关于地表点下沉时间函数的研究--改进的克诺特时间函数

克诺特时间函数被认为可以描述地表点下沉的全过程。通过理论推导并与实测资料对比，证明了可采用传统的地表下沉时间函数——克诺特时间函数来描述地表点下沉全过程存在的缺陷；经过对地表点下沉规律的分析，提出更为合理的地表点下沉时间函数——改进的克诺特时间函数，用实测资料进行了检验，证明改进后的克诺特时间函数与实际情况吻合良好。     

地表动态移动变形预测函数研究

 在研究国内外开采沉陷动态分析时间函数的基础上,运用概率积分法对地下开采引起地表沉陷随时间和空间的变化规律进行研究,提出动态地表移动变形的坐标–时间函数。该函数不仅比克诺特(Knothe)时间函数W(t)增加了坐标变量x,而且,还增加岩移参数(q,r,v,?,?,t0),这些参数与概率积分法静态分析的参数相统一。研究分析起动时间t0随坐标x变化的关系式;用下沉坐标–时间函数W(x,t)与Knothe等多个典型时间函数相比较,不但克服Knothe等时间函数一阶导数、二阶导数的不完善性,能正确反映下沉、下沉速度、下沉加速度的变化规律,而且,对x求偏导数,获得动态倾斜、动态曲率、水平移动、水平变形等的坐标–时间函数。从而,建立半无限开采和有限开采条件地表移动变形动态分析的基本公式。在此基础上,结合课题进行实例验证。研究表明,常规的静态分析函数只是该地表移动变形的坐标–时间函数的一个特例;该坐标–时间函数能正确描述地表沉陷动态过程;多个既有岩移参数建立的各坐标时间函数不仅能充分反映地质采矿条件,而且可推广性强。     

地表下沉系数计算的人工神经网络方法研究

在综合分析地表下沉系数影响因素的基础上 ,采用人工神经网络方法建立了地表下沉系数的计算模型 ,运用我国典型的地表移动观测站资料作为网络模型的学习训练样本和测试样本 ,对网络模型的计算结果与实测值进行了对比。结果表明 ,用人工神经网络方法求算地表下沉系数考虑的因素更为全面 ,结果准确可靠 ,更接近于实际 ,为地表下沉系数的理论计算探索出一种新方法     

老采空区地表残余移动变形影响函数研究

为解决老采空区地表新建建(构)筑时的地基稳定性评价问题,填补规程空白,通过覆岩结构演变分析,提出地表残余移动变形的定义和2个阶段,指出第2阶段残余移动变形才可能对地表建(构)筑产生有害影响.发现垮落岩体压实特性自老采空区边界至中央具有明显的分区性:边界区空洞,老采空区中部垮落岩体空隙及其上部岩层裂隙.将这2组决定地表残余移动变形发生的老采空区及覆岩空间,分别转化为对应的等效开采厚度,采用概率积分原理构造出采动影响下地表残余移动变形静态影响函数,包括残余下沉、残余水平移动、残余倾斜变形、残余水平变形、残余曲率变形影响函数.应用这些影响函数进行计算表明,在老采空区两侧边界出现地表残余移动变形最大值,这与老采空区边界空洞较大、活化潜能大的机制分析结论一致;采用开尔文模型,分析老采空区及覆岩的蠕变特性,构造残余下沉坐标-时间函数,实现残余下沉的动态分析;通过实际观测数据和FLAC3D数值模拟2种方式验证,表明各影响函数可较好地描述地表残余移动变形规律.     

盾构隧道变位复变函数解的验证与参数分析

针对不排水黏土浅埋盾构隧道的一种(均匀)收敛-椭(卵)变(形)-(刚体)下沉复合体积损失模型,分别引入椭变系数与下沉系数,采用改进的复变函数求解方法,求解对应的地层变位和地层应力,并分析复合体积损失模型参数的影响。参数分析表明:(1)随着隧道下沉系数或椭变系数的增大,地表沉降值增大,沉降槽宽度也增大,但增加的量值不大;(2)隧道椭变系数主要会影响地层水平变位的大小及方向,而隧道下沉降系数则主要影响地层水平变位分布曲线的曲率;(3)最大环向应力出现在开挖边界的顶部,主因是隧道的下沉,次因是隧道的椭变。本文方法可以计算分析粘土浅埋盾构隧道开挖引起的地层变位以及应力分布。     

隧道开挖引起地表下沉及其影响分析

针对地下隧道开挖引起的地表下沉问题,运用概率统计理论建立了数学模型,并根据BP神经网络理论,通过对BP神经网络算法的改进,采用反分析方法确定岩体移动变形参数。利用所建模型对隧道开挖引起的地表垂直移动(下沉)进行了具体的计算分析,将理论计算值与实测下沉值进行对比,二者十分吻合。对比结果表明,所给出的数学分析模型及参数确定方法符合工程实际,为解决地下隧道开挖引起地表下沉预计分析问题开辟了新的途径。     

覆岩主关键层运动对地表沉陷影响的 钻孔原位测试研究

 通过神东矿区补连塔煤矿31401工作面内部岩移的地面钻孔原位观测与地表沉陷观测的对比研究,就覆岩主关键层运动对地表沉陷的影响进行实测研究。研究结果表明：厚47.01 m的粉砂岩主关键层控制了上覆基岩直至地表的移动变形,上覆岩层的运动随主关键层破断出现周期性跳跃变化;受主关键层的控制作用,地表沉陷测站观测时间间隔长短显著影响了测点的下沉速度曲线,观测时间间隔越短,其对应的下沉速度曲线呈现的周期跳跃性变化越强;观测时间间隔越长,其对应的下沉速度曲线更为均化。因此,在浅埋煤层开采中,为了准确反映地表下沉的动态过程,应该缩短观测时间间隔,才能正确掌握采动覆岩内部移动与地表沉陷的内在联系,推动开采沉陷预计的发展。     

基于倾角变化的最大下沉值计算方法

最大下沉值是度量层状矿体(如煤层)开采引起的地表移动变形程度的重要参量。地表最大下沉值与开采工作面几何要素相关，基于倾角变化的最大下沉值计算模型综合反映了这些因素的影响关系，在一定程度上从岩层移动机理揭示了开采沉陷的层面效应和尺寸效应，为建立不同级别倾角煤层开采沉陷的统一模型打下了基础。     

矸石-粉煤灰充填采煤覆岩结构与变形规律

矸石-粉煤灰充填采煤可解决“三下”压煤和固体废弃物排放造成的环境污染问题。根据充填采煤工作面覆岩移动规律,提出矸石-粉煤灰充填采煤覆岩存在3类结构;在弹性地基薄板理论基础上,建立了基本顶力学模型,推导出了基本顶弯曲下沉的理论公式,给出了基本顶破断的临界条件;据此,分析了基本顶变形影响因素,并进行了工程实践。结果表明,基本顶最大下沉量理论计算值与实测值基本一致,各因素对基本顶弯曲下沉影响大小依次为:基本顶弹性模量、覆岩载荷、直接顶弹性模量、充填体弹性模量。邢台矿7606工作面采空区基本顶的最大下沉量为234 mm,沿专用铁路线地表最大下沉量为16 mm,仅直接顶产生了局部裂隙和离层,基本顶完整性较好,覆岩属于第II类结构,地表变形得到了有效控制。     

辛置煤矿间歇开采岩移机理及沉陷规律研究

为了研究巨厚黄土层下间歇开采岩移机理及地表沉陷规律,基于辛置煤矿的地质采矿条件,对条带开采煤柱的稳定性进行了理论分析,得到了倾斜煤层煤柱稳定性的判别函数;采用UDEC数值分析方法反演了百亩沟村庄下前期条带开采覆岩及地表沉陷特征,揭示了岩层移动的机理,获取了研究区域主断面的地表沉陷值。隔离煤柱回收后,依据现场实测数据,分析了间歇开采地表动态和静态地表沉陷特征,求取了地表移动角值参数和概率积分预计参数。研究结果表明,前期条带开采煤柱能够形成稳定的核区,煤柱安全系数为2.34,关键层不破断,地表最大下沉217 mm,最大水平拉伸变形为0.41 mm/m,小于窑洞的Ⅰ级抗拉伸水平变形的临界值。间隔煤柱回采后,地表移动初始期和活跃期偏短累计219 d,最大下沉点下沉量与下沉时间服从负指数函数关系;地表终态最大下沉1 537 mm,水平拉伸变形为3.98 mm/m,地表建(构)筑物所受的采动损坏程度超过了Ⅱ级。间歇开采后地表沉陷下沉系数为0.74,开采影响传播角系数为0.6。     

The influence of time on subsidence in the Central Asturian Coalfield

In coalfields, subsidence frequently does not develop instantaneously but gradually and over a period of time after the opening of the cavity. In this paper, the time effect is studied in the coalfield of Asturias, Northern Spain, with the aim of predicting subsidence phenomena and characterizing the trough in the different intermediate stages of the process of excavation and subsidence. The subsidence is predicted following the models of Knothe and Sroka–Schober and a new time function based on the normal distribution function. The results obtained were compared with actual subsidence data from the mining of the Molino and Mariana seams in Boo, in the Central Asturian Coalfield. The new normal time function proposed here is found to more accurately represent the actual subsidence pattern observed.      

地面沉降地区天然气管线安全性评估研究

地面沉降导致位于地表的天然气管线随之沉降,直接影响到天然气管线的安全使用.根据地面沉降所表现的6种移动与变形形式,研究了这些移动与变形对天然气管线的破坏特征和影响规律,推导出天然气管线移动与变形的预测公式,讨论了天然气管线受到地面沉降影响程度的预测与分析方法,提出了防治天然气管线沉降的技术方案.最后,列举了一个预测天然气管线沉降的实际例子.     

采矿引起地表点动态下沉的分形增长规律研究

 首次研究揭示了地表点动态下沉的分形增长规律。研究表明, 地表点动态下沉曲线具有统计分形特征, 符合大“z”型逐级镶嵌小“z”型的分形增长模式; 研究实现了地表点动态下沉曲线分形插值, 运用较少的实地下沉观测数据量, 在一定精度范围内求得任一时刻的地表点下沉值, 为地表点动态下沉和动态变形的认识和预测提供了新的途径, 同时, 通过地表动态下沉的分形增长规律来认识和揭示岩体内部移动和破坏的物理机制, 对开采沉陷的深入研究具有重要理论价值。     

沉陷区建筑物损害评价补偿模型的研究

为减少沉陷区建筑物损害引起的补偿纠纷,有必要建立公正科学的补偿体系.通过地表变形指标评价沉陷区建筑物损害程度,将沉陷区建筑物损害评价与补偿工作有机的结合,在综合考虑建筑物所处沉陷区位置和使用时间的基础上,对补偿标准进行修正,形成有区别的补偿标准,对沉陷区建筑物进行科学补偿.形成了从建筑物损害判定到损害补偿的流程体系,建立了沉陷区建筑物裂缝补偿和搬迁补偿模型.为沉陷区建筑物损害补偿工作提供了科学、系统的方法.     

砂卵石地层圆形隧道施工引起的土体移动特征

采用室内模型试验研究了不同地层损失率下的地表沉降及地中位移分布,揭示了砂卵石地层圆形隧道施工地层损失引起的土体移动特性及传播机制。试验结果表明:不同地层损失下地表沉降槽同样具有高斯分布函数形态特征,距隧道中心线1D范围为地层沉降的主要区域,该区域沉降受地层损失的影响最大;水平位移量值较大,最大水平位移出现在隧道左侧拱肩斜向上至地表的区域;地层颗粒的移动方向总体指向地层损失产生区域,同时受地层损失的大小、形态及分布特征等因素的影响;地表及地中沉降槽宽度系数随地层损失率的增大而缓慢增大。研究表明,不同地层损失下土体的松动、塌落及重新固结是砂卵石地层位移的主要原因,由于地层损失导致砂卵石地层物性参数的改变和颗粒在水平方向的移动和填充作用,使得地表及地中沉降槽宽度系数随地层损失率的增大而改变。     

基于GIS的沉陷区建筑物损害评价可视化分析

针对煤矿开采沉陷与地表环境资源之间日趋紧张的矛盾现状,在理论研究与现场调研的基础上,通过总结分析开采沉陷区地表变形与建筑物损害的相互关系,建立了沉陷区建筑物损害评价计算模型。基于计算模型,在GIS平台下利用ArcObjects组件开发技术,集成实现了“开采沉陷环境资源损害评价”功能模块并嵌入ArcGIS桌面系统。该系统模块能够实现煤矿沉陷区建筑物损害评价计算的自动化和可视化,同时,用户能够自主设定评价指标与评价标准的临界值,灵活应用于不同评价目标区。系统模块研制成功后,在兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿十采区进行了工程实际应用,现场实例校核显示,评价计算结果与现场技术人员的实地测算结果基本一致。     

深基坑开挖引起的周边地表沉降分析

本文主要对由于支护结构变位而引起的地表沉降进行了相关研究,利用正态分布及抛物线函数拟合了地表沉降曲线,并推导出沉降的估算公式。结合实际工程案例验证了该方法在预估地表沉降上的可行性。