型的试验研究

GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)套管钢筋混凝土柱是一种新型的组合结构形式,为研究其抗震性能,对8根GFRP套管钢筋混凝土柱进行低周反复荷载作用下的试验研究。主要研究了轴压力大小、混凝土强度及FRP管与基础的连接方式对GFRP套管钢筋混凝土组合柱的变形能力和滞回特征的影响,根据GFRP套管钢筋混凝土组合柱在低周反复荷载作用下滞回曲线的特点,采用截面层纤维模型法对试件截面进行全过程分析获得骨架曲线。通过试验数据回归分析确定加卸载规则,提出了适合于GFRP套管钢筋混凝土组合柱的恢复力模型,并与试验结果进行了比较,计算模型与试验结果吻合良好。     

基于隔震技术的桥梁结构抗采动变形抗地震保护

为了提高采动区桥梁在竖向开采沉陷变形作用下的抗变形隔震能力,提出抗开采沉陷变形隔震保护控制的思想,首先分析了桥梁抗开采沉陷变形隔震保护控制的原理,提出一种新型的抗开采沉陷变形隔震保护控制装置,并分析了其抗采动变形抗地震的保护原理,其次利用数值分析软件建立一座三跨连续板桥有限元模型,对比分析了在开采沉陷变形和地震耦合作用下该装置的竖向抗变形隔震效果,并量化分析了开采沉陷和地震对桥梁结构损害程度,提出的抗变形隔震双重保护装置可以有效地抵御煤矿采动对桥梁的损害,减小桥梁结构的地震动力响应。抗变形隔震双重保护装置有效改善了采动区桥梁结构的抗震性能和抗开采沉陷变形性能,为我国矿区桥梁工程的安全建设和运营提供了科学的理论方法和依据。     

采空区岩层移动的动态过程与可视化研究

矿山开采引起上覆岩层的移动是一个复杂的动态过程。在岩层的移动和变形过程中岩体具有流变性质，同时岩层的层状组合结构在运动过程中存在时间和空间上的差异。根据流变力学理论和薄板弯曲理论研究了岩层和地表移动的时间、空间过程，推导出考虑时间因数的地表下沉基本公式和获得岩层与地表下沉时间系数的公式。并基于MATLAB软件强大的数学计算和图形功能，开发了相应的模拟地表沉陷动态过程的可视化程序，对某开采煤矿的地表沉陷动态过程进行预测。其预测结果与该矿长期的实际观测资料基本一致，从而为地表沉陷的动态过程预测提供了新的方法。     

矩形隧道结构的地震动力破坏研究

为深入研究地震作用下矩形隧道结构的动力响应变化规律,得到隧道结构的失稳破坏机制,通过建立土一隧道结构协同作用的整体力学模型,采用大型室内振动台实验与有限元数值计算对比分析的方法,重点探讨了地震作用下土-隧道结构整体力学模型的加速度时程、频谱特性、位移及土压力等方面的力学响应。研究发现：振动台实验与数值模拟计算的结果变化...     

煤矿采空区的地震动力响应及其对地表的影响

为了研究煤矿采空区的地震动力响应及其对地表的影响规律,基于工程结构波动理论,从地震的加速度和位移变化角度,对煤矿采空区的地震动力响应及其对地表的影响进行系统的定量分析;得出了煤矿采空区地震波的变化。根据结构动力学理论,建立煤矿采空区岩层的动力学方程,利用有限元软件定量地研究了在不同工况下煤矿采空区场地在地震作用下的响应规律,得出如下结论:煤矿采空区的存在降低了地表的位移和加速度峰值,明显改变了场地地表的动力反应特性。岩土介质的松散度和破碎度得到增加,降低了地表的地震动力响应。     

煤矿采空区的地震动力灾变及安全防控的研究进展与挑战

针对煤矿采空区的地震安全及矿区地下结构抗震研究不足的问题,通过分析国内外专家学者对地下结构的地震动力灾变与防控的相关研究成果,分别从煤矿采空区灾害的特征与形成原因、煤矿采空区动力灾害研究的紧迫性与严峻性、地下结构抗震研究领域的已有优秀研究成果以及煤矿采空区地震动力灾变研究的不足及发展趋势等方面进行了分析探讨,在分析地下结构抗震研究成果的基础上指出了煤矿采动区地震动力灾变与安全防控迫切需要解决的问题,系统凝练了地震作用下煤矿采空区及地下结构的地震损伤力学机制与灾变控制的核心学术问题,初步揭示了煤矿采空区的地震动力响应、煤矿地下结构的地震破坏模式迫切需要解决的技术难题,为煤矿采空区的地震动力稳定性及煤矿采空区地下结构的地震灾变防控提供参考和借鉴意义。     

深部采动覆岩移动变形致灾的试验分析

针对深部开采条件下覆岩移动变形引起的安全问题,采用理论分析、相似材料模拟试验结合的方法,通过监测相似材料模拟深部煤炭开采过程中覆岩位移、应力变化情况及覆岩的断裂破坏、弯曲和移动变形的过程,对比分析了采场覆岩体的移动变形、应力场演化过程和采动应力的影响区域.试验结果表明:在深部倾斜煤层开采过程中,沿着采煤工作面形成了应力升高区、应力降低区和原岩应力区;对孤岛工作面进行开采时,新旧采空区容易因上覆岩层的垮落塌陷连通成整体,极易发生矿井动力灾害;布置孤岛工作面的巷道位置时建议考虑布置在采空区的应力降低区内,并且煤柱宽度不应大于10 ～ 12m,最佳选择为6～8m.