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《河南理工大学》 2017年
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煤矿塌陷区荷载作用下地基的再变形及其控制研究

张子月  
【摘要】:随着我国城镇化建设进程的加快,煤矿塌陷区作为建设用地,对于缓解城市土地需求、经济可持续发展、改善塌陷区生态环境等具有重要意义。论文以哈拉沟矿22407工作面地质采矿条件为背景,通过资料搜集、理论分析、力学建模、模拟试验等方法,对塌陷区荷载作用下地基的再变形及其控制进行了研究,为塌陷区内开展建设活动可提供技术支持。主要成果如下:(1)根据采动岩体移动变形的时间特征,基于地表实测数据拟合出时间影响参数的经验公式,结合概率积分法构建了采动岩体动态残余变形计算模型,给出了计算模型相关参数的确定方法。实例分析表明,该模型能结合塌陷区实际情况,较好的计算塌陷区任意时间段内的残余变形。(2)在分析不同岩石孔隙率与弹性模量相关关系的基础上,提出根据采动岩体孔隙率确定其等效弹性模量的方法。基于煤层开采地表沉陷的空间守恒理论,通过计算采动岩体各岩层极限沉陷空间与实际沉陷空间来确定各岩层的孔隙率。实例分析表明,该方法可有效地确定采动岩体各岩层的弹性模量。(3)通过分析采动岩体结构的受力情况与失稳条件,提出了采动岩体结构失稳引起地基再变形的计算方法;应用数值模拟方法研究了荷载作用下覆岩空隙的变化,得出采动岩体中空隙的再压密是地基再变形的主要因素;对覆岩空洞、空隙注浆模拟试验表明,注浆充填覆岩空洞、空隙可有效控制地基再变形,并且可减缓地基再变形的速率,揭示了塌陷区荷载作用下地基再变形的机理。(4)根据相似模拟试验结果,研究了采动程度、开采深度、荷载大小、荷载位置、加载时间等对地基动静态再变形的影响,探讨了塌陷区荷载作用下地基再变形的一般规律。(5)根据采动岩体的层状分布特征,提出将采动岩体概化为由层状弹性体组成的等效介质力学模型,推导了荷载作用下地基再变形的解析解,并结合塌陷区自身的残余变形情况,给出了力学模型计算地基再变形的附加系数确定方法。计算实例表明,力学模型可有效地计算地基的再变形。(6)在系统分析塌陷区荷载作用下地基再变形影响因素及控制技术的基础上,建立了顾及多层次、多指标影响因素的地基再变形控制综合评价模型。评价实例表明,该评价方法能较好地给出适宜的地基再变形控制等级。
【学位授予单位】:河南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU433

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