老采空区地表沉陷盆地倾向主断面残余移动变形理论研究

发布时间：2017-10-31 07:10

  本文关键词：老采空区地表沉陷盆地倾向主断面残余移动变形理论研究

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【摘要】：老采区倾向主断面残余移动变形的研究目前主要应用于采动场地的沉陷治理,以及建筑地基的稳定性评价中。老采区覆岩移动变形和破坏是引起地表残余移动变形的重要因素之一,而采空区倾向主断面由于存在一定倾角,衍生一系列因子导致采场上部所覆的岩石产生变形破坏,所以现在国内外在分析沿煤层倾向主断面的残余变形方面都还不太成熟,也没有较为完善的理论。由于规程中没有提到老采区残余移动变形的具体概念,并且目前的研究局限于采动场地的走向主断面,因而,对老采区地表沉陷盆地倾向主断面残余变形的研究具有很高的理论和应用价值。目前我国规程规定的开采过程中地表移动变形的持续时间为T=5.2 H0(d),一般为3~5年。根据观测资料发现,在此之后采动场地并没有完全稳定,地表仍旧有移动变形的可能。同时对于老采空区倾向主断面,上覆层状岩石存在滑移破坏,结构发生的变形比材料变形要大。另外,倾斜煤层的上覆岩层所受的法向力比其所受的切向力小,导致覆岩发生滑移变形。分析倾斜煤层的开采覆岩及底板岩层计算结果,发现沿老采区在沿倾向主断面上的移动、变形主要集中于老采区的上山方向,此外基岩表土的作用机制、煤层倾角以及降水、地下水、地震等因素也会使老采区发生残余变形。通过研究老采区倾向主断面残余变形机理,应用概率积分法构建其残余移动变形预测模型,得到第一、二阶段残余移动变形预测公式,包括残余下沉、残余水平变形、残余倾斜、残余水平移动和残余曲率。根据构建的老采区倾向主断面残余移动变形预测模型,应用MATLAB编写变形预测程序;采用实际观测数据、FLAC3D模拟两种方式进行对比,从而验证所构建的预测模型的正确性,最后分析预测模型在实际工程中的应用价值。
【关键词】：老采空区 残余移动变形 预测模型 程序开发 数值模拟
【学位授予单位】：沈阳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD325.3
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究目的及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 开采沉陷研究12-14
• 1.2.2 残余变形研究14-18
• 1.3 研究思路与主要内容18-20
• 第2章 地表移动变形的基本规律20-29
• 2.1 地表移动盆地的基本概念20-21
• 2.1.1 地表移动盆地的形成20-21
• 2.1.2 地表移动盆地的类型21
• 2.2 煤层倾角对地表移动变形的影响21-22
• 2.3 地表移动变形的基本指标和变形分析22-25
• 2.3.1 地表移动变形的基本指标22-24
• 2.3.2 地表移动变形对建筑物的影响24-25
• 2.4 地表沉陷预计方法—概率积分法25-29
• 2.4.1 概率积分法基本原理25-27
• 2.4.2 概率积分法基本公式27-29
• 第3章 采空区岩层破坏与残余变形机理分析29-34
• 3.1 采空区岩层变形特征29-32
• 3.1.1 采空区岩层移动变形特征29-31
• 3.1.2 垮落带及裂缝带高度的确定31-32
• 3.2 老采区活化及残余变形机理32-34
• 第4章 倾向主断面残余变形预测模型34-56
• 4.1 第一阶段地表残余变形影响函数34-36
• 4.1.1 理论模型34-35
• 4.1.2 残余移动变形影响函数35-36
• 4.2 第二阶段残余移动变形预测36-44
• 4.2.1 半无限开采情况残余下沉预测模型36-40
• 4.2.2 残余倾斜变形40-41
• 4.2.3 残余曲率变形41
• 4.2.4 残余水平移动41-43
• 4.2.5 残余水平变形43-44
• 4.3 有限开采时第二阶段地表残余移动变形预测函数44-51
• 4.4 残余移动变形与时间的关系51-53
• 4.5 预测函数的物理意义与确定方法53-56
• 第5章 倾向残余变形程序开发与实例验证56-68
• 5.1 程序开发56-59
• 5.1.1 软件的概述56
• 5.1.2 程序编写56-59
• 5.1.3 计算结果输出形式59
• 5.2 应用实例一59-63
• 5.3 应用实例二63-67
• 5.4 动态残余下沉验证67-68
• 第6章 老采空区倾向主断面残余变形数值模拟68-85
• 6.1 研究场地地质条件68-70
• 6.1.1 工程地质概况68
• 6.1.2 区域地质构造68-70
• 6.1.3 项目区水文地质条件70
• 6.2 数值计算方法70-71
• 6.3 三维模型的建立与模拟71-76
• 6.3.1 模型的基本假设71
• 6.3.2 几何模型71-72
• 6.3.3 本构模型72-74
• 6.3.4 材料参数的确定74-76
• 6.4 数值模拟计算结果及分析76-85
• 6.4.1 煤层开采后岩层变化分析76-80
• 6.4.2 荷载作用下残余变形数值模拟80-85
• 第7章 结论85-86
• 参考文献86-90
• 在学期间研究成果90-91
• 致谢91-92

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本文编号：1121300