地下采矿引起的程潮铁矿东区地表变形规律研究

金属矿山由于其矿体形态多变、地质条件复杂、多非充分采动、开采方法多样、构造应力显著及结构效应明显等特点,难以把握由地下采矿引起的地表变形和岩体的破坏形式。以程潮铁矿东区为例,依据近年（2010年3月至2015年9月）的地表变形实测数据,绘制出相应的监测成果图。结合三维激光扫描等新技术再现地表变形三维盆地,探究了地下开采影响下的地表变形规律和机制。对矿区上下盘地表变形规律等进行了比较分析,结果表明：程潮铁矿东区在采矿初期发生筒状冒落;变形传递到地表后,在采空区正上方形成大小不等的漏斗状塌坑群。上盘地表变形扩展与采矿推进度有较好的对应关系;水平应力是岩体变形的主动力,应力不断释放影响着地表变形特征。结构面倾向改变了上、下盘岩体的破坏形式,减缓和加速了上下盘岩体的破坏。同时,在坡体形态的影响下,地表变形在下坡方向总变形量增大和垂直变形增量更大。     

厚覆盖层矿山地下开采地表塌陷机制分析

随着矿山开采深度的不断增加,厚覆盖层成为部分深部地下矿山的主要特点。以物探调查、变形监测以及理论分析为手段,对某典型厚覆盖层金属矿山地下开采初期地表塌陷的成因与机制进行了分析。结果表明,厚覆盖层中存在的大面积采空区为地表塌陷变形提供了空间,采空区顶板厚度较小为地面塌陷的发展提供了条件,采空区的存在是地表塌陷的主要原因。地表出现塌陷以后,塌陷范围以塌坑为中心继续向外扩展,受覆盖层内采空区走向,断层和岩层分界面等地质缺陷影响,塌坑向西、向南与向北三个方向上的扩展较向东快得多。降雨会增大塌坑向外扩展的速度,因为地表水的下渗加快了塌坑周围岩土体向塌坑方向的移动和下沉。     

竖井变形破坏机制与继续使用可行性探究

依据程潮铁矿地表变形、岩体变形和井筒裂缝监测资料,分析东主井井筒变形破坏的成因,总结井筒裂缝分布规律及其与采空区的关系,通过数值分析探讨井筒继续使用的可行性。结合后期对地表与深部岩体较为详细的监测资料,建立了倾倒破坏力学模型,探讨井筒裂缝扩展与井区岩体水平位移之间的关系以及井区岩体分区与井筒裂缝分布之间的关系。研究结果表明,东主井变形破坏是由地下采矿引起的,岩体水平位移对井筒变形破坏起重要作用;井筒的裂缝分布在空间上与采空区的位置有关,井筒的东面和西面裂缝发育,南面和北面基本无裂缝。由数值计算结果可知,井区地表与岩体变形将继续加大,但不会发生整体失稳破坏。对比岩体分区与裂缝分布发现,井筒的裂缝分布在深度方向上与井区岩体分区有很好的对应关系。     

结构面对程潮铁矿西区地表变形的影响分析

以程潮铁矿西区为例,通过对现场结构面和裂缝分布特征的调查,以及结合地表变形监测数据的分析,揭示了矿区结构面对地表变形的影响。研究结果表明,在矿区较大的水平应力条件下,岩体结构面改变了地表拉伸变形分布和破坏形态,加剧了岩体变形,在ⅰ区(剖面Ⅲ以东区域),目前最外侧裂缝以内的岩体沿着NNW结构面发生倾倒滑移破坏,地表变形以快速变形为主,而最外侧裂缝以外的岩体沿着NNW结构面发生弯曲变形,地表变形以线性稳定增长为主,进入了倾倒破坏阶段,该区域的岩体主要发生水平位移;在ⅱ区(剖面Ⅲ以西区域),岩体在开采沉陷引起的南北向应力作用下,分离成平行的块体,地表变形以快速变形为主,在局部区域,产生的一部分平行块体在近东西向的应力作用下,沿着NNW结构面产生倾倒破坏。所得成果对类似金属矿山的地表征地及安全高效生产具有实际指导意义。     

结构面对程潮铁矿东区地表及岩体移动变形的影响研究

以程潮铁矿东区为例,通过现场结构面调查、地表及深部岩体变形监测,分析了该区地表及岩体移动变形与结构面的关系。结果表明：程潮铁矿东区地表及岩体移动变形主要受该区复杂的地质条件控制,特别是结构面的影响,变形方向和变形量值均与理论预期不同。NNE、NE向结构面的存在控制着岩体向采空区运动的侧向边界条件,同时导致变形方向的向西偏转,NWW向结构面的松动导致东主井区岩体向采空区的倾倒变形,地表变形在南北剖面上呈三级阶梯分布;西风井相对东西采空区的特殊位置以及NE向结构面的影响使其变形值小于预期,是该区相对安全的主要原因。     

考虑渗流与变形耦合作用的基坑工程空间效应

基于三维比奥固结理论,编制了考虑地下水渗流与土骨架变形耦合效应的有限元程序,分析了基坑变形以及坑内外超静孔压和土水势的空间分布规律,并与二维分析的结果进行了对比。研究表明,由于空间效应的影响,基坑中部截面处的围护结构水平位移和坑后地表沉降较基坑边缘截面处的围护结构水平位移和坑后地表沉降大,而基坑中部截面处的超静孔压和土水势却较小;与三维有限元分析的结果相比,二维分析时围护结构的水平位移和坑后地表沉降都更大。     

三峡库区大坪滑坡变形对前缘塌岸的响应分析

随着三峡水库的长期运行,受库水位涨落和波浪作用影响,三峡水库土质岸坡的塌岸问题愈发严重,塌岸不仅造成了水土流失,甚至会诱发滑坡复活。大坪滑坡是三峡库区前缘塌岸发育最为明显的滑坡之一,以三峡库区大坪滑坡为例,结合大坪滑坡的地表宏观变形、地表GPS位移等数据,分析滑坡变形特征以及塌岸对滑坡变形的影响,在此基础上通过ABAQUS生死单元功能实现前缘塌岸对滑坡稳定性影响的数值模拟,进一步探索滑坡变形对前缘塌岸的响应关系。结果表明:大坪滑坡的变形主要受库水位涨落影响,前缘塌岸较发育,塌岸一侧GPS监测点地表位移变化较明显,显然塌岸对大坪滑坡地表变形影响较大;ABAQUS的有限元计算结果表明,塌岸对滑坡的变形影响十分明显,影响大小主要与塌岸方量相关;塌岸导致的滑坡变形主要集中在滑坡前部,并向后部逐渐扩展;ABAQUS中的生死单元法可以很好地实现塌岸对滑坡稳定性影响的模拟。     

高能强夯下地基土体的变形特性

为了掌握高能级强夯作用下土体的变形特性,在LS-DYNA的框架内,采用非线性大变形显示有限元算法和“帽子”本构模型,计算了强夯作用下地基土体的变形。首先,根据现场施工的实际情况建立了有限元基本模型,并与实际的监测数据进行比较,其计算结果与测试结果基本一致,该模型能较好地反映出土体的隆起和侧向位移特点。其次,以该基本模型和夯坑的变形为考察对象进行参数分析,研究了不同能级、同能级不同动量以及夯锤与地基土间的水平摩擦力对土体变形的影响。结果表明,高能级强夯作用下夯锤与地基土间的水平力是不可忽略;夯锤与地基土之间的摩擦力,对夯坑侧向的土体位移和地表的隆起有明显的影响     

三峡水库区巫山县淌里滑坡监测与变形分析

淌里滑坡是三峡水库区地质灾害防治监测预警工程Ⅱ期专业监测点。监测方法为地表位移监测及滑体深部位移监测,同时开展长期地表宏观变形迹象监测调查。通过3a来监测资料的对比分析,各GPS变形监测点均在水平及垂直方向上有变形。即2007年2月位于滑坡前缘的WS-74、WS-75点水平位移分别达到726.91mm及170.88mm,平均年变形速率分别为340mm和80mm;位于滑体下部的WS-75钻孔滑带位置变形明显。该钻孔在2005年5月由于深部位移变形超出测试量程而无法继续监测。在2003年10月至2005年5月20个月内,该钻孔滑带位置累计位移量达46mm以上,月平均变形率达2.3mm。以此变形速率发展,至2006年12月,滑带累计位移变形量将在100mm左右。滑坡的变形集中在滑坡的前缘地带及次级滑坡,从2003年至今,宝子滩崩滑体附近已有将近20×10^4m^3的崩塌堆积层滑入江中。目前滑坡处于匀速变形阶段,为不稳定状态,滑坡区内的4户18人和宝子滩民用码头的安全受到威胁。     

卸荷条件下三峡地下厂房大型联合块体稳定性的三维数值模拟分析

块体稳定性分析一般采用只考虑重力条件下的刚体极限平衡方法来进行计算,而没有考虑开挖卸荷后块体的二次应力场对块体的稳定性的影响。文中按照实际施工工序,对三峡地下电站主厂房的两大型顶拱边墙联合块体进行三维数值模拟分析。分析结果表明:块体的顶拱部分在开挖过程中垂直厂房轴线的水平方向始终为受压状态且压应力随开挖过程逐渐增大(其很难沿结构面“爬坡”失稳,因此对结构面的起伏度进行了研究,并统计确定了其在结构面强度参数中的贡献),而垂直应力在顶拱开挖结束时卸荷基本结束,变形相对较小,沿滑面向开挖区滑移;块体的边墙部分在两个方向均表现为卸荷,特别是垂直厂房轴线的水平方向卸荷明显,在其表部甚至出现拉应力区,变形以向开挖区水平变形为主,水平方向变形量为竖向变形量的7～9倍,且总变形量较顶拱部分大得多,因此块体边墙部分在失稳前并非沿块体滑面滑移,而是向开挖区水平卸荷回弹为主。基于数值模拟结果,对块体的可能失稳的变形规律和应力分布特征进行了分析,并且提出了块体稳定度的概念,从而对其稳定性作出相应的评价。     

金属矿山崩落采矿法引起的岩层移动规律分析

以典型陡倾结构面条件下的金属矿山--程潮铁矿西区为例,通过对矿区的地表变形监测资料及宏观破坏特征分析,认为矿区的岩层移动分为2个阶段,第1阶段为采空区顶板岩体破坏扩展至地表引起塌陷阶段;第2阶段为采空区周边围岩向采空区的倾倒破坏阶段,并得出了倾倒滑移区的地表岩体变形规律：岩体主要发生水平移动,水平移动值大于沉降值;变形先以缓慢变形为主,然后进入一个快速变形阶段,存在明显的转折点;开采沉陷和地形引起的应力同向叠加作用,使得地表岩体沿下坡方向的变形值增大,特别是水平移动值。同时揭示了矿区岩层移动角的分布特征;南部岩层移动角大于北部,究其原因是北部受最为发育的NNW、NNE结构面影响,倾倒破坏较为严重。所得成果为其他类似的金属矿山工程提供可借鉴的规律。     

邻近建筑物的滨海土岩组合基坑支护结构变形分析

以邻近建筑物的滨海土岩组合基坑工程为例，选用微型钢管桩-锚杆-土钉支护方式，基于现场实测数据和PLAXIS有限元软件，探讨不同土体本构模型对基坑开挖引起支护结构变形问题的适用性，在此基础上，研究本案例支护形式中两个关键因素(锚杆预应力系数、微型钢管桩抗弯刚度)对支护结构变形的影响规律。计算结果表明:HS、HSS模型中基坑开挖引起的地表沉降模式相似，与实测值的变化趋势一致。随着基坑开挖深度的增加，MC、MCC模型计算的桩身水平位移值与实测值的误差逐渐增大，HSS模型能较准确地描述邻近建筑物超载、基坑开挖卸载引起的桩身水平位移的变化规律。不同锚杆预应力系数η、微型钢管桩抗弯刚度情况下，桩身水平位移最大值均出现在地表处。第一道锚杆的预应力系数η对锚杆和地表处水平位移的控制具有显著影响，取第一道锚杆处桩身水平位移为零，可以确定η的取值范围，根据基坑周围环境对水平变形的要求，选取合适的η目标值，最后根据η目标值确定钢管桩抗弯刚度，从而使锚杆-微型钢管桩形成变形协调的支护体系。     

软岩浅埋隧道施工工法比选

目前在高速公路软岩浅埋隧道施工中均不同程度地出现了围岩坍塌、地表产生大面积沉降等问题。广福隧道某浅埋段,地质条件复杂,断面大、岩性差,受构造影响比较严重,而且顶板厚度比较薄,易发生坍塌、冒顶现象。为确保浅埋段隧道的施工安全,尽量减少隧道开挖引起的地层沉降和围岩变形,采用FLAC3D对4种施工工法全断面法、短台阶法、单侧壁导坑法和双侧壁导坑法进行模拟,分析了4种工法下地表沉降、隧道围岩周边位移和塑性区的变化特点,选出一种技术可行、经济合理的施工工法,得出一些有意义的结论。     

深软场地地铁狭长深基坑变形特征实测与已有统计结果的对比分析

以上海地区某深软场地地铁狭长深基坑为工程背景,对开挖引起的地表和周边建筑物沉降、地下连续墙侧移、墙顶和立柱竖向位移等的监测数据进行了详细地统计和分析,探讨了深软场地狭长深基坑变形的时空分布特征及其主要诱因。对比分析实测墙体最大侧移?hm和最大地表沉降?vm与已有统计结果和经验预测结果,结果表明深软场地狭长深基坑的变形时空效应非常明显。与已有上海地区深基坑工程实测统计得出的地表沉降预测结果相比,狭长基坑周围地表沉降曲线基本符合已有的经验预测结果,但与已有的实测统计结果相比,实测墙体最大侧移?hm和最大地表沉降?vm与开挖深度的比值平均线明显低于已有的统计结果,主要原因是针对地铁狭长深基坑特点采用的地连墙和多层内支撑的围护结构体系明显区别于一般深基坑的围护结构体系所造成的,表明该围护结构体系能够很好地控制狭长深基坑的变形发展。     

逆作基坑开挖卸荷对工程结构的影响分析

以天津站交通枢纽深基坑工程为背景,基于开挖实测资料和数值模拟计算结果对比,对超深逆作基坑开挖卸荷引起的立柱桩隆沉、地下连续墙变形和层板变形进行了分析。结果表明,随着基坑的开挖,立柱桩与地连墙在竖直方向有一定隆起,中间柱的隆起量总体偏大;立柱桩间、立柱桩与地连墙间的差异变形随开挖的加深而持续增加,后者超过了设计控制预警值。地连墙水平位移沿深度呈近似的“弓形”曲线,坑口处有向坑外的侧移;水平位移最大值较顺作开挖小,出现的位置约为基坑开挖面以上1/2~1/3坑深处,与顺作法发生在基底开挖面附近有显著不同。水平层板竖向变形以隆起为主,最大竖向隆起出现在顶板中间区域的支撑柱附近。与此同时,文中还讨论了桩柱变形设计控制标准问题。     

辽宁省铁-法煤田地表沉陷变形研究

针对铁-法煤田因采矿引发的地面沉降和地面塌陷两种地质灾害进行研究,认为采法、采区、采深、采高、顶板管理是影响沉陷灾害的直接因素;岩性、构造、水文地质条件及矿坑降水是影响沉陷灾害的间接因素。其中矿坑降水是不可忽视的重要因素。根据地下水降深、降落漏斗影响半径、岩土工程地质性质,计算降水引发的地表沉降值、水平移动、倾斜、曲率现状值。现有的地表变形曲线为采矿和降水引发地表变形曲线的叠加。可得出可靠的灾害危险性分区。     

复合桩基重复加卸载过程中侧向约束桩变位规律试验研究

复合桩基上堆载可能引起侧向约束桩侧移,导致侧向约束桩和复合桩基失稳破坏。采用室内模型试验研究复合桩基重复加、卸载过程中侧向约束桩水平变位规律。结果表明：（1）复合桩基上加载时,侧向约束桩的桩身侧移沿深度先增大、后减小、存在峰值,峰值随加载增大而增大,出现在距离地面0.4倍地面以下桩长处,峰值位移与桩顶（或地面）处位移的比例系数和发生侧移的桩身长度随荷载增大而增大;（2）复合桩基上重复加、卸载时,侧向约束桩的桩顶侧移随桩间距增大而增大,弹性变形则变小。中桩侧移比边桩大。桩顶侧移增长率随重复加载次数增加而减小。若荷载超过首次加载的最大荷载,侧向复合地基上加载-桩水平位移曲线将回到首次加载曲线的延长线,具有记忆效应。第 次卸载曲线与第i次卸载曲线线型相似且相互平行。每次卸载的初、中期,荷载的减小不影响桩顶侧移,只有卸载到最后1～2级时,侧移才开始减小,直到永久塑性变形。侧向约束桩的顶部水平位移回弹曲线特征与岩石或土在垂直加、卸载作用下的回弹曲线相似。