15-05-地表残余沉陷变形机理数值模拟与预计参数分析-2016年第2期

开采沉陷预计方法概述摘要：本文主要介绍了当前使用的开采沉陷预计方法（基于实测资料的经验方法、影响函数法和理论模拟法）的原理、特点及应用情况，并简要介绍了开采沉陷预计的发展趋势，相信会对开采沉陷工作具有一定的帮助意义。

关键词：开采沉陷；预计方法；概率积分法；理论模拟法1 引言开采沉陷预计是矿山开采沉陷的核心内容之一，它对开采沉陷的理论研究和生产实践都有重要意义[1]。

由于采矿引起的地面沉陷损坏地面建筑、公路、铁路等，不但给人民生活带来了威胁，而且破坏环境。

开采沉陷的预计，对建筑物和生态环境的保护有重要意义。

因此，有必要对开采沉陷预计方法进行探讨，以指导矿山的开采。

开采沉陷预计方法很多，按建立预计方法的途径可分可分为三类：基于实测资料的经验方法、影响函数法和理论模拟法[2-4]。

2 开采沉陷方法简介基于实测资料的经验方法是通过对大量的已知开采沉陷实测资料进行数据处理，确定开采沉陷中各种移动变形值的函数形式和计算预计参数的经验公式。

这种方法在预测时，首先根据开采的地质条件，确定经验公式中的预计参数，再代入公式确定预计函数进而求出移动和变形值。

这种方法是当前最为可靠的一种预测方法，常见的经验方法有：典型曲线法和剖面函数法等。

理论模拟法把岩体抽象为某个数学的、力学或数学-力学的理论模型，按照这个模型计算受开采影响岩体产生的移动、变形和应力的分布情况。

如认为岩层和地表是一种连续的介质，则此模型属于连续介质模型；否则，就属于非连续介质模型。

此法所用的函数一般均由理论研究得出，所用的参数常用实验室试验或理论推导求得，一般与现场实测资料没有直接关系，常用的理论模型法主要有连续介质力学法等。

影响函数法是介于经验方法和理论模型方法之间的一种方法，它的实质是根据理论研究或其他方法确定微小单元开采对岩层或地表的影响（以影响函数表示），把整个开采对岩层和地表的影响看作采区内所有微小单元开采影响的总和，并据此计算整个开采引起的岩层和地表的移动和变形，目前此方法中所用的参数根据实测资料获得。

开采沉陷预计⽅法概述开采沉陷预计⽅法概述摘要：本⽂主要介绍了当前使⽤的开采沉陷预计⽅法（基于实测资料的经验⽅法、影响函数法和理论模拟法）的原理、特点及应⽤情况，并简要介绍了开采沉陷预计的发展趋势，相信会对开采沉陷⼯作具有⼀定的帮助意义。

关键词：开采沉陷；预计⽅法；概率积分法；理论模拟法1 引⾔开采沉陷预计是矿⼭开采沉陷的核⼼内容之⼀，它对开采沉陷的理论研究和⽣产实践都有重要意义[1]。

由于采矿引起的地⾯沉陷损坏地⾯建筑、公路、铁路等，不但给⼈民⽣活带来了威胁，⽽且破坏环境。

开采沉陷的预计，对建筑物和⽣态环境的保护有重要意义。

因此，有必要对开采沉陷预计⽅法进⾏探讨，以指导矿⼭的开采。

开采沉陷预计⽅法很多，按建⽴预计⽅法的途径可分可分为三类：基于实测资料的经验⽅法、影响函数法和理论模拟法[2-4]。

2 开采沉陷⽅法简介基于实测资料的经验⽅法是通过对⼤量的已知开采沉陷实测资料进⾏数据处理，确定开采沉陷中各种移动变形值的函数形式和计算预计参数的经验公式。

这种⽅法在预测时，⾸先根据开采的地质条件，确定经验公式中的预计参数，再代⼊公式确定预计函数进⽽求出移动和变形值。

这种⽅法是当前最为可靠的⼀种预测⽅法，常见的经验⽅法有：典型曲线法和剖⾯函数法等。

理论模拟法把岩体抽象为某个数学的、⼒学或数学-⼒学的理论模型，按照这个模型计算受开采影响岩体产⽣的移动、变形和应⼒的分布情况。

如认为岩层和地表是⼀种连续的介质，则此模型属于连续介质模型；否则，就属于⾮连续介质模型。

此法所⽤的函数⼀般均由理论研究得出，所⽤的参数常⽤实验室试验或理论推导求得，⼀般与现场实测资料没有直接关系，常⽤的理论模型法主要有连续介质⼒学法等。

影响函数法是介于经验⽅法和理论模型⽅法之间的⼀种⽅法，它的实质是根据理论研究或其他⽅法确定微⼩单元开采对岩层或地表的影响（以影响函数表⽰），把整个开采对岩层和地表的影响看作采区内所有微⼩单元开采影响的总和，并据此计算整个开采引起的岩层和地表的移动和变形，⽬前此⽅法中所⽤的参数根据实测资料获得。

第32卷第1期2010年01月武 汉 工 程 大 学 学 报J. Wuhan Inst. T ech.Vo l.32 N o.1Jan. 2010收稿日期:2009-10-15基金项目:国家自然科学基金项目资助(50874080)和湖北省教育厅优秀中青年人才项目.作者简介:周春梅(1979-),湖北随州人,博士,讲师.研究方向:矿山地质灾害防治.文章编号:1674-2869(2010)01-0061-04金属矿山地下开采引起地面塌陷的规律周春梅1,李 沛2,虞 珏2,李先福1(1.武汉工程大学环境与城市建设学院,湖北武汉430074)(2.武汉钢铁集团矿业有限责任公司大冶铁矿,湖北黄石435000)摘 要:金属矿山地下开采引起地表塌陷已经成为一种主要的矿山地质环境问题.地面塌陷受多方面因素影响,各因素相互作用使得金属矿山地表塌陷形成机理复杂.本文以大冶铁矿东露天采场地面塌陷为例,从采场地质环境、矿体特征、采矿方法、崩落角、地面塌陷的形式等方面,综述了地面塌陷的特征,并探讨了地面塌陷的形成规律,该研究为矿山地面塌陷的成因及控制对策研究提供了帮助.关键词:金属矿山;地下开采;地面塌陷;矿山地质环境;大冶铁矿中图分类号:P554 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1674-2869.2010.01.0190 引 言国内外对矿山开采引起地表塌陷的研究由来已久,但研究成果主要是针对煤层开采的岩层移动与地表沉陷预测.对于金属矿山,由于岩体物理力学性质、地层结构、矿体形态、赋存条件以及采矿方法与煤矿存在着较大的差异,地面塌陷影响因素复杂多变.特别是,对于具有断裂构造、地层与矿体产状复杂变化的金属矿床,目前国内外尚没有比较成熟、系统和准确的方法来研究地面塌陷的形成机理以及控制对策[1].大冶铁矿露天采场矿体自20世纪60年至80年代相继开采完毕并转入地下开采,目前除局部的挂帮矿回采外,主要为地下开采.由于长期的大量地下开采铁矿层,形成大面积采空区,据黄石市地质灾害调查与区划资料,矿区采空区将近4km 2,采空区高度10~25m ,最大达40余米,导致其围岩应力发生改变,岩体完整性遭到破坏,采空区顶板塌落,波及地面引起不均匀沉降与大面积的塌陷[2,3].东露天采场狮子山20世纪70年至80年代发生地面变形,目前已形成长300m,宽50~120m,深20~35m 的塌陷坑,导致地表排水沟道、通风斜井井口以及部分厂房等建筑物受损破坏.尖林山、龙洞、铁门坎等采区也发生多处规模不一的地面塌陷,对铁山区三岔路村2000余人的生命财产造成严重威胁,同时也危及矿业活动的正常进行,地面塌陷已成为一种严重困扰矿山开采的地质环境问题.本文以大冶铁矿东露天采场的地表塌陷为例,从东露天采场的地质环境、矿体特征、采矿方法、地面塌陷的形式、崩落角分析入手,探讨塌陷区的特征及形成规律,为地面塌陷的形成机理及控制对策的研究奠定了基础.1 地面塌陷的形成机理及控制对策金属矿山地下开采地面塌陷是由于矿山地下开采形成采空区,采空区上覆岩体在自重和上覆岩土体的压力作用下,产生向下的弯曲与移动,当顶板岩层内部形成的张拉应力超过岩层的抗拉强度极限时,直接顶板发生断裂、跨塌、冒落,接着上覆岩层相继向下弯曲、移动,随着采空范围的扩大,受移动的岩层也不断扩大,从而在地表形成塌陷.在缓倾条件下的上覆岩土体大致可形成三个带,即冒落带、裂隙带和弯曲变形带,这三个带的界限一般不明显,也不一定同时出现[4].金属矿山地下开挖必然引起岩层变形与移动,其变形速度、影响范围、发生与发展时间受众多因素的影响,如采矿方法、矿体赋存条件(地质条件、岩土物理力学性质、矿层倾角)、开采的深度、厚度、宽度、采场结构尺寸、开采速度和顺序,以及开采的时空关系等,金属矿山开采后地表的移动变形函数可表示为[1]:D r =F (H ,L ,M,T H ,E,J ,C,<,L ,C ,X ,,)其中,D r 为开采后地表的实际移动量;H 为实际62武汉工程大学学报第32卷开采或开挖深度;L为采区的实际开采宽度;M为矿块的实际开挖厚度(或矿层厚度);T H为水平构造应力;E为采区上覆岩体的弹性模量;J为采区矿层上覆岩体节理裂隙影响系数(无量纲量);C为矿层上覆岩体的内聚力;<为矿层上覆岩体的内摩擦角;L为矿层上覆岩体的泊松比;C为介质的密度;X为地下水影响系数.地面塌陷的形式与矿体距地表的埋深及矿体的厚度的关系如表1,同时,在塌陷发生的沉陷盆地中心部位以垂向下沉为主,水平位移、倾斜位移量较少,形成沉陷盆地;在盆地边缘及外缘裂隙拉伸带则以倾斜位移和水平位移变形为主,可能出现地表裂缝、漏斗状塌陷坑,进而在斜坡区域引发边坡失稳,产生崩塌、滑坡等.表1地面塌陷与矿体关系T able1Sur face subsidence ar ea and or ebody矿体距地表埋深矿体厚度采空区对地表影响地面塌陷形式浅厚较大塌陷带、塌陷坑深厚一般裂隙带、地面裂缝分布多深薄轻微地面裂缝分析金属矿山地下开采地表移动范围的方法主要有以下几种:a.工程类比法,金属矿山常用的一种半定量的经验性方法.b.理论分析法,包括上盘渐进崩落理论、上下盘渐进断裂理论、松动区引起地表岩层移动理论、构造应力控制矿山地表岩层移动理论、矿山岩体采动影响与控制工程学理论、概化随机介质理论,其中上盘渐进崩落理论和上下盘渐进断裂理论适用于露天转地下用崩落法回采的矿山.c.数值分析方法,能对地表变形破坏的定量评价,已广泛应用于地表移动机理研究中[4].2大冶铁矿东露天采场塌陷区2.1东露天采场地质环境大冶铁矿东露天采场是由象鼻山、狮子山、尖林山三个矿体组成.其中西部的象鼻山最高标高228m,中部的狮子山最高标高276m,东部的尖林山最高标高250m,封闭圈标高为72m.采场总体走向NW300b,长度为2200m,坑底面积为8150m2.东露天采场内的地质构造复杂,断层节理发育,主要发育的断裂构造有F9、F25、F13、F10、F11、F12、F8;此外,大冶铁矿东露天采场广泛发育一种介于断层与节理之间过渡类型的断裂结构面到区域性节理,一般由切割闪长岩体长达几十到几百米的剪破裂面或狭窄的构造劈理化带组成,对工程地质分区、边坡的稳定性(特别是和断层组合在一起)影响明显,大冶铁矿主要发育的节理构造有J1-4、J5-6、J7-9[5,6].大冶铁矿东露天采场工程地质岩组划分为6组,其中大理岩、闪长岩组强度最高,风化花岗闪长岩和矽卡岩组、蚀变闪长岩组次之,断层角砾岩、砂砾石和粘土岩组强度最低.采场岩体结构类型主要有块状结构、层状结构、层状碎裂结构、碎裂结构、散体结构,其中具有碎裂结构、散体结构的岩体在矿山地下开采中易产生地面塌陷、崩塌及滑坡.2.2东露天采场矿体特征大冶铁矿狮子山矿体(26-30线)主要赋存于闪长岩与大理岩接触带内,局部地段呈分枝插入大理岩或闪长岩内.矿体走向320b,沿走向长430 m,矿体上部北倾,下部转向南西,矿体倾角75~ 90b,厚度20~80m,一般厚30~50m,赋存标高+ 170~-400m.矿石矿物主要为磁铁矿,次为赤铁矿、黄铜矿、菱铁矿、黄铁矿、白铁矿、斑铜矿、磁黄铁矿等,条痕呈不同程度的红色[7].脉石矿物主要有方解石、绿泥石、透辉石、白云石、金云母、石榴子石等.矿石结构为自形-半自形粒状结构、它形粒状结构、交代残余结构、包裹结构、隐晶粒状结构、环带状结构等.矿石构造为块状构造、粉状构造、浸染状构造、脉状构造、条带状构造、角砾状构造、晶簇状构造等.2.3东露天采场采矿方法大冶铁矿东露天采场地下采矿采用无底柱崩落法开采,随着每个步距的矿石回采出来,矿体上面覆盖的松散岩石也就随之崩落,覆盖到下一个分段的矿体上.如此自上而下采完各分段,覆盖岩石和地表跟着崩落塌陷.矿块的水平尺寸50m@ 50m或60m@60m,阶段高度为70m,分段高度为10m,进路间距为8到10m,崩落步距为1.2至2.4m(即1至2排炮孔距离).2.4东露天采场采空区地面塌陷该塌陷区位于东露天采场狮子山坡脚处(图1),目前地下开采在-72m阶段,受地下开采和爆破震动的影响,塌陷区域呈椭圆状,长度近300m,宽度在80m左右,面积约2.4 @104m2.塌陷区北帮为花岗闪长岩,坡角近45b,南帮为大理岩,坡角42b,塌陷区两侧堆积成分为土夹石,塌陷坡度约80b,高度约25 m.塌陷区周边地裂缝发育,垂直于塌陷方向(图2),地裂缝宽度10~50cm,深度90cm,长度10~50cm,密度约1L/m.第1期周春梅,等:金属矿山地下开采引起地面塌陷的规律63图1 狮子山地面塌陷F ig.1 Sur face subsidence ar ea of Shizimountain图2 地面塌陷区周围地裂缝Fig.2 G round fissur e ar ound sur facesubsidence ar ea大冶铁矿东露天采场狮子山采区地表塌陷与地下巷道分布如图3,地表塌陷范围比地下巷道范围大,且塌陷范围逐年递增,严重影响两边高陡边坡的稳定性.地表塌陷给矿区地质环境与生态环境造成强烈破坏,同时也给矿山生产带来严重威胁,随着地下开采工程的延深,采空区塌陷与地表变形还会继续扩展.塌陷区于2007年8月16日开始启动/正负零塌陷区回填工程0,将尾石抛于塌陷的坑内.图3 地表塌陷与地下巷道分布图F ig.3 Sur face subsidence ar ea and distr ibut ion map o funder gr ound tunnel依据矿体赋存条件、上下盘围岩的物理力学性质、采矿方法等进行类比确定的岩移角如表2.类比法预测地表变形范围属一种经验方法,它把复杂的围岩工程地质条件和岩体破坏概化为一种宏观均匀的地质变化,但实际上影响围岩破坏的各方面因素必然存在着一定的差异性,这也将导致预测的移动界线与实际上地表破坏边界不可能完全吻合,故矿山在生产过程中,应建立完善的监测系统,通过监测数据,不断修正优化崩落角、移动角参数,以期能获得更好的预测效果,为地质灾害防治和搬迁决策等提供可靠依据.表2采空区岩体移动角T able 2 Rock mov ing angle of g oaf采区岩石及开采深度上盘下盘端部东采区-180m 以上60b60b65b (东西两端)大冶铁矿东露采塌陷区Ñ-Ñc 剖面如图4,在崩落铁矿石中,存在两种情况引起地表塌陷的形状不一[8]:a.覆于其上的岩体随矿石一起被崩落,其余部分则呈/悬钟状态0暂时保留,但这种状态是极不稳定的,受邻近采矿活动的影响,部分岩体将坠落下来,最有在其上方距源矿层数十米的地方形成如图所示的空场,此时产生地表不均匀沉降,地表移动呈现出/漏斗型0形态特征;b.利用崩落法采矿,在一般正常地段,自然崩落法需达到充满采空区为止,顶部岩体移动常达到地表,产生均匀沉降,地表移动呈现出/盆地型0形态特征.图4 塌陷区Ñ-Ñc 剖面图F ig.4 Ñ-Ñc pr ofile of surface subsidence area3 结 语a.金属矿山地表塌陷受矿体形态、产状,采空区埋深、采厚比,矿体围岩工程地质结构、物理力学性质,矿区地质构造、地下水活动等多方面因素影响,这些因素相互作用,加上地质上的不确定性,使得金属矿山地表塌陷机理复杂.64武汉工程大学学报第32卷b.文中从大冶铁矿东露天采场地质环境、矿体特征、采矿方法、地面塌陷的形状及与地下巷道之间的关系等方面介绍了地面塌陷的形成机理.大冶铁矿东露天采场地面塌陷严重破坏了矿山地质环境,同时也给矿山生产带来严重威胁,随着地下开采工程的延深,采空区塌陷与地表变形还会继续扩展,必须采取合理的治理方案.致谢:论文的研究得到了武汉工程大学环境与城市建设学院课题组及武汉钢铁集团矿业有限责任公司大冶铁矿的大量帮助,论文的资料由大冶铁矿科技处提供,在此一并表示感谢!参考文献:[1]武钢矿业公司大冶铁矿龙洞采区塌陷区预测及尾矿管防护措施研究[R].武汉:中国科学院武汉岩土力学研究所,武钢矿业公司大冶铁矿.2008,6.[2]姜建军,刘建伟.大冶铁矿矿山环境调研报告[R].国土资源通讯,2005,15:42-43.[3]戚冉,黄建华,郭春颖.矿山地面塌陷预测方法研究[J].中国矿业,2008,17(6):39-48.[4]袁义.地下金属矿山岩层移动角与移动范围的确定方法研究[D].长沙:中南大学,2008,4.[5]Zho u Chunmei,Wu Yanling,L i Xianfu,et al.Slo peHazards and System Desig n of Emerg ency Rescue inDaye Ir on M ine[C]M Q iy uan P ebg,Yun Pu,K elvinC P Wang,et a l.Internatio na l Co nfer ence on T rans-po rtation Eng ineering2009(Vo lume F ive).T he A-mer ican So ciety o f Civ il Eng ineer s,2009:4098-4103.[6]周春梅,李先福.大冶铁矿高陡岩质边坡变形破坏机理分析[J].合肥工业大学学报:自然科学版,2009,10(16):25-30.[7]大冶铁矿深部探矿关键技术研究与应用[R].武汉:中国冶勘总局中南地质勘查院,2006,12.[8]蔡荣.一种危害矿山安全的特殊塌陷[J].有色矿冶,1997,6:51-58.Research on mechanism of surface subsidencearea of underground metal miningZHOU Chun-mei1,LI Pei2,Y u Jue2,LI Xianf u1(1.Scho ol o f Env ir onment and Civ il Eng ineering,Wuhan I nstit ute o f T echnolog y,Wuhan430074,China)(2.Daye Ir on M ine of M ining L imited Co mpany of Wuhan I ron G roup,H uang shi435000,China)Abstract:Sur face subsidence area caused by undergr ound mining o f metal m ines has been a main pro blem fo r m ine g eo logical env ir onm ent.The influence facto rs of surface subsidence area are in m any aspects,at the same time,the interaction o f each influence facto rs m ake the mechanism of surface subsidence area o f metal mines be mor e com plex.T aking surface subsidence area of east open-pit in Daye iron mine for example,this paper sum marized the characteristics and analyzed the law of surface subsidence from the mine g eo logical environment,characteristics of ore body,m ining m ethod,ang le of collape,shape o f surface subsidence ar ea.T his resear ch offers help for the study o f m echanism of surface subsidence and control counterm easure.Key words:metal mine;undergr ound mining;surface subsidence area;mine geolog ical environment; Daye iron mine本文编辑:龚晓宁。

地下开采引起地表沉陷的数值模拟针对地下开采引起的岩层移动和地表沉陷是一种比较常见又很复杂的地矿山工程问题,要深入研究开采中引起岩层和地表沉陷的因素,研究人员一定要熟悉力学变化过程以及其他各领域的理论知识,才能全面深入对沉陷现象进行研究和分析。

目前地下开采引起岩层和地表沉陷的问题在很久以前就引起一些专家的注意,人们也逐步开始对该问题开展调研工作,希望早日找到控制沉陷的手段,进一步提升地下开采工作人员的安全。

1 我国矿山开采沉陷理论研究现状矿山开采沉陷理论的兴起是随着我国矿山开采活动的发展而逐步引起人们关注和深入研究的问题。

在建国初期,我国在滦矿务局建立了国内第一个地表移动观测站,经过工作人员的努力,为后来理论研究局的工作提供丰富的地表移动历史资料。

直到后来我国又成立了矿业学院和峰峰矿务局等理论研究部门,这些部门的工作人员通过对遗留的历史资料进行总结和分析,得出了一些岩层和地表发生移动的参数,为工作的开展提供很多有利的资料。

最后,唐山煤炭研究所根据历史资料,提出了地表下沉盆地的负指数剖面函数,到1965年,我国研究专家引进国外先进理论研究成果,使得国内地下开采引起地表沉陷理论得到进一步的完善和发展。

目前随着科技和经济的不断发展,矿山沉陷现象理论研究和实地观测水设备技术水平都得到相应的提高,为理论研究工作提供更加现代化和科学化的研究工具,极大的改善工作环境,提升了数值的精准度。

近年来,理论研究专家渐渐将其他相关学科理论研究成果渗透到地表开裂理论中,目前,地表开裂理论已经逐步成为一门独立的学科发展起来,取得一定的研究成果,如有限元数值模拟技术等,地表沉陷理论正在不断完善和丰富。

2 开采中影响岩层和地表沉陷的因素分析2.1 影响因素地下开采过程中有p目前国内外对地表沉陷研究一般采用两种手段:其一,在理论基础上,基于随机介质理论,采用弹性、塑性力学分析方法,然后使用计算机编程得出结果。

其二是有限元数值模型,即基于采矿工程设计基础上,借用工程类比法,建立地表实地观测站,根据观测结果类比得出其他板块的地表开裂结果。

基于IAEFA-SVR模型的开采沉陷区残余变形预测研究随着经济的发展和城市化进程的加速，开采沉陷区的问题日益突出。

开采沉陷区的残余变形预测对于地质灾害防治和工程建设具有重要意义。

本文基于IAEFA-SVR模型，对开采沉陷区的残余变形进行预测研究。

首先，文章介绍了开采沉陷区的背景和意义。

随着能源需求的不断增长，开采沉陷区的规模和影响范围也在不断扩大。

开采沉陷区的残余变形是指在采矿活动结束后，地下矿井的塌陷和地表的沉陷所引起的地表变形。

这种变形会对周边的建筑、交通和地下管线等设施造成严重的影响，因此预测开采沉陷区的残余变形对于保障城市的安全稳定至关重要。

接着，文章详细介绍了IAEFA-SVR模型。

IAEFA-SVR模型是一种基于人工智能和支持向量回归的预测模型。

该模型通过对历史数据的学习和分析，建立了地质、地球物理和工程参数与残余变形之间的关系模型。

通过该模型可以对开采沉陷区的残余变形进行准确的预测。

然后，文章对基于IAEFA-SVR模型的开采沉陷区残余变形预测进行了实证研究。

选取了某开采沉陷区的实测数据作为训练集，通过IAEFA-SVR模型进行训练和预测。

结果表明，该模型能够较为准确地预测开采沉陷区的残余变形，并且具有较高的预测精度和稳定性。

最后，文章总结了基于IAEFA-SVR模型的开采沉陷区残余变形预测研究的主要成果和意义。

该研究通过建立IAEFA-SVR 模型，提供了一种可行的方法来预测开采沉陷区的残余变形。

这对于指导工程建设和地质灾害防治具有重要意义，可以为相关部门提供科学决策依据。

综上所述，本文基于IAEFA-SVR模型对开采沉陷区的残余变形进行了预测研究。

通过实证研究，验证了该模型的有效性和可行性。

相信这项研究成果对于开采沉陷区的管理和治理具有重要的指导意义，将为相关领域的研究和实践提供有益的参考。

地表残余移动变形预测软件开发朱广轶;吕士华;赵柏冬;徐征慧;马亚丽【摘要】为解决老采空区地表新建建(构)筑时的地基稳定性评价问题,填补规程空白,基于作者应用随机介质理论构造的老采空地表残余移动变形预测函数,采用Visual Basic进行了ZMS8.0软件开发.研究表明,ZMS8.0及其各影响函数可较好地描述地表残余移动变形规律,软件具有介面友好、计算和图形输出便捷的特点.【期刊名称】《沈阳大学学报》【年(卷),期】2016(028)002【总页数】5页(P147-150,159)【关键词】开采沉陷;残余移动变形;预测;软件【作者】朱广轶;吕士华;赵柏冬;徐征慧;马亚丽【作者单位】沈阳大学建筑工程学院,辽宁沈阳 110044;沈阳大学辽宁省环境岩土工程重点实验室,辽宁沈阳 110044;沈阳大学建筑工程学院,辽宁沈阳 110044;沈阳大学建筑工程学院,辽宁沈阳 110044;沈阳大学辽宁省环境岩土工程重点实验室,辽宁沈阳 110044;沈阳大学建筑工程学院,辽宁沈阳 110044;沈阳大学建筑工程学院,辽宁沈阳 110044【正文语种】中文【中图分类】TD325;TP393《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》[1]规定,地表移动从下沉10 mm开始,到连续6个月下沉不超过30 mm时结束,正常不超过4年.而R.E.Gray和R.W.Pruern[2]在研究匹兹堡煤层开采沉陷问题时指出,老采空区(房柱式开采)地表下沉可在开采后50 年或以后发生.朱广轶[3]在研究鹤岗市多煤层开采时指出,地表残余变形可达到Ⅳ级.残余移动变形对地面建(构)筑物、道路、水体的影响成为老采空区地基稳定性评价的重要问题.显然,规程规定的开采沉陷结束时间有缺陷.正由于此,规程至今没有残余移动变形的概念和计算方法.因此,基于构造残余移动变形的影响函数,研究其预测方法,具有重要科学意义.朱广轶[4-5]将地表残余移动变形分为1、2两个阶段,提出了地下开采若干年后地表残余移动变形的预测公式.第1阶段残余下沉的影响函数:设,φ(x,t)为朱广轶[6]坐标-时间函数的形态影响函数;α为煤层有倾角,v为平均开采速度.将工作面长度按照开采时间tt平均划分为n个小单元; x为地表点在开切眼坐标为零的开采坐标系中之坐标;t为第2阶段残余移动变形刚要出现那一时刻(可由地表新建建(构)筑等因素发生及以后的水准巡视测量确定),根据叠加原理,得到t时刻地表动态残余下沉值为:第2阶段残余下沉的影响函数:式中,m为开采厚度,r为主要影响半径,D3为煤层走向开采长度,S3、S4为工作面左、右两侧的拐点偏距,l=D3-S3-S4.第2阶段残余倾斜:第2阶段残余曲率变形:第2阶段残余水平移动:式中,b为水平移动系数.第2阶段残余水平变形:残余下沉的时间过程:设残余下沉值趋于最大潜在下沉值Wc(x),蠕变方程的参数k,η可综合为影响参数λ,则,地表残余下沉的时间过程函数在地表沉陷引起的任意一点和整个下沉盆地的移动变形计算中,数学计算及图形的输出模拟十分复杂繁重,本模型采用VB与Matrix混合编程,能够有效地简化编程过程,还提高了有效界面.本程序分为三部分:参数输入及选择部分、数据处理部分、图形输出.程序的流程如图1.图2为地表残余移动变形预测软件界面.应用Visual Basic软件来设计输入对话框和控件,应用figure程序直接绘制图形,通过一系列计算结果,自动绘制沉陷区预计点的地表残余移动变形的二维图形,获得第1阶段残余下沉曲线和第2阶段残余下沉、残余水平移动、残余倾斜、残余曲率、残余水平变形、动态残余下沉时间过程各曲线,如图3～图9.以新安煤矿的老采空区为例,其岩煤层倾角7°,走向长度380 m,倾向长度370 m.应用本软件及该矿地表移动参数来计算,得到新安煤矿地表残余移动变形的曲线图.(1) 第1阶段的残余下沉,如图3所示,最大下沉为0.007 2 mm,这相对第2阶段的最大下沉725 mm是很小的数值.故第1阶段的移动变形可以忽略不计.(2) 第2阶段残余移动下沉量,最大的下沉为725 mm,如图4所示.(3) 第2阶段残余移动水平移动,最大变形值±355 mm,如图5所示.(4) 第2阶段残余移动倾斜方向的变形值,最大的倾斜方向上变形值为±8.8 mm,如图6所示.(5) 第2阶段残余移动曲率变形为-0.4～0.21 mm,如图7所示.(6) 第2阶段残余水平变形-4.2～2.1 mm/mm,如图8所示.(7) 残余下沉随时间的变化过程,如图9所示.(8) 地表残余变形的最大值与预测数值的比较见表1.通过对残余变形实测值与预测值对比发现,其误差范围在工程要求的范围内.最后,将该模块加入朱广轶“静态+动态”分析的软件系统,使ZMS开采沉陷预测软件升级为ZMS8.0.实践证明,ZMS8.0软件能够准确地预测老采空区活化后的地表残余移动变形.(1) 基于朱广轶地表残余移动变形第1、2阶段影响函数,利用VB对已构造的影响函数进行编程,应用各矿区已有岩移参数,可以输出全部残余移动变形可视化曲线,可推广性很强.(2) 预测结果表明,各影响函数及其软件可以很好地预测地表残余移动变形.这对完善现行规程、研究地表残余移动变形、开发开采沉陷区具有重要的理论意义和实用价值,已在国内十余个大型矿区、高校推广.(3) 预测表明,第1阶段的残余移动变形数值很小,可以忽略.[6] 朱广轶,沈红霞,王立国. 地表动态移动变形预测函数研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2011,30(9):1889-1895.。

基于数值模拟的充填开采地表下沉系数分析苏仲杰;黄厚旭;赵松;胡亚净【摘要】充填开采是解放“三下”压煤的重要手段.为了研究充填体强度对充填开采时下沉系数的影响,本文以本溪彩屯矿的充填开采实践为基础,结合工程实际建立了FLAC3D数值模型并对充填开采地表下沉系数进行了模拟分析,得到了不同强度充填时对应的地表下沉特征和充填开采时充填体强度与地表下沉系数之间的一般关系.通过改变充填体弹性模量得到了相应的等效采厚比和地表下沉系数,通过多项式拟合建立了等效采厚比和地表下沉系数两者之间的函数关系,并给出了相关参数的参考值,为预测充填开采的地表下沉系数提供了依据.【期刊名称】《中国地质灾害与防治学报》【年(卷),期】2014(025)002【总页数】5页(P98-102)【关键词】充填开采;等效采厚比;地表下沉系数;FLAC3D;多项式拟合【作者】苏仲杰;黄厚旭;赵松;胡亚净【作者单位】辽宁工程技术大学土木与交通学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学土木与交通学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学土木与交通学院,辽宁阜新123000;河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院,河南洛阳471023【正文语种】中文【中图分类】TD80 引言截止1996年我国“三下“压煤量高达137.9×108t［1-2］，随着村镇规模的扩大和新矿井的建设，目前压煤量远高于这一数字。

面对我国紧张的能源局势解放“三下”压煤迫在眉睫。

传统的开采方法易造成严重地表破坏［3］。

充填开采是使煤炭行业转入绿色发展道路的重要途径，但目前对充填开采地表下沉系数的研究较少。

传统的矸石和水砂充填使用较多，人们在工程实践中积累了一定的经验，而高水膨胀材料充填是近年来才开始使用的一种新充填技术，其减沉效果目前在理论方面缺少研究。

本文基于彩屯矿的充填开采实践，通过FLAC3D数值模拟对高水充填开采地表下沉系数进行了一定的研究。

1 模型参数的选取及建立1.1 计算基本参数的选取彩屯矿位于辽宁省本溪市。

第24卷 第17期岩石力学与工程学报 V ol.24 No.172005年9月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Sept.，2005收稿日期：2005–02–23；修回日期：2005–04–11基金项目：国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412707)；国家自然科学基金重点项目(50139030)；教育部博士点基金(200200294005)；教育部“跨世纪优秀人才培养计划”基金项目(2003512643)作者简介：顾冲时(1962–)，男，1985年毕业于华东水利学院河川系水利水电工程建筑专业，现为河海大学教授、博士生导师，主要从事水工结构方地质缺陷体变形综合模量时变模型研究顾冲时1，赖道平1，2，吴中如1，郑东健1(1. 河海大学 水利水电工程学院，江苏 南京 210098；2. 阿克伦城大学，俄亥俄州 阿克伦城 44325–3905 美国)摘要：地质体中常存在地质缺陷体，对工程的安全构成威胁；同时大规模的工程建设又会改变自然地质环境，可能引起一些地质缺陷体的恶化，对工程的长期健康运行带来较大的影响。

地质缺陷体的变形综合模量是反映缺陷体变形、强度等力学性质的主要参数，因此，以地质缺陷体的变形综合模量为例，研究了其演变的规律；同时探讨了利用工程变形的实测资料建立地质缺陷体变形综合模量时变模型的原理，基于Elman 回归神经网络，提出了建立地质缺陷体变形综合模量时变模型的具体实现方法；借助于工程实例分析，验证了所提出的建模方法的有效性。

关键词：岩石力学；地质缺陷体；变形综合模量；时变模型；演变；回归神经网络中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)17–3088–06TIME SERIES EVOLUTION MODEL FOR DEFORMATIONMODULUS OF GEOLOGICAL DEFECTGU Chong-shi 1，LAI Dao-ping 1，2，WU Zhong-ru 1，ZHENG Dong-jian 1(1. Colledge of Water Conservancy and Hydropower Engineering ，Hohai University ，Nanjing 210098，China ；2. The University of Akron ，Akron 44325–3905，USA )Abstract ：Geological defects existing extensively in foundations often do harms to the safety of buildings. At the same time ，construction of large-scale structures leads to variation of the natural geological condition. And in some cases ，the geological defects may deteriorate with the construction of structures ，which will bring adverse impacts on the normal operation of the buildings. Deformation modulus of the geological defect is a key parameter that reflects its deformation and strength character ，so deformation modulus of the geological defect is used to study its evolvement rules. The theory ，which is to build time series evolution model for geological defect by use of monitoring data ，is presented. Then based on Elman recurrent neural networks ，the detailed process to build time series evolution model for geological defect is proposed. The application shows that the proposed method is effective. Key words ：rock mechanics ；geological defect ；deformation modulus ；time series model ；evolution ；recurrent neural networks1 引 言地质体尤其是地质缺陷体在水岩化学作用和荷载的长期作用下，其力学参数和渗透性会发生改变， 若力学性质明显恶化或者渗透系数明显增大有可能危及重大工程的安全。

地表动态沉陷变形的三个阶段与规律
黄乐亭
【期刊名称】《矿山测量》
【年(卷),期】2003(000)003
【摘要】文中将地表动态沉陷变形发展变化的全过程划分为下沉发展、充分下沉和下沉衰减三个阶段,分别分析了这三个阶段地表沉陷变形的发展变化规律.
【总页数】3页(P18-20)
【作者】黄乐亭
【作者单位】中国矿业大学北京校区,北京,100083;煤炭科学研究总院唐山分院,河北,唐山,063012
【正文语种】中文
【中图分类】TD327
【相关文献】
1.地表动态沉陷变形的3个阶段与变形速度的研究 [J], 黄乐亭;王金庄
2.三元中能矿2306工作面地表沉陷变形规律研究 [J], 秘鑫
3.大柳塔煤矿地表沉陷移动变形规律研究 [J], 孙祺钰;吕英华;陈明浩;于永宁;陶亚飞;高森
4.地层沉陷作用下地表及管道变形规律研究 [J], 王子;赵新好;丁疆强;张宇;毛建;孙明源;刘鹏
5.地表动态沉陷变形规律与计算方法研究 [J], 黄乐亭;王金庄
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青岛某隧道开挖引起地表沉降分析
纪中兴;袁长丰;黄海滨;王晋超
【期刊名称】《低温建筑技术》
【年(卷),期】2015(037)010
【摘要】结合胶州湾海底隧道青岛接线端工程实际,通过实际监测数据和数值试验反分析,获得岩土体物理力学参数,采用数值模拟方法模拟了该隧道ZK1 +810～ZK2 +110区间实际采用的上下台阶法和原计划采用的下导洞超前全断面法隧道开挖全过程,对比分析了两种施工方法引起地表沉降规律.研究结果表明:两种工艺施工引起地表沉降均经历四个阶段,即超前影响阶段、沉降急剧增长阶段、沉降缓慢增长阶段和沉降趋于稳定阶段;上下台阶法开挖引起地表沉降最大值大于下导洞超前全断面开挖引起的地表沉降最大值;上下台阶法开挖引起地表沉降横向范围一般距隧道中心线两侧约2D,下导洞超前法施工地表沉降横向范围一般约1.5D ～2D;下导洞超前法施工对地表沉降纵向范围比上下台阶法小.该结论为隧道设计、施工提供了技术支持.
【总页数】4页(P94-97)
【作者】纪中兴;袁长丰;黄海滨;王晋超
【作者单位】青岛理工大学青岛理工大学建设工程监理咨询公司,山东青岛266033;青岛理工大学土木工程学院,山东青岛266033;青岛理工大学土木工程学院,山东青岛266033;青岛理工大学土木工程学院,山东青岛266033
【正文语种】中文
【中图分类】TU941
【相关文献】
1.城市隧道开挖引起的建筑物地表沉降分析
2.兰州地铁黄土隧道开挖引起的地表沉降分析
3.兰州地铁黄土隧道开挖引起的地表沉降分析
4.基于应力释放的盾构隧道开挖地表沉降分析
5.矿山浅埋隧道开挖引起的地表沉降分析
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沉陷式边坡变形原因分析--基于PLAXIS有限元程序法杨东洋;许万忠;闫睿京【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2013(32)26【摘要】边坡一般是指由于自然因素或人为因素形成的斜坡，其变形与失稳破坏有时会造成重大的灾害。

沉陷式边坡是指其在变形或破坏过程中，以竖向位移为主的边坡。

本文利用PLAXIS有限元程序对此沉陷式边坡的两个变形阶段进行数值模拟，将模拟结果与实际变形对比，分析了此边坡变形的主要原因为：引水隧道开挖时坍塌形成的空洞区未处理，使空洞区上部岩土体下沉，加之人为因素对边坡的影响；致使地表裂缝的形成并逐步增大；地表水通过裂缝、节理裂隙下渗到引水隧道过程中将土体颗粒带走，致使土体抗剪强度降低、弹性模量减小，从而致使沉陷式边坡的形成。

%Generally, the slope is formed by natural factors and human factors.It can cause significant disaster through the deformation、instability and failure. The settlement type slope which the vertical displacement is given priority in the process of deformation or destruction.This paper uses the PLAXIS finite element program to simulat two stages of this slope deformated. Combinated with the engineering geological conditions, the simulation results and actual deformation slope were compared. Meanwhile it analyzed this slope deformated reason were that the excavation of diversion tunnel collapse when the formation of the hollow area untreated and the influence of human factors.It causes the hollow area the upper rock mass surface crack formed and graduallyincreased.Then surface water through the cracks, joints and fissures infiltration into the soil in the process of water diversion tunnel particles. It caused the soil shear strength and the elastic modulus reduced tant lead the settlement slope.【总页数】3页(P106-108)【作者】杨东洋;许万忠;闫睿京【作者单位】昆明理工大学国土资源工程学院,昆明,650093;昆明理工大学国土资源工程学院,昆明,650093;昆明理工大学建筑工程学院,昆明,650500【正文语种】中文【中图分类】U416.1+4【相关文献】1.应用PLAXIS有限元程序分析平硐围岩稳定性 [J], 张吉波;张领2.基于Plaxis位移贯入法沉桩挤土过程分析 [J], 殷勇;李怀钰;宁道昌3.基于多重网格法的三维有限元程序设计 [J], 黄鹏程;杨月诚;周伟4.应用PLAXIS有限元程序进行渗流作用下的边坡稳定性分析 [J], 唐晓松;郑颖人;邬爱清;林成功5.基于MATLAB和矩阵位移法的平面杆系结构有限元程序设计 [J], 阙仁波因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。