张庄煤矿采空区上方地基稳定性研究.pdf

学科分类号塑Q 量 论文编号 安徽理工大学 硕士学位论文 张庄煤矿采空区上方地基稳定性研究 作者姓名奎亚丕 专业名称太丝测量堂皇测量王程 研究方向 变形堕捌皇麴堡处堡 导师姓名王到垩副教援 导师单位测绘堂院 答辩委员会主席胡奎 论文答辩日期2 0 1 4 年5 月3 1 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 4 年5 月3 1 日 万方数据 T h e S t u d yo f t h e b u i l d i n gf o u n d a t i o ns t a b i l i t yo n Z h a n gz h u a n g c o a lg o a f ‘ 一‘．，’- ， C a n d i d a t e L i Y a d o n g S u p e r v i s o r W a n gL i e p i n g S c h o o lo fG e o d e s ya n dG e o m a t i c s A n H u iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o ．16 8 ，S h u n g e n gR o a d ，H u a i n a n ，2 3 2 0 0 1 ，P ．R ．C H I N A 万方数据 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得安徽理王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名棚，签字日期弦僻矿月；1 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解塞徼理王太堂有保留、使用学位论文的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于安徽理工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理王太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后适用本授权书学位论文作者签名力秒芍．导师签名签字日期弦厂伊年r 月引日签字日期Ⅺ舻年了月纠日 万方数据 摘要 摘要 随着矿产资源大量的开采，尤其是煤炭长期大量的开采，矿产资源被开 采后，形成大面积的采空区。然而，经济要继续发展，对煤炭的需求也会与 日俱增，采空区的面积也会不断的扩大。随着城市的发展，对建设用地的需 求逐渐增加，合理的开发和重新利用老采空区成为解决建设用地紧张的一种 有效途径。但是，在老采空区上方建造建筑物时，随着荷载的加大，岩层原 有的平衡状态会被打破，致使采空区重新发生移动变形，我们称之为“活化”， 老采空区“活化”导致地表残余变形增大，从而影响建筑物的地基稳定性。 因此开展对老采空区建筑物地基稳定性的研究非常重要。 文章根据项目区实测资料，查阅参考相关研究文献，介绍了地表移动预 计相关理论。论文收集、分析了矿区资料，明确研究内容，制定技术路线。 根据项目区的实际测量资料，按照相关公式计算出三带高度以及地基扰动深 度。根据经验公式和实测资料求取研究区域预计所需参数，采用概率积分法 对老采空区和北压煤区、南压煤区的残余变形进行预计，并用s u r f e r 软件绘 制下沉等值线图、水平移动等值线图和下沉三维图。根据预计结果对老采空 区拟建筑物的位置和建筑物层数提出合理建议，同时根据预计结果提出预防 建筑物变形的建议。本文研究成果不但是对老采区建筑物地基稳定性研究的 丰富和发展，而且对工程实践，都具有积极的意义。 图【3 l 】表【1 1 】参【5 5 】 关键词老采空区；残余变形；地基稳定性；概率积分法；地表移动预计 分类号P 6 4 2 ．2 6 万方数据 安徽理T 大学硕士学位论文 A b s t r a c t W i t ht h ee x p l o i t a t i o no fm i n e r a lr e s o u r c e si ng r e a tq u a n t i t i e s ，e s p e c i a l l yt h e l a r g en u m b e ro fl o n g - t e r me x p l o i t a t i o no fc o a l ，m i n e r a lr e s o u r c ee x p l o i t a t i o n ，t h e f o r m a t i o no fl a r g ea r e ag o a ￡H o w e v e r , t h ee c o n o m yw i l lc o n t i n u et og r o w ，t h e d e m a n df o rc o a lw i l lb eg r o w i n g ，S Ot h eg o bw i l lc o n t i n u et oe x p a n d ．A sc i t i e s g r o w ，t h ed e m a n df o rc o n s t r u c t i o nl a n di n c r e a s e d ，r e a s o n a b l ed e v e l o p i n ga n d r e u s i n go fo l dg o a fb e c o m ea ne f f e c t i v ew a y - o fs o l v i n gc o n s t r u c t i o na r e a s s h o r t a g e ．H o w e v e r , w h e nt h eo l dm i n i n gb u i l d i n g sb u i l ta b o v ea ne m p t ya r e a ， w i t hl o a d si n c r e a s e ，t h eb a l a n c eo fr o c kw o u l db ed e s t r o y e d , r e s u l t i n gi n9 0 a f ”a c t i v a t i o n ”o fs u r f a c er e s i d u a ld e f o r m a t i o ni n c r e a s e st h ei m p a c to fb u i l d i n g st h e f o u n d a t i o ns t a b i l i t y ．S ot h er e s e a r c hc a r r i e do u to nt h eb u i l d i n gf o u n d a t i o n s t a b i l i t yg o a f i sv e r y i m p o r t a n t ． I nt h i sp a p e r , t h em e a s u r e dd a t ao f t h es t u d y 锄汜a ，t h ea n a l y s i so f t h er e l e v a n t l i t e r a t u r e ，d e s c r i b e st h et h e o r yo fs u r f a c em o v e m e n ti se x p e c t e d ．P a p e r s c o l l e c t i o n , a n a l y s i so fd a t am i n i n g ，s p e c i f i c a l l yr e s e a r c h ，d e v e l o pt e c h n i c a l r o u t e ． B a s e do nt h em e a s u r e dd a t ao ft h es t u d ya l e a ，t h r e ew i t hd e v e l o p m e n t a lc a l c u l a t e t h eh e i g h ta n dd e p t ho fg r o u n dd i s t u r b a n c e ．A c c o r d i n gt ot h ee m p i r i c a lf o r m u l a a n dm e a s u r e dd a t at oc a l c u l a t et h ee s t i m a t e dp a r a m e t e r so ft h es t u d ya r e a ，u s i n g t h ep r o b a b i l i t yi n t e g r a t i o nm e t h o da d o p t e da n dt h eo l dp r o d u c t i o na r e a s ，t h e r e s i d u a ld e f o r m a t i o ni se x p e c t e dt ob eg e n e r a t e df r o mt h em i n i n ga r e aa n ds i n k w i t hs u f f e rs o f t w a r et od r a wc o n t o u rm a p s ，h o r i z o n t a lm o v e m e n t ，e r e ．v a l u e c h a r ta n ds i n k i n gt h r e e d i m e n s i o n a lm a p ．B a s e do nt h ee x p e c t e dr e s u l t so ft h e p r o p o s e dl o c a t i o no ft h eo l dg o a t “ l a y e r so fb u i l d i n g sa n ds t r u c t u r e sp u tf o r w a r d r e a s o n a b l ep r o p o s a l s ，a n dp r o p o s e das e r i e so fp r e v e n t i v eb u i l d i n gd e f o r m a t i o n r e c o m m e n d a t i o n s ．m sp a p e rs t u d i e sn o to n l yt h es t a b i l i t yo ft h eo l dm i n i n ga r e a r i c hf o u n d a t i o no ft h eb u i l d i n ga n dd e v e l o p m e n to fr e s e a r c ha n de n g i n e e r i n g p r a c t i c e ，h a v eap o s i t i v em e a n i n g ． K e y w o r d s o l dg o a ￡r e s i d u a ld e f o r m a t i o n , f o u n d a t i o ns t a b i l i t , p r o b a b i l i t yi n t e g r a l m e t h o d ，f o r e c a s to fs u r f a c em o v e m e n t C h i n e s eb o o k sc a t a l o g P 6 4 2 ．2 6 I l 万方数据 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I I C o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．V I l绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 选题的背景及研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．1 开采沉陷理论研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 1 ．2 ．2 采空区建筑物地基稳定性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 1 ．3 主要研究内容及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．3 ．1 研究的主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．3 ．2 研究的技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 2 研究区概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．1 工程概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 气象与水文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 ．3 地形地貌⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．4 地层岩性及构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．4 ．1 地层岩性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l O 2 ．4 ．2 构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．5 工程与水文地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．5 ．1 工程地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．5 ．2 水文地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．6 矿产⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 5 2 ．7 研究区分区概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 6 3 采空区建筑物地基稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 3 ．1 采空区覆岩移动特征分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 0 3 ．1 ．1 冒落带⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 1 3 ．1 ．2 裂缝带⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 3 ．1 ．3 弯曲带⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．2 建筑物地基扰动深度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 l I I 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 3 ．3 建筑物地基稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3 ．3 ．1 三带高度计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．3 ．2 建筑物荷载影响深度计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 3 ．3 ．3 建筑物荷载影响下采空区地基稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 3 ．4 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 4 地表移动与变形预计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．1 概率积分法原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 4 ．1 ．1 随机介质原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．1 ．2 概率积分模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．1 ．3 预计参数求取原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 4 ．2 地表移动盆地预计公式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 4 ．3 地表稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 5 4 ．3 ．1 地表移动盆地的形成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 4 ．3 ．2 地表移动盆地的特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 4 ．3 ．3 地表稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 4 ．4 老采空区地表残余变形预计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 4 ．4 ．1 预计参数的选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．4 ．2 预计成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 4 ．5 北压煤区和南压煤区地表移动与变形预计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 4 ．5 ．1 预计参数选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 4 ．5 ．2 预计成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 4 ．6 ，J 、结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 5 采空区地基稳定性综合评价及防治措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 5 ．1 地表移动和变形对建筑物的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 3 5 ．2 采动地基稳定性综合评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 5 ．3 防治措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 5 ．4 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 7 6 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 6 ．1 结j 沧⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 6 ．2 存在问题及发展方向⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 8 I V 万方数据 目录 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 0 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7 4 作者简介及读研期间主要科技成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 5 V 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 C o n t e n t s A b s t r a c t ⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．．I I IE x o r d i u m ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯．．1 1 ．1B a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e o f t h e t o p i c ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2R e s e a r c hs t a t u sa th o m ea n da b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 ．1T h e o r e t i c a ls t u d yo f m i n i n gs u b s i d e n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 ．2S t a b i l i t ym e c h a n i c sr e s e a r c ho fG o bb u i l d i n gf o u n d a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3T h em a i nc o n t e n ta n dt e c h n o l o g ym e t h o d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．3 ．1T h em a i nc o n t e n to f t h es t u d y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．3 ．2T e c h n o l o g ym e t h o do f t h es t u d y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2O v e r v i e wo fS t u d ya l “ c a ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1O v e r v i e wo f t h ep r o j e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．2M e t e o r o l o g ya n dH y d r o l o g y ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．8 2 ．3T o p o g r a p h y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．4L i t h o l o g ya n ds t r u c t u r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 2 ．4 ．1L i t h o l o g y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 2 ．4 ．2s t r u c t u r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．5E n g i n e e r i n ga n dh y d r og e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．5 ．1E n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．1 2 2 ．5 ．2H y d r o g e o l o g i c a lc o n d i t i o 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n d e rb u i l d i n g sl o a d ⋯3 3 3 ．4S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．3 4 4G r o u n dm o v e m e n ta n dd e f o r m a t i o ne x p e c t e d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 4 ．1P r i n c i p l e so f p r o b a b i l i t yi n t e g r a t i o nm e t h o d ⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 4 ．1 ．1T h e p r i n c i p l e o f r a n d o mm e d i a ．．．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．1 ．2P r o b a b i l i t yi n t e g r a lm o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．1 ．3P a r a m e t e r sa r ee x p e c t e dt os t r i k eap r i n c i p l e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 8 4 ．2S u r f a c em o v e m e n tb a s i ni se x p e c t e dt of o r m u l a ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．3 9 4 ．3S u r f a c eS t a b i l i t yA n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 5 4 ．3 ．1F o r m a t i o no f g 旧Ⅲl dm o v e m e n tb a s i n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 5 4 ．3 ．2S u r f a c em o v e m e n tb a s i nc h a r a c t e r i s t i c s ．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．4 6 4 ．3 ．3S u r f a c eS t a b i l i t yA n a l y s i s ⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 4 ．4G o a f r e s i d u a ld e f o r m a t i o no fs u r f a c ea r e ai se x p e c t e dt o ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 4 ．4 ．1E x p e c t e dt os e l e c tp a r a m e t e r s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．4 ．2E x p e c t e do u t c o m e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 0 4 ．5E x p e c to fs u r f a c em o v e m e n ta n dd e f o r m a t i o no fN o r t ha n dS o u t hc o a l a g e a ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 4 ．5 ．1E x p e c t sp a r a m e t e rs e l e c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 4 4 ．5 ．2E x p e c t e do u t c o m e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 4 ．6S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 5G o bf o u n d a t i o ns t a b i l i t ye v a l u a t i o na n dc o n l r o lm e a s R r e s ⋯⋯．．⋯⋯．⋯．⋯⋯．．⋯⋯6 3 5 ．1E f f e c t so f g r o u n dm o v e m e n ta n dd e f o r m a t i o no f t h eb u i l d i n g ⋯．⋯⋯．⋯．．6 3 5 ．2M i n i n gf o u n d a t i o ns t a b i l i t ye v a l u a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 5 ．3C o n t r o lM e a s u r e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 7 5 ．4S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 7 6C o n c l u s i o n sa n dr e c o m m e n d a t i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 8 6 ．1C o n c l u s i o n ．．⋯．．．．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．6 8 6 ．2r e c o m m e n d a t i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯．⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．6 8 R e f e r e n c e s ．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．⋯．．．．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．⋯．⋯．．．．．⋯⋯．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 0 V I I 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 P o s t s c r i p to rc o m p l i m e n t ⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯．．．．．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 4 R e s u m eo f a u t h o r ⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 5 V ⅡI 万方数据 第一章绪论 1绪论 1 ．1选题的背景及研究意义 当矿体从地下被采出后，位于采空区上部的覆岩层原有作用力平衡状态 遭到破坏，其周边岩体产生会集中，会产生移动变形、离层、裂缝、甚至破 坏垮落，岩层的移动和变形以采区为中心向周围扩展，地表随着岩层的移动 传播接着产生移动和变形，地表的移动变形过程将随着岩层的移动变形持续 发展，当所有被采动的岩层达到新的力学平衡后，岩层停止移动变形，地表 移动和变形也随着停止。此过程被称为“矿山岩层和地表移动”，或“矿山开采 沉陷”【l 】。随着岩层产生移动和变形，影响到了上覆岩土层工程地质的性质， 致使其发生了改变。此时，该区域上部若有建筑物或者道路，由于采空区上 方的岩层发生了改变，因此位于采空区上方的建设场地与普通的场地地基相 比，其承受建筑物荷载和地基扰动的影响能力就相对较差，这将直接使地基 或路基存在很大的安全隐患。原来已经处于相对稳定状态下的冒裂带岩体在 地应力和建筑物荷载等的作用下，重新活化，产生新的应力分布，导致地表 以及岩层产生移动和变形，威胁到新的建筑物，可能会导致建筑物下沉、倾 斜、局部开裂、甚至坍塌。因此，老采空区的“活化”是造成采空区上方新建 建筑物破坏的关键问题I I 】。多年来，国内外专家学者们对“三下”采煤进行了 长期、深入而细致的研究，在采空区破坏变形规律和地表移动规律等研究等 方面积累了丰富的经验[ 2 l ，作了大量的研究和实验，在实际应用中起到非常积 极的作用。但是对采空区新建建筑物和其它建筑工程的研究并不多，对老采 空区建筑物荷载作用导致岩体的“活化”和地表残余变形对采空区拟建建筑物 地基稳定性的影响等很少进行系统地研究。因此，展开老采空区残余变形相 关规律以及残余变形对拟建建筑地基稳定性的影响的研究，对老采空区新建 建筑物地基处理、位置的确定以及采取预防措施等具有非常重要的意义。 淮北市是安徽省最重要的煤炭生产基地之一，多年来，由于矿区煤炭资 源的大量开采，造成了该市郊区土地的大面积塌陷。不仅浪费了有限的土地 资源，也使当地居民逐渐失去了基本的生产资料。同时，矿山塌陷土地由于长 期得不到有效治理和利用，其植被生长差、水土流失严重、有害生物大量繁殖， 给该地区的整体经济生活和生态环境带来了严重的不利影响。因此，根据塌陷 区土地资源的实际状况加以合理开发和利用，使之继续在国民经济中发挥其应 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 有的作用，对淮北市的生态环境建设具有显著的经济意义。 论文以龙湖项区为研究对象，该区位于淮北矿业集团公司张庄煤矿和石 台煤矿井田范围内。鉴于规划区下方为煤矿采煤塌陷区，受采动影响的地表 是否稳定，将直接关系到龙湖工业项目区的建设与开发。为此，对龙湖工业 项目区建设用地作采动地基稳定性评价，以确保科学、安全、有序的开发建 设。 1 ．2 国内外研究现状 1 ．2 ．1开采沉陷理论研究 开采沉陷研究大致可分三个阶段第一阶段始于1 8 3 8 年，由多里斯、哥 诺特和F a y o l 、H a u s s e 等人提出、发展的“垂线理论”、“法线理论”、“拱形理论” 与“二分带理论”等，此阶段属于开采沉陷的初步认识、假说、推理阶段。第二 阶段从二次世界大战N - - 十世纪6 0 年代末，美、英、苏等国家的大量学者对 地表移动和变形进行了一系列的观测，归纳分析地表移动规律。其中H a l b a u m 提出地表受应力产生的变形与曲率半径之间成反比的观点；2 0 世纪3 0 年代， 斯其米茨，凯茵斯特和巴斯等人都对开采影响的范围大小及分带作了研究，为 影响函数法奠定了基础【3 J 。此阶段通过现场实测数据资料，对开采沉陷的实际 规律有了新的认识，初步开始形成开采沉陷相关理论，是开采沉陷理论形成的 时期。第三阶段是二十世纪七十年代一直到现在，期问波兰学者B u d r y k 和 K n o t h e 根据几何理论推出正态分布的影响函数；李特维尼申于1 9 5 4 年提出了 著名的随机介质理论1 9 5 8 年苏联专家B H H M H 又推出“三带理论”和典型曲 线法；学者J ．P a l a s k i 还重点研究了覆岩离层现象、离层带形成等问题【4 】。2 0 世纪后期，随着计算机科学技术的飞速发展，有限元和边界元在岩土力学中得 到广泛应用，人们也开始将数值模拟分析法引入用到地下岩层移动的数值模拟 和地表变形的预测【5 l 。很多完善的模拟计算软件也相继出现，如加拿大研 制的用于开采沉陷二维计算的有限元程序系统S A P 2 D 和二维边界单元分析 软件E X A M I N E ；S A S I 公司开发的世界著名的大型通用有限元分析软件 A N S Y S ，广泛应用于土木工程、水利水电、矿山开采等各个领域；以及美国 I t a s c a 公司开发的用于模拟大变形及分析开采沉陷问题的显式有限差分程序 F L A C 3 D 等睁l l 】o 我国开采沉陷的工作始于6 0 年代左右，经过多年的发展，在国内建立了 2 万方数据 第一章绪论 大量的地表移动观测站，通过获取的实测资料和相关的研究手法研究地表的移 动变形规律，并获得了一定的成果，研究出适于我国实际情况的预计方法，如 概率积分法I l l 】、双曲函数法、剖面函数澍1 2 1 、W e b e r 威布尔 分布法、典型 曲线澍1 3 】、等；何国清，马伟明，王金庄等从随机观点研究碎块体移动规律， 建立了碎块体理论一地表沉陷的威布尔分布形式[ 1 4 】，其中概率积分法被建筑 物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程列出为最主要的开采沉 陷预计方法【1 5 】0 6 ] ；宋常胜等等对地表沉陷的主控因素和机理进行了理论分析 和模拟试验，探讨了巨厚松散层下条带开采岩土层移动的复合介质模型【l ‘玎；黄 平路等等研究了复杂地质条件下矿山地下开采地表变形