SMW工法中型钢起拔对土体变形的影响研究

为研究SMW工法型钢起拔过程中不同因素对周边土体变形的影响,基于南京某电缆隧道工程SMW工法型钢起拔工程实例,对拔除型钢后的基坑周边土体变形进行了监测,采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,将地表沉降及深层水平位移监测数据与模拟结果进行对比,验证了数值模拟的合理性,对不同弹性模量以及拔桩顺序下周边的地表沉降规律进行了分析。研究结果表明:水泥土弹性模量不超过600 MPa时,水泥土弹性模量每增加100 MPa,地表平均累计沉降相应的会减小,减小幅度在16.2%~19.5%,增加弹性模量能有效减少距钢板桩6 m内的地表沉降;不同的拔桩顺序形成的地表沉降差值不超过0.65 mm。     

基于GA-BP神经网络的采空区地表沉降预测模型

为了提高采空区地表沉降预测准确性,选择上覆岩层弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角、开采深度、采高、矿体倾角和采场尺寸共8项影响采空区沉降的指标进行研究,通过遗传算法(GA)优化BP神经网络,构建了GA-BP神经网络采空区地表沉降预测模型,对采空区地表沉降趋势初步预测与分析。模型解算结果表明,相比传统BP神经网络预测模型,GA-BP神经网络预测模型在预测精度、拟合性能和收敛速度方面都有所提高。     

高等级公路在开采影响下的破坏现象探讨

根据地下开采引起的地表破坏现象,借鉴建筑物下、水体下、铁路下采煤,结合高等级公路自身属于带状建筑物的特点,分别讨论了地下开采引起的地表下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形对高等级公路的破坏现象。地下煤炭被采出并达到一定规模后将引起采空区上覆岩层冒落破坏,继续开采,破坏现象将影响到地表,引起地表移动变形,导致地表建筑物、构筑物受到不同程度的破坏。对于高等级公路,地下开采影响到路基路面后,将使高等级公路产生路面移动盆地、路面台阶和裂缝、路面塌陷坑和塌陷槽、路基高路堤沉陷以及边坡坍方等破坏现象。     

地下采矿引起山体滑坡发展过程数值模拟研究

为了研究地下采矿引起山体滑坡发展过程,以某金属矿山地下开采引起的山体滑坡为研究背景,模拟了井下矿体的开采过程,重现了山体变形滑坡,并由数值模拟结果预测了今后山体滑坡发展过程。结果表明: 竖直方向和水平方向位移表明山体目前处于滑坡阶段,与矿山现场实际情况相符,验证了数值模拟结果的可靠性; 随着矿体开采水平向深部发展,竖直方向位移逐渐增大,在整个地表竖直方向位移发展过程中存在3个突变点; 地表产生滑坡至地表塌陷过程有4个发展阶段,分别为岩层变形初期、地表出现滑坡、地表出现陷落孔洞和地表塌陷; 采用充填体材料对开采后的采空区进行充填后,能有效控制上覆岩层变形,预防了岩层变形,进一步控制了地表滑坡的形成与发展。研究成果可为矿山安全生产提供参考。     

综放工作面上覆岩层变形破坏时空演化特征试验研究

采用相似模拟实验方法进行采空区工作面顶板垮落过程中上覆岩层变形破坏试验研究。以CCD相机构建实验图像数据采集系统,采用数字散斑相关方法对上覆岩层位移场和垮落角进行了分析,研究了上覆岩层垮落区域裂隙演化、位移演化及偏态特征。研究结果表明:工作面顶板垮落过程中上覆岩层垮落角角度随垮落区域形状不断变化,垮落高度逐渐减小直至平稳,垮落面积逐渐增大直至平稳;在竖直方向上,上覆岩层垮落带呈宽缓的W型沉降、裂隙带和弯曲下沉带呈V型沉降;在水平方向上,下部上覆岩层向两侧移动、上部岩层向中间移动,造成各岩层间发生摩擦滑动,并对两侧未开挖区域及煤柱产生弯矩作用;工作面顶板跨落后形成偏态,开切眼侧垮落角大于开采侧垮落角,并在开采侧形成岩移角,开切眼侧的下沉曲线较陡、工作面侧下沉曲线较缓。根据实际工程背景,计算了地表塌陷影响范围,为煤矿开采对上覆岩层影响范围和程度以及后续采空区治理等问题评估提供了必要依据。     

某石膏矿地下开采诱发的地表沉降分析

某石膏矿采用竖井开拓、房柱法开采,开采区段内形成大面积采空区,部分采空区已发生塌陷。为科学规划井下开采和保障矿山安全生产,采用理论分析与数值模拟计算方法,得出矿山地下开采诱发的“三带”高度为179.42 m,地表沉降最大值理论计算为1.43 m,数值模拟所得地表最大位移为1.36 m,出现在10#和14#盘区所对应的地表位置。矿山1#,3#,4#和5#,10#和14#盘区所对应地面已塌陷区内实测最大塌陷深度分别为1.74,1.72,1.78和1.79 m,均大于理论计算值和数值模拟值,得出上述盘区所对应的采空区上覆岩层均已连续塌陷变形,下沉直至地表,其他采空区所对应上覆岩层尚未完全塌陷变形的结论,为矿山后续的安全生产提供了科学指导。     

浅析地下输煤隧道开挖过程中的地表沉降规律

地下输煤隧道开挖引起地表沉降是人们非常关心的问题,针对某电厂地下输煤隧道开挖引起地表沉降问题,采用有限元数值模拟进行分析。结果表明地表沉降随埋深增大而减小;现场观测结果和数值模拟显示的地表沉降规律基本一致,地表最大沉降均在拱顶正上方地表处,且数值模拟均比现场观测的地表最大沉降小,衬砌对于地表沉降的控制起到很明显的作用。对于地下输煤隧道,只要选择合适的埋深和适当的衬砌,地表沉降会得到有效控制。     

山区浅埋煤层裂隙发育UDEC模拟研究

受地下采动影响,坡体会发生移动变形,内部应力重新分布,同时,开采使地表产生裂隙,坡体很容易失稳,甚至发生滑坡、泥石流等大型地质灾害,并且也会加剧环境损害[1]。因此,为分析山区浅埋缓倾斜煤层开采时,覆岩裂隙发育变化及地表移动情况等,根据贵州山区煤矿地质复杂情况,运用UDEC软件对响水煤矿3号煤层12309工作面进行数值模拟。模拟结果表明:山区浅埋缓倾斜煤层与平原地区水平煤层开采引起的裂隙变化、地表移动变形等有所不同;坡角陡的地方裂隙发育,稳定性差,容易失稳发生滑坡;3号煤层12309采面开采后,覆岩受开采影响强烈,顶板跨落最大位移约为3.178m。     

建筑荷载影响下的浅部老采空区覆岩变形破坏相似材料模拟研究

针对在深厚比较小的浅部老采空区地表建设易引发该区覆岩失稳破坏的问题,采用相似材料模拟试验方法,对浅部老采空区残留空隙分布、建筑荷载影响下的覆岩空隙演化及地表沉降特点进行了研究。研究结果表明:受荷载影响的老采空区残留空隙二次压缩或失稳是浅部老采空区地表产生新的较大变形的根本原因;老采空区覆岩残留空隙主要包括:岩层结构已平衡的在无外因扰动下将长期存在的离层、垮落和裂缝带内破损岩层虽经历长时间压实但仍存在的裂隙、开采边界覆岩未完全垮落而形成的空洞;浅部老采空区覆岩内不存在弯曲带岩层的整体性支撑效应或此类覆岩较薄不足以分散荷载的影响,荷载直接作用在垮落和裂缝带破损岩体上,使得破损覆岩再次压密失稳破坏;采空区边界残留空洞受荷载影响,在其上方发育纵向裂缝,随着荷载的增大覆岩沿纵向裂缝整体性断裂,直至切冒到地表,对拟建建(构)筑物的结构安全影响极大。     

马城矿多中段叠加开采对上覆岩体移动与变形的影响

地下矿产开采过程中诱发的上部岩体移动将严重影响生产安全,主要原因是大规模的地下开采引起围岩移动,破坏了围岩原有的力学平衡状态,造成应力重分布,岩石移动逐渐波及到地表,引起了地表变形。为了研究多中段叠加开采对上覆岩体移动与变形的影响,以马城矿工程为例,运用MIDAS,FLAC3D等数值模拟方法模拟不同开采中段条件下地表移动与变形特点,得出各阶段沉降与水平位移值,计算相应变形值,简要介绍了地下开采引起的地表移动变形5项指标对地表建筑物的影响。研究表明:最终地表移动变形是多次重复开采扰动的叠加作用,并根据国家标准界定出移动角,从而为同类矿山的开采设计提供了科学依据。     

基于3DEC的结构面对采空区的影响机制

Ⅳ级结构面是构成岩块的边界面,影响着地下工程岩体的物理力学性质及应力分布状态。基于3DEC离散元软件,在特定的采空区应力场下,针对单组结构面以及多组结构面中可产生滑塌锥的情况分别开展了研究。结果表明:1)单组结构面对采空区的影响形式为滑移破坏,随着结构面倾角的增大,采空区顶板最大位移先增大后减小。2)多组结构面形成滑塌锥后并不一定意味着塌落,在黏聚力以及内摩擦角较大时滑塌锥仍然可以保持稳定;在黏聚力—内摩擦角—滑塌锥位移的三维曲面图中,形成稳定区、塌落区、滑移区三类。3)利用极限平衡理论对滑塌锥的稳定性进行力学分析,提出滑塌锥失稳的判定条件,具有一定的工程实用价值。     

桩底沉渣对钻孔灌注桩力学性质影响研究

钻孔灌注桩因其自身众多优点而在工程中被广泛应用,而沉渣的存在对桩的承载特性有较大影响。根据现有工程资料,利用有限元软件详细分析了桩底沉渣厚度、弹性模量、泊松比、内聚力及内摩擦角各几何、物理力学参数对桩承载特性的影响。研究结果表明:沉渣厚度对单桩极限承载力有较大影响,沉渣的存在使得单桩极限承载力快速降低。沉渣厚度对极限承载力的影响存在临界值,其值在35~45 cm;沉渣各个模量下,桩顶P—S曲线均呈现出突变型变化,极限承载力随着沉渣弹性模量影响的增大而增大;各沉渣泊松比和内聚力下桩顶P—S曲线变化趋势类似,可认为沉渣泊松比和内聚力对单桩承载特性影响较小;单桩极限承载力随着沉渣内摩擦角的增大而增大,根据tan Φ—极限承载力散点图拟合出了沉渣内摩擦角对单桩极限承载力影响评价的定量公式。     

The role of potential soil cavity on ground subsidence and collapse in coal mining area

Based on five basic assumptions, using theoretical analysis method, the nature of the ground subsidence and collapse was revealed from the mechanics point. Divided into four phases as groundwater level descent, soil cavity formation, soil cavity expansion, and ground collapse emersion, the whole process of ground subsidence and collapse was analyzed in detail. The study shows that ground subsidence and collapse is the macroscopic performance and inevitable result of the soil cavity expansion and development, and the dynamic mechanics is the spalling force induced by the groundwater falling. The activities of underground water play a very important role in the process from the formation of soil cavity to the production of ground subsidence.     

深部花岗岩物理力学参数随赋存深度变化的变异性试验

为研究深部花岗岩物理力学参数随赋存深度变化的变异性,通过对某金矿19~1 320 m深度水平的花岗岩岩样的岩石参数(单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、天然重度等)统计分析,结果发现,岩石参数变异系数大小顺序为：弹性模量>单轴抗压强度>黏聚力>泊松比>内摩擦角>天然重度;单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力、内摩擦角、天然重度随着深度增加有线性增大趋势,而泊松比随深度增加有线性减小趋势;根据地质统计学的变异函数,拟合出岩石参数最优模型,分析了岩石参数在空间变异的性质,天然重度在赋存深度尺度内变异性小,而弹性模量和单轴抗压强度变异性较大。许多学者对土的参数变异性研究相对较多,而对岩石参数的变异性研究相对较少,以岩石试验为基础对岩石参数进行分析,揭示了岩石参数随赋存深度变化的规律及变异性,对深部开采有一定参考意义。     

岩体力学参数敏感性正交数值模拟试验

采用正交数值模拟试验方法研究了岩体力学参数对巷道围岩变形与破坏的影响.选择弹性模量(弹模)、泊松比、黏聚力、内摩擦角、抗拉强度、剪胀角等6个因素、5个水平的正交试验方法进行了相关的数值模拟试验.试验结果表明:黏聚力是影响巷道变形与破坏最敏感也是最重要的参数.随着黏聚力的加大,巷道围岩表面移近量及屈服范围均显著减小;内摩擦角对巷道围岩屈服范围有着明显的影响;弹模对巷道围岩表面移近量有着明显影响;泊松比、抗拉强度和剪胀角的影响相对较小.     

基于ABAQUS的坡地边坡稳定性影响因素敏感性分析

为研究边坡体物理、力学参数对边坡稳定性的影响。结合某边坡工程实例,选取弹性模量、黏聚力、内摩擦角、重度、泊松比5个典型影响因素进行分析,通过SPSS数据分析软件设计正交实验,获得影响因素不同水平组合的实验组,运用大型通用有限元软件ABAQUS建立边坡模型,采用强度折减法进行数值模拟计算,获取边坡安全系数。将安全系数作为边坡稳定性评判标准,对实验结果进行极差分析,并将极差分析结果确定的因素敏感性与层次分析法确定的影响因素权重大小进行比较,最终得出2种分析方法计算得出的各因素敏感性大小基本一致。结果表明:同一边坡在工况相同时,黏聚力对边坡稳定性的影响最大,其次是内摩擦角,重度与泊松比次之,弹性模量的影响最小。     

工作面过断层煤壁注浆加固实践与理论分析

通过对嘉乐泉矿2804工作面进行现场观测,得到断层下工作面顶板的破断规律及矿压分布特征,建立工作面直接顶模型,利用位移变分法推导出工作面顶板沉降量计算公式,定量分析工作面注浆加固后煤体弹性模量的提高对顶板沉降量的影响,结果表明:注浆加固后随着煤体弹性模量增大,顶板下沉量逐渐减小,当煤体弹性模量增加到3 500 MPa时,顶板下沉量随煤体弹性模量增大而减小的速度变缓,且煤体强度太高,不利于割煤。