采空区地基（通用4篇）
采空区地基 篇1
0 引言
随着我国基础建设规模的扩大与建筑用地减少矛盾日趋激烈, 对不良地基的处理使用成为缓和上述矛盾的一个积极有效措施。煤矿采空区场地作为具有典型代表意义的不良建筑场地, 其地基处理要求技术水平高, 地基处理费用占工程建设费用比例大, 处理不当对环境负面影响大。因此, 煤矿采空区地基处理的设计和施工必须认真贯彻执行国家的技术经济政策, 做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量和保护环境。本文通过对目前我国煤矿采空区常用的地基处理方法进行论述, 以期为相关单位和部门进行工程建设时提供理论参考。
1 采空区地基处理方法
根据不同的煤矿采空区分类、地基处理设计等级、建筑基底压力要求, 可采用灌注充填法、穿越/跨越法、砌筑法、剥挖回填法、强夯法、堆载预压法等措施对采空区地基进行处理。
1.1 灌注充填法
灌注充填法是目前我国广泛采用的采空区治理方法, 适用于所有类型煤矿采空区的地基处理。对采空区地基发育的垮落带空洞、断裂带裂隙及弯曲带离层裂缝均需加固处理的, 可采用全灌注充填法, 仅对上述对象进行选择加固的, 可采用局部灌注充填法。
灌注材料一般以水泥、粉煤灰、粘土等材料为主。当采空区空洞、裂隙发育或存在采空区积水时, 可配合灌注砂、石屑、砾石、矿渣等粗骨料。灌注材料的配比应按建 (构) 筑物地基处理的等级并通过现场试验确定。浆液水固比宜取0.8~1.0, 可掺入适量减水剂, 水泥应占固相的15%~35%。
灌注量一般按照以下公式进行估算:
式中:S———采空区地基处理面积, m2;
M———采空平均高度, m;
K———煤层回采率, %;
τ———灌注量损耗系数, 可取1.0~1.2;
η———注浆充填系数;
c———浆液结石率, 以试验或经验确定并不小于80%;
α———煤层倾角, (°) ;
ΔV———采空区剩余空隙率, %。
质量检验宜在施工结束3个月后进行。由于国内目前尚无针对工民建的采空区质量检测标准, 主要参考公路方面的JTG TD31—03—2011采空区公路设计与施工技术细则及《高速公路采空区 (空洞) 勘察设计与施工治理手册》 (人民交通出版社) , 通过钻孔取芯测定结石体抗压强度、孔内波速测试、充填率等检验采空区治理是否合格。
1.2 其他方法
对于埋深小于30 m的采空区, 除灌注充填法外, 还可以采用穿越/跨越法、砌筑法、剥挖回填法、强夯法、堆载预压法等措施进行治理。
1) 穿越/跨越法:适用于采空区地表移动衰退期结束, 采空区埋深不大于30 m的采空区场地地基处理。其处理原则是将建筑物荷载直接通过桩基穿越采空区传递到采空区底板岩石上或跨越采空区传递到采空区场地两侧稳定地层。
2) 砌筑法:适用于非充分采动、采空区顶板未完全垮落、空洞大、通风良好且具备人工作业和材料运输条件的采空区地基处理。采用砌筑法进行采空区场地地基处理时, 施工人员人身安全必须首先进行考虑, 其也是该方法是否合适的限制性条件之一。砌筑法竣工后, 应对建 (构) 筑物进行长期变形监测。
3) 剥挖回填法:适用于采空区埋深小于20 m, 不规则开采且无重复开采, 建筑基底压力小于200 k Pa的采空区。应根据采空区特征, 拟建建 (构) 筑物体型、结构特点、荷载性质, 回填材料的选用应因地制宜, 满足环境保护要求。可选用砂石、粉质粘土、灰土、粉煤灰及其他工业废渣等。回填应分层进行, 在各层的压实系数符合设计要求后铺设下层土。
4) 强夯法:适用于埋深小于10 m、覆岩顶板厚度不大于6 m, 而且覆岩岩体完整性为极破碎~较破碎、坚硬程度为极软岩~较软岩的采空区。在强夯有效加固深度范围内, 承载力能显著提高。可采用钻探、地球物理勘探、原位测试、夯塌回填量检验等方法检测采空区夯塌及充填密实效果。
5) 堆载预压法:适用于采深小于10 m、充分采动、顶板完全垮落、基底压力小于300 k Pa的采空区。
2 采空区治理综合措施
除了采空区地基处理措施外, 还可以通过上部建筑物结构措施, 综合防治煤矿采空区对拟建或已有建筑物的影响。从建 (构) 筑物自身建筑布设、结构设计, 煤层开采预防与保护, 采空区地基处理等多方面协调配合, 多角度出发减小采空区场地建 (构) 筑物受采空区变形的危害。
3 结语
我国煤矿采空区地基可采用灌注充填法、穿越/跨越法、砌筑法、剥挖回填法、强夯法、堆载预压法等进行地基处理, 相关单位和部门应因地制宜, 充分发挥各种方法在采空区场地使用过程中的稳定性作用, 为优化、合理、安全利用采空区场地提供保障。
摘要：通过不同的煤矿采空区分类、地基处理设计等级、建筑基底压力要求, 对煤矿采空区地基处理方法进行了论述, 研究结果可为优化、合理、安全利用采空区场地提供保障, 为相关单位和部门进行工程建设提供技术参考。
关键词：煤矿采空区,地基处理,灌注充填法,承载力
煤矿采空区注浆法地基处理应用 篇2
1 工程概况
已建巨兴小区的J1-8、9、10、11#楼群, 2009年6月J1-11#楼出现墙体“八”字裂缝, 并且在2009年9月经历连续几场大雨之后发现J1-8、11#楼发生了不均匀沉降且西侧单元沉降严重。两栋楼最大沉降量分别为38.8mm和25.7mm并且伴有水平裂缝产生, 同时在J1-9、10#楼西侧单元也出现轻微裂缝现象。
1.1 场区地层构造。
场区地层结构相对简单, 场区大面积被第四系黄土所覆盖, 与下部基岩呈不整合接触。场区岩土层依次为:第四系黄土、下伏石炭系基岩地层。场区地层分述如下:第四系黄土:由杂填土、素填土、粉土、粉质粘土、及透镜状砾砂组成。下伏石炭系:由泥岩、中砂岩、煤、石灰岩组成。
1.2 场区采空区。
根据场区综合物探报告, 在太原组15#煤层底板以下岩石, 发现有采掘岩石巷道存在, 采掘巷道埋深31.0~33.0m, 巷道高度1~2m目前大部分岩石巷道已经塌落。由下向上依次形成冒落带、裂缝带、弯曲下沉带。
1.3 沉降原因分析。
在拟建初期勘察中, 没有揭露煤层下的岩石巷道, 故没有做相应地处理。地基采用了混凝土桩基, 桩端坐落于中风化泥岩上, 上部为素填土。由于近期雨季降雨量较大, 地表水下渗进入空巷塌落体内, 引起部分塌落体内的岩石软化再固结, 使已沉降稳定的空巷再次活动, 桩端持力层下塌陷, 导致了地基的沉降不均匀, 引起开裂等。
2 注浆治理方案
2.1 工程注浆处理范围的确定。
因为前期的地基为桩基, 在采空区治理时, 除对桩基范围内的采空区进行加固外, 对基础周边一定范围内的地表土体也要进行加固处理, 依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》确定采空区上部的覆岩影响范围。根据勘察状况, 本工程的治理范围为桩基外边缘外延2.0m。
2.2 注浆材料的选择。
在本工程中, 本地区火力发电场较多, 其排放的粉煤灰数量较大, 价格便宜, 且具有一定的活化作用, 而粘土较少, 无法大规模使用。且沉降量不大, 采用水泥粉煤灰浆的加固效果已可达到所需设计要求, 因此, 依据现场实际情况, 所以综合考虑, 采用水泥粉煤灰浆液。依据现场试验结果, 及采空区工程实践和已有的研究资料, 采用水灰比0.8~1.2配合比的浆液较为合适。
2.3 注浆形式:
一般分为两种, 在空巷以填充注浆为主其形式为自由扩散[2]。本工程大部分岩石巷道已经塌落, 主要采用以自由扩散形式为主的填充注浆。
2.4 扩散半径及注浆压力:
注浆压力与扩散半径是决定注浆工程最终效果的因素, 两者间也存在着一定的关系。根据先前的研究试验表明, 用试验数据及回归线方法进行归纳, 可以以表1作为参考。
如表1所示, 本工程理论的止浆压力应该采用1.5MPa。
2.5 注浆钻孔布置。
注浆钻孔孔位, 现场指定布置于墙体裂缝发育的部位。最外部钻孔孔位要求距离建筑物外墙约4.0m。内部孔位根据建筑物内部结构情况布置调整具体孔位。
3 注浆钻孔施工
3.1 施工顺序。
为了保证采空区注浆工程的质量, 施工顺序是:为先施工楼体两侧帷幕孔, 再施工中间的注浆孔, 注浆孔分二序间隔进行施表表11采采空空区区注注浆浆压压力力参参考考值值工。先施工室外钻孔采用大间隔施工, 间隔距离不少于2个钻孔。注浆时采用间歇式注浆单孔注浆量达50m3时停注24小时, 而后继续灌注, 如此循环。待室外钻孔全部注浆完成后最后对室内钻孔进行灌注。
3.2 钻孔施工。
钻孔严格按标定孔位就位。钻孔开孔孔径采用Φ127mm, 钻进至稳定基岩内3~5m后变径为Φ89mm, 终孔孔径为Φ89mm。钻孔设计深度为40.0m终孔层位要求深入采掘巷道底板以下不小于0.5m。揭露岩巷的勘察钻孔可直接下管注浆。对钻探过程中遇到地层分界、吊钻现象等进行详细的记录, 每个钻孔终孔经验收合格后, 按要求浇筑孔口管。采用Φ89mm钢管, 在管子前焊接一圆形法兰托盘, 下入孔内变径处, 松动、抽出原Φ127mm护壁管, 再注入水固比为1:1.2~1:1.5的稠水泥浆混合搅拌均匀后浇筑注浆管, 使注浆管与孔壁固结。
3.3 注浆施工。
钻机成孔后下入注浆管, 注浆管选用1.5寸钢管, 注浆管地表外露1.0m, 孔内要求伸入变径部位以下3.0m, 变径部位设置托盘钢管, 采用丝扣连接。封孔长度为3.0m, 稠水泥浆浇铸。采用BW-250型泥浆泵压力注浆, 当孔口管压力升至1.5MPa稳定3分钟或地表溢浆钻孔串浆时可以停止注浆。停止注浆24小时后对部分回落较大的钻孔均进行二次复注。注浆过程中出现地表裂隙大量冒浆时, 则改用采用间歇式注浆, 减小注浆压力。
3.4 注浆工程质量检测。
根据经验检测时间应在注浆结束一个月以后进行, 浆液材料才能达到设计要求的强度标准。本工程采用检验孔抽验, 钻孔数量不得少于5%, 取芯检查要求填充率大于75%, 波速测试, 横波速应大于160m/s。
4 地基加固效果评述
通过对住宅楼地基岩石巷道进行注浆加固已经对巷道空洞、上部裂隙、孔隙、冒落带进行了有效的充填, 注浆效果较好。对J-8#楼一个沉降点、11#楼两个沉降点进行沉降观测。从2010年6月施工完毕三个月后个沉降观测点的沉降速率已经小于0.025mm/d, 这说明建筑物的沉降已经稳定达到预期的目的。
结束语
在总结经验、教训的同时不断的摸索, 创新才取得了该采空区地基加固处理的成功, 本工程实践的成功说明注浆法是一种施工机械轻便、施工工艺简单, 工期短, 效果明显的地基加固方法, 在既有建筑物地基加固工程中具有明显的技术优势, 是已有地基基础加固处理的有效方法。
参考文献
[1]蔡胜华等.注浆法[M].北京:中国水利水电出版社, 2006.
[2]童立元, 邱钮, 刘松玉等.公路下伏多层富水煤矿采空区治理技术研究[A].第七届全国岩石力学与工程学术大会论文集[C].2002, 9.
采空区地基 篇3
1 工程概况
某铁路工程段位于DK329+740-DK330+250段, 地址条件比较复杂, 该地段几乎都是旱地, 地形比较开阔平坦。该施工地段有两个弃渣堆和一处矿井, 矿井具有采空区, 并且已经被采空完全, 而且在矿井的周围具有比较大面积的采空塌陷区。采空区在塌陷以后, 地层的裂缝也随之不断增多, 在巷道和采空区之间就会成为水流流通的通道, 因此, 周围的岩石及土壤的力学性质也不断变差, 使得地层的透水性也不断增强, 尤其是在巷道空洞区具有比较大的渗透系数。
2 该铁路工程中采空区地基加固措施与原则
(1) 根据该地段的实际情况, 在本次施工过程中运用压力注浆与自流注浆相结合的加固处理技术, 这是一种动态的处理过程, 在这个过程当中, 可以通过钻孔来反应出采空区的实际情况, 运用调整浆液的类型配比以及钻孔的深度等方法来获得最好的填充结果。在施工的过程中每一个钻孔彼此之间的注浆量相互之间要成互补关系。当遇到有空洞的注浆孔时, 要先将砂注入到孔内然后再进行施工。在对每个孔进行施工的时候, 要将孔注满后才能够停止施工, 防止出现堵塞通道的现象。 (2) 在对采空区进行加固施工时, 要先将稀浆也就是渗入性注浆以比较小的压力注入其中, 这时的浆液是沿着裂隙带和孔隙进入到采空区当中的。当浆液将这些地方注满时, 就会在腔体产生一种压力, 这个时候的注浆就会将裂缝或者是孔隙撑大, 也会在新的比较软弱的地方产生新的孔隙和裂缝。在这个注浆过程结束以后, 再进行浓浆注入施工, 这个过程的作用就是能够抬升孔位周围的地面, 并且能够使地面隆起, 这个施工注浆就是将地层压实。在施工加固过程中, 将土层中的裂隙和孔隙充满, 并且使其能够与周围的土体结合在一起, 最终使地基得到加固, 确保工程的顺利实施。
3 铁路工程中采空区地基加固施工技术
3.1 地基处理整体技术要求
在本施工中的要做到的就是如何能够很好的控制注浆的压力以及是否能够保证钻孔已经到位。要依据岩层的情况以及钻孔取芯来确定如何更好的控制钻孔的深度, 实际钻的深度与设计的深度之间的误差不能够大于1米。在对该地段的采空区进行施工时运用的是填充式注浆, 分别依次运用自流式注浆和压力注浆, 前者是通过每孔的注浆量来进行控制的, 后者是以注满为前提。
根据设计规范的要求, 在对铁路路基进行特殊地段的施工时, 可以通过将双向的土工格栅铺设在路基底部以及将水泥砂浆注入到钻孔中的施工方法来进行。在进行钻孔注浆的时候, 宽度一般是57米到67米, 间隙一般是大约为3米, 这样能够便于注浆帷幕的形成。在中间的位置的注浆孔一般是运用梅花形来进行布孔, 各个行与列之间的间距是5米, 钻孔的深度一般是35米到40米, 实际情况要根据底板来确定。在进行注浆的时候要使用掺粉灰砂浆以及水泥砂浆, 并且保证土工格栅的抗拉强度达到设计规范的要求, 要依据路基的实际宽度来确定设计宽度, 并且要将铁路的耐久性和路基的承载力考虑到里面。
3.2 灌浆技术要求
(1) 在施工之前要对施工地段进行检测, 检测的方法可以运用跨孔电磁波层析成像法、瞬态瑞雷面波法和直流电测深法。 (2) 在进行注浆施工的过程中要按照一定的顺序:要采用下行式分段注浆的方法对含有多个采空区的煤层进行注浆;要按照从下到上的顺序对倾斜采空空洞进行注浆;要按照从下游到上游顺序对充满水的空洞进行注浆, 并且在注浆的时候要依据施工设计的流速来进行;利用间歇注浆的方法对帷幕孔进行处理。 (3) 当采空区的空隙、裂缝比较大, 需要大量注浆的时候, 可以运用间歇注浆法进行注浆, 也可以采取将漏斗状投砂器加入孔口的方法, 使得砂能够顺利进入到孔内, 或者是采用加入速凝剂的方法。 (4) 当出现钻孔掉钻的情况时应该先停止钻进, 要将空腔的大小确定清楚, 并且要记录掉钻的深度, 然后再进行加固施工, 等到初步完成凝结的时候再重新进行钻孔。 (5) 进行压力注浆时泵的压力暂时确定为5-10MPa, 自流注浆时泵的压力暂时确定为0.5-1.2MPa。实际施工时的注浆压力要依据注浆以及施工地段的钻孔情况来确定。
4 结语
在本施工地段的采空区开采年份比较长, 具有地下水位高、位置复杂、深度比较深的特点, 在对本地段进行施工时, 通过对地下水位的观测以及对孔岩芯验证发现:运用“探灌结合, 先探后灌”的方法是切实可行的。在本次施工中运用的注浆加固方法已经达到了施工设计规范中相关标准的要求, 能够保证下一步的施工及治理的顺利实施, 同时也能够为同类工程的施工建设提供必要的参考。
摘要：铁路工程实施地段遇到矿山采空区的情况常常不可避免, 由于地质情况的复杂与不确定性, 地基灌浆加固处理成为一种常用方法。基于此, 本文针对铁路工程中地基加固处理采空区的施工技术进行探讨。
关键词：铁路工程,采空区,地基加固处理,施工技术
参考文献
[1]刘熙, 张昆, 李晓凡.铁路穿越小型采空区稳定性的评价方法研究[J].铁道工程学报, 2012, (12) :32-35.
采空区地基 篇4
采空区是指由于人类开采地下矿产而使原来的地层中出现的空洞区。采空区地表可能产生连续性或非连续性变形, 并由此带来一系列岩土工程问题。本文拟从有限元数值模拟计算分析的角度出发, 利用Geo Studio有限元模拟软件分析某煤矿采空区对地基稳定性的影响。
1 地质环境概况
该煤矿矿井开拓方式为片盘斜井, 总体巷道是采用一对主、副巷道平行自井口向地下深部呈“之”形斜井延伸。主斜井井口底板标高为+445 m, 井筒倾角25°, 最终水平标高-200 m。井筒总体斜长近2 000 m, 井筒断面面积5.1 m2, 矿用工字钢支护。
1.1 地形地貌
该区位于构造剥蚀低山丘陵河谷地貌区, 区域总体地形是东北高西南低, 高程介于439.50 m~622.00 m之间, 相对高差为182.5 m。
1.2 区域地质构造
该区位于中朝准地台 (Ⅰ) 辽东台隆 (Ⅱ) , 太子河~浑江陷褶断带 (Ⅲ) , 浑江上游凹陷断带 (Ⅳ) 铁厂~八道江复向斜中部。区内断层构造较为发育, 并伴随有岩浆侵入作用。井田内断层可分为K组和R组两组断裂, 见表1。
1.3 地层岩性
该区地层由老至新有:下古生界:O2m;上古生界:C2b, C3t, P1s, P2s, J3l;新生界第四系 (Q) 。
该煤矿井田内煤系地层主要为C3t和P1s, 岩性主要由灰、灰黑色砂岩、粉砂岩、泥岩、黑色页岩及煤层组成, 煤系地层最大厚度138 m, 最小厚度46 m, 平均厚度84 m左右。与上覆地层P2及下伏地层C2b呈平行不整合接触。
根据钻孔揭露资料本井田内含煤11层, 太原组 (C3t) 含煤6层, 分别为六下层、六层、五下层、五层、四下层、四上层;山西组 (P1s) 含煤5层, 分别为三下层、三上层、二层、一下层、一上层。
1.4 水文地质条件
区内碎屑岩类裂隙水主要赋存于O2m, C2b, C3t, P1s, P2s, J3l和Q4的灰岩、泥岩、砂岩、煤、凝灰岩和砂砾石地层中, 主要接受大气降水渗入补给, 向河谷排泄。区内主要发育有2组断裂构造, 断层破碎带两侧构造裂隙发育, 形成构造裂隙含水带。
2 采空区地基变形的有限元计算分析
2.1 概述
本文采用的Geo Studio系列软件是由加拿大岩土工程软件开发商GEO-SLOPE公司开发的面向岩土、采矿、地质工程等领域的一套仿真分析软件, 主要包含了SIOPE/W, SEEP/W, SIGMA/W, TEMP/W, QUAKE/W及CTRAN/W几个模块。本文使用的是SIGMA/W (岩土应力应变场分析模块) , 选用其中的线弹性 (Linear-Elastic) 模型。
2.2 有限元数值模型的建立
本文选用32号勘探线剖面来建模进行分析计算。
1) 计算假定。在模拟计算中做出了以下假设:a.岩体变形为各向同性。b.岩体的初始应力场由自重应力构成。c.不考虑空间效应, 按平面应变问题处理。d.岩土体均按照线弹性模型建模。
2) 参数设定。所选取剖面高程约为-400 m~480 m, 长约1 340 m。其中新老地层7层, 煤层4层, 岩浆岩1处, 断层5处, 共选用材料介质10种, 各力学指标如表2所示。
3) 模型单元网格划分。本课题岩层选用四边形八节点单元或三角形六节点的自由单元进行剖分。对于四边形单元, 尽量减小其相邻边的差值, 对于三角形单元, 尽量避免小角度锐角出现。在应力梯度较高的区域, 如煤层、断层, 采用较密的网格。基本单元大小定位为10 m×10 m的层次, 共划分了6 316个网格单元, 4 604个节点 (见图1) 。两侧的边界各点设定为X方向固定, Y方向可移动;底部各边界点设定为X, Y方向均固定。
4) 模拟施工方案。由于缺少准确的初始地应力资料, 故仅考虑岩体的自重应力, 忽略其构造应力, 在分析第一步首先计算自重应力场, 其次进行模拟开挖。根据煤层的位置及层厚, 把模拟开挖共分为四步。第一步主要开挖三下层、四下层、五层和六层在-150 m以上的部分, 第二步主要开挖三下层、四下层、五层和六层在-150 m~-250 m之间的部分, 第三步主要开挖五层在K2断层和K10断层之间的部分, 第四步开挖五层和六层在-280 m以下的部分。对模拟开挖的计算完成之后, 进行分级加荷模拟地基在建筑物荷载下的变形, 每级荷载设为15 k Pa, 共4级。
2.3 计算结果
1) 分步开挖时的X位移:随着开挖进行, 岩层扰动区显著增大, 紧邻第三步开挖层的上部岩层出现了明显的X位移;第四步开挖后负的最大X位移为11.34 cm, 出现在开挖层五层、六层之间;正的最大X位移6.59 cm, 在第三次开挖的五层上部岩层。
2) 分步开挖时的Y位移:随着开挖区的增大, 开挖区上部岩层下移逐渐明显, 下部岩层回弹量也持续增加;第四步开挖之后最大沉降位移为26.37 cm, 最大回弹位移为3.90 cm。
3) 分步开挖时的最大主应力:随着临空面的出现两侧岩石向内回弹卸荷, 出现小范围的应力释放;在采空地层角部出现了应力集中现象。最大主应力为158.40 MPa。
4) 分步开挖时的最大剪切应力:随着开挖的进行应力集中现象越来越明显。最大剪切应力为88.54 MPa, 出现在三下层与K2断层结合处。
5) 随着开挖区的增大上部的岩层中塑性区也在增大。
6) 施加四级荷载地表最大沉降分别为26.5 cm, 26.6 cm, 26.8 cm和27.1 cm。
2.4 计算结果分析
1) 应力集中现象。在开采地层的角部位置出现了明显的应力集中现象, 如图2, 图3所示。
现在选取了三下层与R13断层结合部位的几个点 (见图4) , 分析其应力状态, 如图5, 图6所示。由此可知, 在被开采地层的角部岩体受到很大的最大主应力和剪切应力, 须加以支护。
2) 沉降和回弹。由于煤层开采而形成了临空面, 附近岩体因卸荷而回弹、沉降。临空面以下的岩体向上回弹隆起, 但位移并不太明显;临空面以上的岩体由于失去了下部的支撑, 应力状态极大改变, 产生了很大的沉降量。
选取临空面两侧的一系列点来观察它们的Y位移, 可见在接近临空面上的点位移达到了最大值 (分别为3.5 cm和-25.6 cm) , 向岩体内部逐渐减小。显然采空地层附近的沉降量直接影响地表的沉降量。
3) 地表沉降。由于开挖而导致的地表沉降很明显, 总体呈中心沉降大, 向两侧逐渐减小的趋势, 由于左侧岩体质量明显好于右侧, 所以沉降分布并不对称。地表各点的Y位移最大沉降为10.4 cm。在铁路路线附近区域的沉降为10.1 cm左右, 对铁路的影响是显著的。
在地面荷载的作用下地基变形明显 (第四级荷载最大沉降量为17.8 cm) , 但增加的这部分沉降主要由Q4覆盖层的变形引起。
4) 塑性区。在开挖完成之后, 塑性区主要分布为左中右三个区。左区和中区边缘均有临空面的应力集中区, 有松动破坏的可能性, 若破坏将可能使塑性区进一步扩大, 需适当支护;而右区所处环境较稳定, 形成原因可能与K10和F5两个断层有关, 推测可能为F5上部被扯断。
施加地面荷载小于120 k Pa时, 塑性区的扩大并不显著, 在右部J3底部与O2接触的部位塑性区有扩大的趋势, 另外井田边界Q4也产生了塑性区。当地面荷载在120 k Pa以上时, 塑性区将有明显的扩展。
3 结语
1) 从模拟的结果来看, 与实际调查得到的结果相近, 说明所建立的平面应变模型、设置的边界条件以及网格划分是可行的。2) 在开挖煤层后临空面附近会出现应力集中现象, 岩石极易在应力作用下破坏。3) 开挖引起的X位移分布不规律;Y位移 (沉降) 在采空部位上部岩层最大, 向两侧逐渐减小, 向上也有减小, 但不明显;在开挖产生临空面后, 下部岩层向上回弹隆起, 但位移很小, 也没有形成塑性区。4) 地表沉降在采空部位的地面投影处的中心最大, 向两侧逐渐减小, 但由于岩性的差异, 沉降量并不对称。地表的最大沉降达到10 cm以上, 对区内的已有建筑和铁路均会造成影响。5) 经过对模拟结果的分析, 我们认为在开挖引起的变形完成后, 建筑地基在120 k Pa的外载作用下变形主要由第四系覆盖物的变形引起, 如果选择合理的地基处理方案和基础方案, 仍然能够满足稳定性的要求。6) 由于开挖而在区内产生了一定规模的塑性区。施加附加引起的塑性区扩大并不显著。
由于所研究问题的复杂性, 在论文撰写过程中仍存在不少不足和问题, 有待于进一步的研究。主要有以下几个方面:
1) 模型的建立仍然有些理想化, 不能进一步细致的反映问题。2) 在建模过程中, 对剖面的选取要求难以很好的满足。3) 对地层细节的刻画、岩土体物理指标的选用有待进一步完善。4) 2D建模的局限性, 平面问题不能考虑空间效应。5) 所考虑地面荷载均为静荷载, 对动荷载的影响未加以考虑。
参考文献
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