采动地表移动变形与建筑物损坏程度评价的再认识.pdf

第4 6 卷第l 期 2 0 2 1 年1 月 煤炭学报 J O U R N A LO FC H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 ．4 6N o ．1 J a n ． 2 0 2 l 采动地表移动变形与建筑物损坏程度评价的再认识 崔希民1 ，车宇航1 ，赵玉玲1 ’2 ⋯，李培现1 ，白志辉4 1 ．中国矿业大学 北京 地球科学与测绘工程学院，北京1 0 0 0 8 3 ；2 ．河北工程大学矿业与测绘工程学院，河北邯郸0 5 6 0 3 8 ；3 ．邯郸市自然 资源空间信息重点实验室，河北邯郸0 5 6 0 3 8 ；4 ．冀中能源峰峰矿业集团，河北邯郸0 5 6 1 0 7 摘要实测数据分析的目的是认识地表移动规律和确定预计参数，而沉陷预计的目的是评价采动 损坏程度。无论实测数据分析还是形变预计，地表倾斜、曲率和水平变形等主要指标都是基于下沉 和水平位移2 个移动分量；不均匀下沉在引起地表倾斜和曲率变形的同时，也会导致采动建筑物水 平变形和破坏。通过分析起伏地形和不均匀沉陷在实时位形上对地表变形的作用关系，建立了地 表水平和起伏条件下采动地表倾斜变形引起的地表水平变形表达式；以采动地表正曲率变形为例， 分析确定了建筑结构长度、高度、最大挠度、挠度比与地表曲率的关系，定性给出了建筑结构顶部伸 长量、拉伸变形及其影响规律；进一步分析了建筑结构与地基相互作用的反力分布以及拉伸和剪切 作用下建筑物损伤破坏特征。在继承我国现行规范中采动建筑物损坏评价优点的基础上，针对硬 性分级存在的不足以及I ，I V 级损坏再划分的模糊性，借鉴英国沉陷工程师手册中考虑建筑物结构 长度影响的思想，建立了综合考虑水平变形、建筑物结构长度和挠度比的采动损坏分等定级指标体 系；实验结果分析表明，同等采动地表变形条件下建筑结构越长其损坏越严重，证明该指标体系的 损坏程度评价结果比现行规范中单纯考虑地表变形的方法更科学、客观，同时消除了原来I ，I V 级 损坏再划分的模糊性和不确定性。 关键词采动变形；建筑物损坏；挠度比；开采损坏；分级 中图分类号T D 3 2 5文献标志码A文章编号0 2 5 3 9 9 9 3 2 0 2 1 O 卜0 1 4 5 0 9 F u r t h e rd i s c u s s i o no nm i I l i n gd e f o r m a t i o na n db l l i l d i n gd a m a g ec l a s s i 6 c a t i o n C U IX i m i n l ，C H EY u h a n 9 1 ，Z H A 0Y u l i n 9 1 2 ⋯，UP e i x i a n l ，B A IZ h i h u i 4 1 ．c o “E 酽∥＆∞c 据，艘口n d5 u n J 吖i 愕E 硇i 聊硎n g ，吼i n Ⅱ“n i 坩船毋∥肘瓶愕n 几d7 0 砒加垤y 既彬增 ，＆讲增1 0 0 0 8 3 ，伪i n Ⅱ；2 ．瓜疵帆∥肘i n i 增 D 以S u 胱州昭，胁娩‰溉r s i ￡yo 厂E n g i 耻硎，l g ，舶，M k n0 5 6 0 3 8 ，吼i M ；3 ．肋蒯Ⅱn 嘶如6 0 m 幻叮矿Ⅳn ￡Ⅱm f 胁D Ⅱr c 邸跏￡剃删台肌口￡如n ，m ，也n 0 5 6 0 3 8 ，吼i n o ；4 ．J 施。增E w 呦’凡n 咖凡g 施n 垤G r o 印c o ．，厶d ．，舶，也n0 5 6 1 0 7 ，吼i M A b s t r a c t T h ea i mo fs u d ’a c em o n i t o r i n ga n dd a t aa n a l y s i si st od e t e 瑚i n et h el a wo fs u d a c em o V e m e n ta n dp a r a m e t e r s o fp r e d i c t i o n ．T h ep r e d i c t i o no fs u I f a c es u b s i d e n c ei su s e df o rt h ee v a l u a t i o no fm i n i n gd a m a g ed e g r e e ．W h e t h e rt h e f i e l dm o n i t o r i n gd a t aa r eu s e df o rt h ea n a l y s i so rp r e d i c t i o no fs u d ’a c ed e f o n n a t i o n ，t h es u d ．a c es l o p e ，c u r v a t u r ea n d s t r a i na r ed e r i V e df 而mt h et w oc o m p o n e n t s ，i ．e ．s u d a c es u b s i d e n c ea n dh o r i z o n t a lm o v e m e n t ．U n e v e nm i n i n gs u b s i d e n c em a yc a u s es u d ’a c et i l ta n dc u n ，a t u r ec h a n g e ，a n dr e s u l ti nb u i l d i n gd e f o 珊a t i o na n dd a m a g e ．T h ei m p a e tr e g u l a r i t i e st os t m i na r eo b t a i n e db ya n a l y z i n gt h eu n e v e ns u b s i d e n c ea n dt o p o g r a p h yo nt h ed e f ．0 硼e dc o n f i g u r a t i o n ．T h ee x 一 收稿日期2 0 2 0 一0 6 一0 5修回日期2 0 2 0 一0 8 2 7责任编辑黄小雨D o I l O ．1 3 2 2 5 ／jc nk ij c c s ．2 0 2 0 ．0 9 7 6 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 4 7 4 2 1 7 ；河北省自然科学基金生态智慧矿山联合基金资助项目 E 2 0 2 0 4 0 2 0 8 6 ；中国矿业大学 北京 越崎杰出学者奖励计划资助项目 8 0 0 0 1 5 2 1 1 8 1 作者简介崔希民 1 9 6 7 一 ，男，辽宁宽甸人，教授，博士生导师。E m a i l c x m c u m t b ．e d u ．c n 引用格式崔希民，车宇航，赵玉玲，等．采动地表移动变形与建筑物损坏程度评价的再认识[ J ] ．煤炭学报，2 0 2 l ，4 6 1 1 4 5 一1 5 3 ． C U IX i m i n ，C H EY u h a n g ，Z H A 0Y u l i n g ，e Ia 1 ．F u r t h e rd i s c u s s i o no nm i n i “gd e f o 册a I i o na n db u i l d i n gd a m a g ec l a s - s i 6 c a t i o n lJ1 ．J o u m a lo fC h i n aC o a ls o c i e t y ，2 0 2 1 ，4 6 1 1 4 5 一1 5 3 ． 移动阅读 万方数据 煤炭学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 p r e s s i o n so fh o r i z o n t a ld e f o 珊a t i o nd e r i V e df r o mm i n i n gs l o p ea r ee s t a b l i s h e du n d e rt h ec o n d i t i o n so fh o r i z o n t a ls u d a c e a n dt e r m i nu n d u l a t i o n ，r e s p e c t i V e l y ．T h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h el e n 昏h ，h e i g h t ，m a x i m u md e n e c t i o n ，d e n e c t i o nr a t i o o fs t m c t u r ea n dt h ep o s i t i v ec u r v a t u r eo fs u d ’a c ea r ea n a l y z e da n dd e t e r m i n e d ．T h ee l o n g a t i o na n dt e n s i l es t m i nf o ru p p e rs t m c t u r ea r ec a l c u l a t e dq u a l i t a t i V e l y ．T h eb e h a V i o ro fas t m c t u r ei nac u n r a t u r ea u r e aa n di t sd a m a g ef e a t u r e sa r e g i v e nf h r t h e ru n d e rt e n s i l ea n ds h e a r i n gc o n d i t i o n s ．B a s e do nt h ei n h e r i t a n c eo fa d v a n t a g e sf b rt h ec l a s s i f i c a t i o nc r i t e d o no fm i n i n gd a m a g ei nt h ec u I T e n tC h i n e s es t a n d a r d ，a n dr e f 色I ℃n c et ot h ed a m a g ed e g r e ew i t ht h ec h a n g eo fb u i l d i n g l e n g t hi nS u b s i d e n c eE n g i n e e r ’sH a n d b o o k ，as y n t h e t i cc l a s s i f i c a t i o ni n d i c e st ob u i l d i n gd a m a g ea I ．ee s t a b l i s h e d ．T h e s 咖c t u I el e n g t } l ，h o r i z o n t a ls t r a i na n dt h eb u i l d i n gd e n e c t i o nr a t i oa r ec o n s i d e l - e di no r d e rt oi m p I D V et h ed i s a d V a n t a g e o fs t i f fc l a s s i f i c a t i o na n dt h ef u z z i n e s so fr e c l a s s i f i c a t i o nf o rd a m a g ec a t e g o r yIa n dI V ．T h es i t ee x p e d m e n t ss h o wt h a t t h el o n g e rt h es t l l J c t u r e st h es e V e r et h em i n i n gd a m a g e su n d e rt h es a m es u d a c ed e f o 瑚a t i o nc o n d i t i o n s ．T h i sd e m o n s t r a t et h a tt h en e wi n d i c e sa r er e a s o n a b l ea n do b j e c t i v ec o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a L ls t i f fm e t h o di nc u r r e n ts p e c i n c a t i o n ． T h eu n c e r t a i n t ya n df u z z i n e s st ot h ef h r t h e rr e c l a s s i f i c a t i o n sf o rb u i l d i n gd a m a g ec a t e g o r yIa n dI Va I ea V o i d e d ． 1 【e yw o r t I s m i n i n gd e f o m l a t i o n ；b u i l d i n gd a m a g e ；d e n e c t i o nm t i o ；m i n i n gd a m a g e ；c l a s s i f i c a t i o n 地下煤层开采势必引起上覆岩层和地表的移动 变形，为认识特定地质采矿条件下地表移动变形规 律，最直接、有效的手段是建立地面岩移观测站。通 过分析定期观测数据，可以定量确定地表移动变形量 的大小、角量参数和预计参数，为后续开采沉陷预计、 开采损害评价等提供技术依据和参数qJ 。开采引 起的地表移动包括垂直下沉和水平移动两个分量，由 两点间的下沉差可计算出地表倾斜，由两点间的倾斜 差可计算出地表曲率，由两点间的水平移动差可计算 出地表变形。 如果下沉和水平移动分别用函数形 戈 F 甲 x ，U 茗 n 算 表示，则倾斜，曲率，水平变形3 个变形分量又可分别表示为丁 戈 d 形 戈 ／以， K 茗 d 形应 z ／d 舅2 ，s 茗 d U 石 ／d 石。 由此可知，不论是基于观测数据还是预计模型， 都可以得到并绘制出下沉、倾斜、曲率、水平移动和水 平变形5 条移动变形曲线或5 类移动变形等值线；观 测数据分析的目的是为了认识采动地表移动变形规 律并确定移动参数与预计参数，而预计的目的是事先 预知开采可能产生的地表移动变形、评估采动可能造 成的地表损害程度，以便科学、有效地指导地下开采 设计与优化，减小开采损害。按照现行规范MJ ，只要 预计的地表倾斜、曲率和水平变形3 个值中的一个指 标达到某一限值即可确定该建筑物的损坏等级”J 。 如何客观、科学地预计地表移动变形并评价煤矿区地 表建筑物采动损坏程度，早已引起研究者和煤炭生产 企业的重视；预计方法也从传统的静态预计，发展到 基于时问函数M ‘7J 、采动充分性“ o 的动态过程预计； 而在损坏程度评价方法上，研究者们通过引入物元模 型一J 、模糊综合评判0 | 、层次分析法川等，开展了建 筑物采动损坏程度的多元判据研究与综合评 价2 。1 列；也对采动区建筑物地基、基础协同作用引、 露天矿开采引起的周边建筑物损害区位特征进行了 分析5 | ；针对建筑物采动损坏评价研究的迫切性以 及临界变形值确定和损坏等级划分研究现状，文 献[ 1 6 ] 归纳分析了基于模糊数学、物元模型、神经网 络、聚类分析、熵权法、点数法等多种理论方法的优缺 点，详细介绍了脆弱性曲线、分类回归树等国际上采 动建筑物损坏评价研究的新进展；国外学者将建筑结 构与地基土视为相互作用系统，引入w i n k l e r 模 型7 。1 引和相对刚度系数Ⅲ1 以表达建筑结构与地基 土之间的作用关系；2 0 2 0 年K A H I A 等利用人工神经 网络模型，通过分析不同建筑物长度、建筑物均布载 荷、地基极限承载力、建筑物刚度、w i n k l e r 地基弹性 模量、地表曲率半径的1 89 0 0 种可能组合，建立了从 弹性条件到弹塑性条件下的挠度传递比的原型模 型∞，以期从理论上建立建筑结构与地基相互作用 关系，阐述建筑结构损坏产生的力学机理。 除了底面积小的高耸建筑物对倾斜变形敏感外， 一般建筑物均对水平变形敏感，通常以水平变形为主 要指标来界定其损坏等级。我国现行规范对于长度 小于2 0m 的砖混结构建筑物，其损坏等级划分指标 相同，并未考虑建筑物长度影响。实际上，采动建筑 物的损坏既与地表不均匀移动变形有关，也受建筑物 的结构长度及其抵抗变形能力影响。笔者试图对采 动地表移动变形、建筑物损坏特征以及建筑结构与地 基相互作用进行分析，进而探讨建筑物结构长度、水 平变形与采动损坏等级间的关系。 1 地表倾斜变形 下沉主断面上水平地表A ，B 两点间距为z ，采动 地表沉陷后A ，日点分别移动到以’和B ’，如图1 所示。 万方数据 第1 期崔希民等采动地表移动变形与建筑物损坏程度评价的再认识 1 4 7 A ，曰两点之间的下沉差为△形，水平移动差为△u ，A ， B 两点在A ’和B ’连线上由下沉和水平移动产生的实 时位形上的变形为 s ，，。， [ ／ f △u △w 正一f ] ／f 1 其中，由4 ’和曰’两点问下沉差引起的实时位形上的 变形为 2 图1 地表水平时的变形 F i g ．1 D e f r n l a t i o nf o rh o “z m t a ls u r f a c e 当A ，B 两点之间初始距离为z 1 0m ，两点问的 下沉差△形 0 ．3m ，两点间的水平移动差为△U 0 ．1 I n ，则不均匀下沉和水平移动引起的变形为 占；． 1 0 ．4 4m H ∥m ，其中非均匀下沉引起的变形为 s 揣 o ．4 5m H ∥n ，。如果按初始位形计算，地表水平 移动引起的变形值为占埘 △w f 1 0m n ∥n ，。需要注 意的是占器和甜。，是沿实时位形／4 ’B7 方向上的变 形，而s 。。是沿初始位形4 B 方向f 的变形旧2 I 。 当初始地表为斜面时，如图2 所示。／4 ，B 两点之 间的初始高差为『2 埘，两点之问水平距离仍为f ，则4 ， B 两点之间的斜距为√f j 。。受采动影响后A 点 移动到A ’，B 点移动到B ’，两点之间的下沉差为△形， B 图2 地表倾斜时的变形分析 F i { } 2 D e f o r n l a t i o nf o ri n c l i n e 1s u r f a c e 水平移动差为△u ，／4 ，B 两点在4 ’和B7 连线上由下沉 和水平移动产生的实时位形上的变形为 一订可五万_ 讴旷万≯一∥了再 、厅了瓦 3 当 伸 0 时，式 3 可以归化式 1 ，表明地表水 平时非均匀下沉和移动引起的变形是地表倾斜时的 一个特例。当两点问不存在非均匀水平移动，则倾斜 地表非均匀下沉引起的两点问的变形为 一丛二堕匝二巫 、厅了瓦 4 以初始水平距离f 1 0m 为例，两点间的下沉差 和初始高差对变形的影响如图3 所示。由图3 可知， 随着下沉差和初始高差的增大，由此产生的变形也随 之增大；当△彤 1 7 0m m ，7 7 _ B 0 ．5m 时，s ∥B ， lm Ⅱ∥n ，。英国煤炭局在其沉陷工程师手册中，建议 对地 图3不均匀下沉和地形起伏的影响 F i g ．3S u r f a c e 1 e f o r r n a t i o n 伽s e 1 1 yu n e v e u b s i d e f l c ea n 1 “ p o g I - a p h y 2 地表曲率变形 当地面4 ，B ，C 号点受采动影响，曰点移动至B 7 点，C 点移动至c ’点，如图4 所示。A7 ，B7 点的倾斜 7 1 Ⅷ和B7 ，c7 点的倾斜r M 分别为 乃圹訾 t a nd 5 ￡ 一B 咒，訾t a n 届 6 1B c T L d l lp ＼u ， ￡厅一C 式中，△睨叫，△肜伽分别为B ，／4 点及C ，B 点间的下 沉差；f ㈨，f 眦分别为4 ，日点问及B ，C 点间的水平距 离；d ，口分别为A ，B 点及B ，C 点间的倾斜角度。 由于下沉差△形远小于两点间的水平距 离，t a n0 1 一d ，t a nJ B 一卢，故有 T q 一【一T 一1 3 e 0 1 、 其中，p 为相邻3 点的倾斜差。假设测点间距相等， 万方数据 1 4 8 煤炭 学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 C ／ ／／ ≮／／／户 ，’／。 ／ i ，，，，，7 i I ，，’。 图4 地表曲率分析 F 谤4A n a l y s i so f 1 u 1 ．v a t u r e 由式 7 可得地表曲率K ㈩一。为 墨，i _ 臼／Z 8 由图4 可知 t a n 臼 √毫。 △吮一。／p 9 由于曲率半径p 远大于两点间的距离z ，两点之 间的距离f 又远大于两点问的下沉差，以弦长代替弧 长，从而有 导。上 1 0 f p 、7 C 、 罔5 测段过长的影Ⅱ向 F 培5I n l p 引b yl o n 舻l ’d i s t a n 。P 实际观测站布设中，由于地形及地物等影响，无 法保证测段长度等问距；当测点间距不等，通过两相 邻测段长度取平均来计算曲率，可能会导致计算出的 曲率偏小，从而掩盖了最大曲率的影响，如图5 所示。 当日点缺失，由／1 点直接到c 点使得地表曲率将从 l 和7 减小到1 和。英国的研究结果认为，实地观测的 测段长度取采深的l ／2 0 适宜，水平变形的计算应选 与该点相连的短边旧4 I 。综合考虑监测效率、工作量 和实际可操作性等因素，我国采用的监测点问距随采 深的变化见表l 【⋯。 表l 测点间距的建议值 T a b l e1 S u g g e s t e dd i s t a n c eb e t w e e nm o n u m e n t s 1 1 1 研究表明，曲率半径p 越小，地表的变形就越大， 从而导致地面建筑物损害越大。英国和西班牙等国 学者研究认为，地表曲率与变形的关系可表示为 s √“口／f 1 1 其中，8 为变形；n 为系数。英国煤炭局根据实地观 测数据，研究得出系数a 0 ．0 2 4 旧’，由此叮根据实 测的曲率来预计水平变形。s A N M I Q u E I ．等口√根据 西班牙2 0 0 8 2 0 1 6 年的1 6 个下沉剖面上的观测数 据，开采深度5 0 0 ～6 0 01 1 1 ，开采的宽深比在0 ．7 ～ 1 ．5 ，【n 1 归分析确定的系数卜限“ 0 ．0 1 8 、下限“ 0 ．0 1 2 。但如果按照中国的概率积分预计力‘法，曲率 和水平变形之间关系可用表示为 s 6 ，’口／f 1 2 其中，6 为水平移动系数；r 为主要影响半径。比较 式 1 1 和式 1 2 ，只有当日／f n ／6 二，‘二时，两者计算的 变形才相等。 3 曲率变形与建筑结构损坏特征 地表曲率是由地表不均沉陷引起的，假设柔性建 筑物长度为L ，含基础的建筑物高度为日，地表差异 沉陷产生的曲率为l ／p ，由图6 可知，该建筑结构的 最大挠度△。，和挠度比△。／L 分别为 氐⋯以2 一∽2 ￡ △n ／L L ／黾p 。￡ P。 陶6I l I I 率引起的建筑物变形 F 培6l Ⅻl 1 i n gs I r a m1 1 yI Ⅲv a t u l ‘e 1 3 1 4 万方数据 第l 期崔希民等采动地表移动变形与建筑物损坏程度评价的再认识 1 4 9 在凸曲率作用下，建筑结构顶部产生的伸长量e 和拉伸变形占分别为 e ￡聊 1 5 占 e 儿 坼 1 6 式 1 5 和式 1 6 表明，正曲率影响下建筑结构 的最大伸长量与建筑物的长度、高度成正比，与地表 曲率半径成反比；而最大拉伸变形与建筑物高度成正 比，与地表曲率半径成反比，与建筑物长度无关。同 理，式 1 5 和式 1 6 以挠度比表示可分别改写为 e 8 抛o ／L 1 7 占 ∥L 8 出o ／r 1 8 采动地表曲率对建筑物的影响十分复杂，国外相 关学者均对采动建筑物地基受力分布进行了研究。 1 9 8 3 年R A U S C H 采用地基系数理论研究给出了凸凹 曲率条件下基础完全嵌入地基的反力分布，如图7 所 示。K R A l z S C H 认为当基础下为厚软岩层，在凸曲率 区采动引起的附加地基反力，将使采后不均匀地基反 力分布变得平缓，而在凹曲率区因叠加影响则会增大， 如图8 所示ⅢJ 。开采引起地表不均匀沉陷是必然发 生的，而位于沉陷区地表的建筑物如何抵抗或适应采 动变形，与建筑结构的刚度、强度以及地表土的性质密 切相关；D E C K Ⅲ1 据此推测建筑物结构变形与地表变 形存在如下关系①当建筑结构强度高、刚度大时，结 构无变形，挠度△ 0 ，建筑物切人地表，如图9 a 所 示；②建筑结构强度高、刚度大，虽然结构无变形，切 人地表但结构底部与地表分离，如图9 b 所示；③对 于柔性建筑物，适应地表变形，建筑物的挠度等于地表 不均匀沉陷的最大挠度，如图9 c 所示；④建筑物和 地表均产生相应变形，建筑物切人地表，但建筑物挠度 小于地表挠度，如图9 d 所示；⑤建筑物与地表均产 生相应变形，建筑物切人地表但底部与地表分离，建筑 物 a 凸曲率 广r ～～r 一一T 一一一厂一一f ] 仆 凹曲率 图7 地基反力示意‘2 5 】 F i g ．7 F o u n d a t i o nr e a c t i o n 【2 5 书 a 凸曲率 b 凹曲率 图8 厚软岩层地基反力分布Ⅲ】 F i g ．8 D i s t r i b u t i o no fs u b g r a d er e a c t i o n ‘2 5 a 结构不变形 b 结构不变形 c 结构变形 d 地表与结构均变形 ＼＼厂1 ／／ k 一 三竺 一夕 e 地表与结构均变形 图9 地表与结构的变形关系‘2 6 1 F i 昏9 I n t e m c t i o no fs o i la n db u i l d i n g [ 2 6 ] B O S C A R D I N 和B U R L A N D 把建筑物简化为简支 梁，分别分析了在凸曲率和凹曲率状态下的弯曲破坏 和剪切破坏，如图1 0 所示心7 。2 8 | 。在凸曲率影响下， 建筑物顶部的弯曲变形产生拉伸裂缝，剪切变形引起 倒八字裂缝，如图1 0 a 所示；而在凹曲率影响下，建 筑物底部的弯曲变形产生拉伸裂缝，剪切变形引起正 八字裂缝，如图1 0 b 所示。对砖石、砖混结构建筑 物，一般不会出现单一的弯曲变形或剪切变形，通常 受弯曲变形与剪切变形的耦合影响，在建筑结构砖石 连接处等薄弱部位出现八字形和竖向裂缝。 4 地表建筑物采动损坏程度 4 ．1 评价模型 国内外地表建筑物采动损坏程度评价模型和方 裂掣 万方数据 1 5 0 煤炭 学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 惫 简支梁 。z ‘j r ，＼三[ 7 挠曲形态挠曲形态 弯曲变形 剪切变形 a 凸曲率 弯曲变形 剪切变形 b 凹曲率 图1 0 建筑结构的弯曲破坏与剪切破坏 F 培1 0 T e 商l ea 1 1 1s h e a r i n gd a m g et ob u i l d i n g 法都是基于大量的现场实践和实测，经综合处理分析 而建立的。我国采用倾斜、曲率和水平变形作为损坏 等级划分指标，现行规范对于长度或变形缝区段内长 度≤2 0n ，的砖混结构建筑物，给出的损坏等级划分 标准如图1l 所示。由图1 1 可知，只要地表水平变 形、倾斜、曲率中任一值达到某一损坏分级值时，就可 确定该建筑物的损坏等级；即使建筑物长度 2 0n ，， 也参照同等标准确定损坏等级而不考虑建筑物的长 度影响。由于矿区采动影响建筑物一般为平房或低 层建筑物，而底面积小的高层建筑物对倾斜变形敏 感，且随着开采深度的增加地表曲率变形值减小，实 际应用中通常以地表水平变形值作为建筑物损坏程 度评价的界定指标。 s 6 I V 极严重 拆建 r 1 0 ．足 O ．6 严重大修 4 ￡≤6 I I l 中度中修 6 7 ’≤l O ．0 ．4 K ≤O ．6 2 s ≤4 Ⅱ 轻度小修 3 7 1 ≤6 ．O ．5 K ≤O ．4 ￡≤2 I 轻微简修 7 _ ≤3 ．K ≤O _ 2 极轻微不修 图1 1 砖混结构建筑物损坏等级 F 培11D a m a g ec l a s s i f i a t ‰1f o r f n a s o n I 了 英国则采用建筑物结构长度和长度变化作为损 坏等级的划分指标，结构长度变化e 0 ．1 8m 为很严重损坏。由于英 国采动房屋一般为2 层，房屋高度日 6 ．7 5n ，，将建 筑物结构长度变化0 ．0 3 ，0 ．0 6 ，0 ．1 2 和0 ．】8m 分别 代人式 1 7 ，计算可得相应的建筑物挠度比分别 为1 l8 0 0 ，1 9 0 0 ，1 4 5 0 和l 3 0 0 。利用式 1 8 可得建筑损坏等级划分模型见式 1 9 ，依据该模型 所画的示意图如1 2 a 所示。 占 e ／三 1 9 1 0 ，8 ； l 6 ≤ 裘。 睁 * 2 04 06 08 01 0 0 建筑物长度／m a 英国分类标准 U2 U4 U6 U8 Ul U U 建筑物长度／m b 本文建议分类标准 图1 2 考虑砖混结构建筑物长度的采动损坏分级。 F i g ．12 C l a s s i “c a l i no fn l i n i n gd a l l l a g ec ‘ n s i d e r i n gt h Pl e n g I l l ，fm a ⋯1 I ．、T 『1 4 由图1 2 a 可知，建筑物的损坏程度与建筑物长 度有关，建筑物越长其抵抗采动变形能力越低，同等 量级的采动地表变形导致的建筑物损坏会随建筑物 长度增加而加重。与我国现行的采动损坏等级划分 标准 图1 1 相比，其优点是考虑了采动建筑物结构 的长度，即使变形缝区段长度 2 0m ，也可体现出结 构长度的影响，这也在实际应用中客观解释了同一变 形条件下区段长度小的建筑物损坏轻微、区段长度大 的建筑物损坏严重。 我国建筑地基基础设计规范规定，对于一般砖墙 承重结构，包括有内框架的建筑物长高比 1 0 、有圈 梁、天然地基或条形基础，当挠度比达到1 1 5 0 时， 分隔墙及承重砖墙将出现相当多的裂缝，可能发生结 O 8 6 4 2 一一Lu．uI曼＼醋斟}* 万方数据 第l 期崔希民等采动地表移动变形与建筑物损坏程度评价的再认谚l 1 5 l 构破坏。对于一般钢筋混凝土框架结构，当挠度比达 到l 5 0 0 时，建筑物开始出现裂缝；当挠度比达 到l 3 0 0 时，分隔墙或外墙产生裂缝等非结构性破 坏；当挠度比达到l 1 5 0 时，将发生严重变形和结构 性破坏9 。 我国现行规范和指南中，单体长度或变形缝区段 内长度≤2 0m 的砖混结构建筑物，I ，I I ，I I I ，I V 级损 坏对应的水平变形分级指标分别为2 ，4 和6m m ／1 1 ； 参考建筑地基基础没计规范，结合我国乡村振兴和新 农村建设实际，选取的2 层砖 昆结构建筑物长度为 2 0m 、高度为6m ；由式 1 8 计算可得建筑结构伸长 量的分级值e 分别为o ．0 4 ，o ．0 8 和o ．1 2 ⋯。为进一 步细分I 级和I V 级损坏，按等比例条件选取s 1 ， 8m m ／m ，同理可得对应的伸长量分级值e 分别为 0 ．0 2 ，0 ．1 6n ，。由式 1 7 计算可得建筑结构伸长量 分级值0 ．0 2 ，O ．0 4 ，0 ．0 8 ，0 ．1 2 和O ．1 6m 对应的建筑 结构挠度比△。／L 分级值l 24 0 0 ，1 l2 0 0 ，l 6 0 0 ，l 4 0 0 和1 3 0 0 ，以及对应的水平变形分级值 1 ，2 ，4 ，6 和8m n l ／m 。 以单体结构长度2 0n ，的建筑物伸长擐分级值为 基准，建立随结构长度变化的损坏评价指标为 P 占， ，江l ，2 ，3 ，4 ，5 2 0 L 其中，s ，为第i 级损坏的水平变形分级值；e ，为建筑 结构伸长量分级值，e ， 0 ．0 2m ，e ， o ．0 4m ，P 、 0 ．0 8m ，P 。 0 ．1 2n 1 ，e ， 0 ．1 6m ；L 为建筑物的结构长 度，m 。依赖建筑物结构长度变化的损坏程度分等定 级指标体系如图1 2 b 所示。 对比图l l 和图1 2 b ，可知本文建议的建筑物 损坏分类指标具有如下优势 1 地表建筑物采动损坏程度分等定级指标定 量化，针对每个受影响的建筑物个体。当预计的地表 水平变形s ≤2 0m - n ／￡时，损坏等级为1 1 级，损坏程 度为极轻微，结构处理措施为不修；当2 0m n ／L s ≤ 4 0n 1 I l ∥￡时，损坏等级为1 2 级，损坏程度为轻微，结 构处理措施为简单维修；当4 0 洲- 1 ／L s ≤8 0n 1 1 1 ∥L 时，损坏等级为I I 级，损坏程度为轻度，结构处理措 施为小修；当8 0m - 1 1 ／L 2 0n 时，随着长 度增加，抵抗变形能力降低，同等水平变形条件下损 坏程