采空区建筑地基基底应力分布与变形规律研究

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煤矿资源对国民经济的发展起着重要的作用,煤矿资源的大量开采导致地面形成了大范围的采空区。随着对煤炭需求量的进一步增加,“三下”采煤(建筑物下,铁路下,水体下)活动逐渐活跃起来,“三下”采煤引起了地表的移动变形,破坏了地表已有建筑物,给人民的生命财产安全带来严重威胁。同时,由于建筑用地不足,一些工业厂房及民用建筑不得不建立在老采空区之上,使得部分老采空区出现了活化,引起了地表移动与变形,影响了新建筑物的正常使用。而如何减轻开采沉陷损害,有效保护地表建筑物的关键是要明确采动下的建筑地基基底应力的分布与变形情况。为此本论文开展采空区建筑地基基底应力方面的研究,以对减轻开采沉陷损害、保护地表建筑物方面提供一定的理论依据。本论文以山东东部某煤矿采空区地质采矿条件为研究背景,并结合相似材料模型试验,运用数值模拟的方法对采空区地基基底应力分布与变形规律进行有限元仿真分析。根据采空区实际地质情况,建立二维平面应变模型,采用“生死单元法”对煤层进行分步开挖,并采用增量有限元法对其进行非线性求解。将模拟的地层应力结果与相似材料模型试验应力结果进行对比,以验证其模拟的正确性与可行性。系统地研究了不同条件下动态开采的地基基底应力变化规律及地表变形情况,并通过分析模拟结果,得出地表变化区与采深、开挖距离的关系式。根据损伤力学理论并采用神经网络算法对地基进行了损伤分析。基于本论文的研究结果,可对采空区建筑的抗变形设计,有效减轻采动损害提供一定的理论指导。
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