基于多尺度的老采空区上方建筑物变形分析及预报

老采空区上方地表变形是一个具有复杂性、突然性和长期性等显著特点的非线性过程。在老采空区上方建设生活或服务设施时,必须对老采空区上方地基稳定性和残余变形情况进行评价和预测。基于多尺度经验模态分解（EMD）,提出了老采空区上方地表建筑物稳定性分析及预测新方法。通过实例研究,证实采用多尺度经验模态分解可获得老采空区上方地表建筑物的动态变形细部信号。对各分解尺度进行分析能更准确有效地评价原始数据所反映的建筑物变形特征和进行变形机制研究。同时,实例计算也证实,采用考虑多尺度特征的预测模型可获得比传统方法更优的变形预报精度,为更科学地评价老采空区建筑物稳定性提供理论依据。     

采空区上方建筑物地基附近的地表沉陷

根据载荷作用线上水平位移的特征和采空区上覆岩层破断后的结构形态,确定了位移边界条件;给出了采空区上方任意点的沉降位移、地表沉陷、地表水平位移以及建筑群引起的地表沉陷;探讨了在采空区和建筑物载荷的共同作用下地表的移动特性。研究结果表明:建筑物引起的地表沉陷与建筑物和采空区的相对位置有关;建筑物附近的地表下沉随着采空区上覆岩土层厚度的增加而减小,呈非线性变化;在沉降范围内,建筑物两侧地表的水平位移均匀分布,方向相向,均指向建筑物。     

拟建建筑物下伏多层采空区评估简析

煤矿采空区上修建建筑物容易产生沉降变形、房屋开裂,对于在下伏多层采空区上方修建建筑物(群)如何进行定性和定量的评估成为场地适宜性的关键问题。由于采空区开采的随机性,不仅要掌握采空区分布,还要通过工程勘探手段对掌握的资料进行验证,才能保证评价工作的科学合理。同时要对采空区按照分布情况分类,进行有针对性的多种方法的定性、定量计算,根据计算结果评价采空区。本文对如何运用物探、钻探等辅助手段对建筑场区的适宜性进行综合评价,以期对后续工程建设提供参考。     

采空塌陷区地表建筑物变形特征分析及破坏机理研究

采空区建筑物的变形特性研究,一直是采空塌陷灾害的一个重要方向。本文以北京市房山区史家营乡大村涧村采空塌陷为背景,在充分分析采空区上方建筑物砖墙上裂缝形态及分布规律的基础上,从建筑物受力方面探讨了裂缝产生的原因,并采用数值模拟方法对采矿影响下建筑物的变形破坏机理进行浅析,研究结果不仅可为建筑物加固和维修提供依据,还可为采空塌陷区治理提供参考。     

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。     

铁轨下采空区上覆地基稳定性分析

采空区上覆岩体在不能承受二次分布的应力时产生跨落塌陷,危及到地表,造成地表建筑物和设施的损坏。采空区上覆建筑物地基稳定性分析是预防灾害的前提和基础。应用采空区上覆建筑物临界安全加载深度法对某矿区上覆铁路地基稳定性进行分析,得出对研究区内H1巷道上覆地基稳定,不需要加固治理,采空区C1和C2上覆地基不稳定,需要加固治理,该结论为预防大规模灾害的发生和治理资源的分配提供了依据。     

采空巷道上方高速铁路桩板路基模型试验研究

桩板结构作为高速铁路采空区路基的复合地基,目前尚处于工程应用的探索阶段,缺乏相应的机制分析。以合福高速铁路（合肥－福州）上饶五府山车站采空巷道上方桩板结构路基为原型,通过物理模型试验获取桩的内力、土的应力、桩和承台板、土及采空巷道顶板的沉降三大类数据,得出了模型中桩和桩间土的内力分布、路基和采空区沉降规律。研究表明,荷载作用下桩顶处轴力最大,桩身轴力沿桩身逐渐减小,采空巷道段轴力恒定;桩侧摩阻力沿桩身不断减小,桩侧无负摩阻力,采空巷道部分桩侧摩阻力为0;桩土应力比与桩土荷载分担比变化规律相似,桩所分担的荷载随着荷载的增加逐渐增大直至一稳定值;承台板和桩间土的沉降均匀,沉降量很小;采空巷道和非采空巷道上方的路基沉降基本相同,采空巷道顶板最底端基本没有变形;模型中桩板结构对采空区路基加固效果良好。     

基本顶断裂形式对倾斜煤层沿空半煤岩巷围岩稳定性影响研究及工程应用

倾斜煤层沿空半煤岩巷由于围岩结构的非对称性和非均质性,受采掘扰动影响,巷道围岩呈现更严重的变形破坏。为揭示不同基本顶断裂形式对倾斜煤层沿空半煤岩巷围岩稳定性的影响规律,采用数值模拟方法针对该类巷道4种基本顶断裂形式下巷道围岩变形特征进行了研究。结果表明:基本顶断裂线位置对该类巷道围岩稳定性的影响程度由小到大依次为:采空区侧、煤柱上方、实体煤侧、巷道上方;基本顶断裂线位于采空区侧时,煤柱轴向、横向应力增速均小于其他情况,垂直位移也最小,煤柱变形在允许范围内,可保持后期对顶板的支承能力,对巷道维护最有利。在此基础上,以贵州某矿1511工作面回风巷为工程背景进行了工业试验,通过理论计算和现场钻孔探测综合分析得出,为避免基本顶断裂线位于煤柱上方靠巷道侧,下一步掘进时煤柱宽度应由3 m改为5 m。掘采期间断面检测结果显示,断面最大收缩率为23.3％,最大非对称变形率为5.2％,巷道整体均匀协调变形,进一步验证了研究成果的可靠性。      

声波检测在煤矿采空区灌浆质量效果中的应用

煤矿采空区常常破坏其上覆岩土层的稳定性,使其产生变形,直至崩塌、塌陷、地裂等,对上方建筑物造成危害.为加固岩土层的稳定,常采用钻孔灌浆法,封堵采空区及岩土层裂隙.笔者介绍了超声波检测钻孔灌浆质量的方法原理并做了测试效果分析.     

采空区二维超声波物理模型实验研究

由于对资源矿产的过度开采使得矿山地区(尤其是煤矿)出现了采空区,从而引起地表塌陷等地质灾害。为了深入了解地震方法在采空区调查中的应用效果,从超声波物理模型实验研究出发,论述了物理模型的原理和制作,研究了采空区的地震波场特征,并利用W inse is软件对所采集的二维超声波实验数据进行了处理。由叠偏剖面推断的采空区的位置与实际模型相符,从而验证了超声波采空区物理模型试验是有效的、可信的;同时可以为实际探测采空区提供进一步的理论依据。     

某建筑物基础开裂原因分析

对某建筑物场地进行详细勘察的基础上,运用Ｘ－衍射,差热分析,透射电子是微镜等微观分析手段和室内常规水理性质实验方法,对场地内（３）（４）层粘的胀缩性能（机理）进行了详细分析与评价;论述了膨胀土地基上建筑物开裂破坏形式,引起开裂的工程地质条件,并对导致建筑物开裂的内,外因素进行了分析。     

高密度电法与地质雷达组合探测废弃老煤窑巷道及采空区

采用高密度电法与地质雷达组合方式对某拟建工程场地进行了探测,以揭露巷道为突破口,在分析巷道及采空区物质构成及空间形态的基础上,将老煤窑巷道或采空区等效为半充填型空洞(洞穴)目标体,并分析了地球物理响应特征,结果显示：地球物理异常辨识标志明显,即高密度电法为上下相邻的高低阻圈闭异常,高低阻分界对应巷道或采空区底板,高密度电法低阻异常区(坍塌填充区)对应地质雷达多次强反射区,而高阻异常区(空洞区)地质雷达则反射不强或无反射;后期钻探证实了该推断,对物探人员开展类似工作有实际指导意义。     

四川省雅江县城区裂缝发育特征及其成因分析

在裂缝发育分布及破裂特征调查基础上,总结了雅江县城区裂缝的发育规律,结合城区斜坡地质结构及地下水等环境地质条件,分析了城区地面及建筑物开裂的原因。分析表明,裂缝的形成是城区前、后缘斜坡地带结构复杂的松散土体,在地下水作用下,发生蠕变、蠕滑引起土体不均匀沉降所致,地震对其形成和扩展起了促进作用。研究成果对评价城区斜坡整体稳定性及对城区建设规划和下游雅砻江牙根水电站正常蓄水位的选定等具有重要意义,对山区城市建筑物开裂原因的认识具有一定的意义。     

含软弱夹层厚煤层巷帮外错滑移机制与支护研究

含泥岩软夹层大采高工作面回采巷道外错式变形破坏是巷道支护的新课题。通过对三道沟煤矿含软夹矸层5-2厚煤层回采巷道变形实测和围岩钻孔窥视,发现了巷道顶板存在垂直裂隙,巷道两帮破坏区集中于夹矸层附近,且具有副帮大于正帮的特征,巷道变形主要来自于相邻采空区的影响。通过数值计算和物理模拟,揭示了相邻工作面侧方支承压力导致顶板产生垂直向裂隙,引起顶板与巷道夹矸层以上煤体沿软夹层向相邻采空区外错滑移的机制。建立了含软夹矸层巷道自稳平衡拱支护模型,提出了加强巷道上帮支护,控制外错滑移破坏的控制原则,给出了顶板锚索与煤帮长锚杆加强支护方案,工程实践取得了成功。     

采空区上方边坡稳定性及滑坡危险性分析

基于对北京市房山区史家营乡大村涧村的现场调查成果,借助于有限元分析软件建立了三维数值地质力学模型。通过对大村涧村采空区上方矸石—岩土混合型边坡在天然状态与饱和状态下安全系数及采空区上方房屋的沉降变形的计算分析。最终对采空区上方矸石—岩土混合型边坡的稳定性及滑坡危险性进行评价。     

神木县大柳塔地区地裂缝群的发现与预测

通过对神木县大柳塔地区开展 1∶ 5万生态地质填图 ,首次在大柳塔镇附近发现地面沉陷裂缝群 ,其分布范围与煤层采空区吻合 ,延伸方向和采煤巷道一致 ,未来采空区的范围将是可能发生地裂缝的地段 ,应引起重视。     

急倾斜煤层采空区地面塌陷及其对输气管道危害的数值模拟

采空区引起的地面塌陷和裂隙评价是影响输气管道安全的技术难题之一,应用有限差分法对西北地区某输气管道下方采空区的变形与稳定性进行数值模拟,分析了采空区引起地面裂缝的原因,并对输气管道的安全性进行了量化评价。     

浅部采空区电磁场特征分析研究

目前采空区探测的技术手段主要有地质调查,地球物理探测和钻探。对于老采空区,往往无矿产勘查资料和历史矿产开采资料,地质调查远不能准确固定采空区范围,只能依靠地球物理探测工作来确定采空区范围.深度和边界,之后用钻探验证。对于浅部小窑采空区,目前常用电磁类方法有高密度电阻率法和地质雷达。本文通过分析高密度电阻率法和地质雷达探测采空区的成果案例,总结了浅采空区电磁异常特征。通过对比分析自然条件下地层和采空区地层的电磁场特征,研究判定采空区边界和深度的方法。     

某山区城市商业街建筑物变形破坏成因分析

通过对西部某县城商业街建筑物变形破坏特征的调查研究,结合建筑物场地地质结构条件,分析了建筑物开裂破坏的原因,并用数值模拟方法对其变形机制做了模拟分析。分析表明,该建筑物的开裂破坏与地基基础条件和临空条件密切相关,临空条件决定了结构松散的地基基础在建筑物荷载作用下,临空侧发生无侧限压缩,基础整体产生不均匀沉降,导致建筑物倾倒变形。FLAC3D数值模拟所得结果与地质分析取得了良好一致性。     

地球物理探测技术在北京门头沟小窑采空区勘查中的应用

门头沟是北京地区的主要产煤区,地下有许多煤层采空区,其变形破坏可在地表引起比较严重的地面塌陷、地裂缝以及滑坡等地质灾害,对公路及建筑物等造成严重破坏。在采空区探测方面,物探方法因其精确、高效、施工方便且对地表无破坏性等优势而成为一种常用的重要手段。但针对一个特定的地区,采取不同的物探方法或不同的技术参数,其探测效果大不相同。本文在北京门头沟棚户区改造项目前期勘查工作的基础上,结合工程实例,对区内小窑采空区的变形特征及地球物理特征进行了认真分析,并对不同的物探手段在小窑采空区探测方面的应用和效果进行了初步探讨,这对今后有效开展采空区勘查工作具有一定的指导意义。