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深部开采引起的地表沉降反分析研究

包修瑞  
【摘要】: 随着我国经济的高速发展,对各种地下资源的需求量日益增多,地下资源的开采规模不断增大,开采速度不断加快。而由此引起的地表沉降,特别是对于在建筑物下、河流下和铁路下进行开采时引起的地表沉降问题越来越受到学者以及社会的关注。南京栖霞山地下资源的开采就是属于典型的“三下”开采问题。本文在重庆市杰出青年科学基金和教育部新世纪优秀人才支持计划的支持下,考虑了岩石和充填体蠕变的影响,对南京栖霞山深部的开采引起的地表沉降问题做了深入的研究。主要工作如下: ①根据该区域的具体情况,建立了地表沉降监测网络,分析监测得到的地表沉降数据,揭示了地表沉降规律,结果表明该区域的地表和岩层是稳定的。 ②建立了三维地表沉降的有限差分网格模型,模拟了采场的回采和充填引起的地表沉降量,计算结果表明仅考虑采场的回采充填引起的地表沉降量远小于实测数据,其原因是没有考虑岩石以及充填体的蠕变。 ③采用正交试验设计方法,确定岩石和充填体的蠕变参数对地表沉降的影响。通过计算发现考虑岩体和充填体的蠕变时,栖霞灰岩的Kelvin粘滞系数η1 K、Maxwell剪切模量G1 M、Maxwell粘滞系数η1 M和砂岩的Maxwell剪切模量G2 M、Maxwell粘滞系数η2M对地表的沉降有显著的影响。 ④编写了遗传算法程序,对蠕变参数进行了位移反分析,并与类比法获得的蠕变参数进行了对比检验,最终反演的参数精度在85%以上,表明本文所编写的遗传算法程序有良好的优化性能。 ⑤利用反演得到的蠕变参数,预测了矿区菜田附近修建民用建筑以后地表的沉降量,计算表明修建民用建筑对该区域的地表沉降影响不大,是安全的。


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