高速公路下伏采空区剩余沉降量FLAC_3D_计算方法

第24卷 第19期

岩石力学与工程学报 V ol.24 No.19

2005年10月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct.，2005

收稿日期：2005–02–25；修回日期：2005–05–08

作者简介：王生俊(1971–)，男，2000年于兰州大学地质工程专业获硕士学位，现为博士研究生，主要从事岩土工程和道路桥梁等检测、养护和加固等方面的研究工作。E-mail ：shengjunw@https://www.wendangku.net/doc/0f12818775.html, 。

高速公路下伏采空区剩余沉降量FLAC 3D 计算方法

王生俊1，贾学民2，韩文峰1，

3，崔素敏1

(1. 兰州大学 资源环境学院，甘肃 兰州 730000；

2. 石家庄经济学院 地下工程系，河北 石家庄 050031；

3. 天津城市建设学院 土木工程系，天津 300381)

摘要：采空区剩余沉降量计算是确定采空区危害程度的一种定量方法，其可靠性、准确性和可操作性直接关系到采空区治理方案的选择与评价。根据采空区塌陷冒落带的力学特征，利用横波参数或瑞雷波参数与岩体静力学参数相类比，确定工程岩体参数评价指标。针对采空区冒落带当前特征，使用FLAC 3D 软件对高速公路下伏采空区剩余沉降量进行计算，并与当前几种采空区剩余沉降计算方法相比较，阐述其优越性。采空区治理后的实测数据表明：该计算方法准确可靠，可为高速公路下伏采空区剩余沉降定量计算提供一条新途径。 关键词：公路工程；采空区；剩余沉降；计算方法；FLAC 3D ；岩体参数

中图分类号：U 412.36+6 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)19–3545–06

A FLAC 3D METHOD FOR CALCULATION OF RESIDUAL SUBSIDENCE IN

A MINING AREA BENEATH AN EXPRESSWAY

WANG Sheng-jun 1，JIA Xue-min 2，HAN Wen-feng 1，

3，CUI Su-min 1

(1. College of Earth and Environment Sciences ，Lanzhou University ，Lanzhou 730000，China ；

2. Department of Underground Engineering ，Shijiazhuang University of Economics ，Shijiazhuang 050031，China ；

3. Department of Civil Engineering ，Tianjin Institute of Urban Construction ，Tianjin 300381，China )

Abstract ：The calculation of residual subsidence in mining area is a quantitative method to evaluate hazards rank derived from the mining area. The reliability ，accuracy and operation of the calculation directly affect the choice and assessment of the scheme for reinforcing mining areas. Based on the mechanical characteristics of collapse ，the parameters of traverse wave or Rayleigh against static rock mass are used to determine assessment indices for the parameters of engineering rock mass. Under the current status of collapse of a mining area ，FLAC 3D software is used to calculate and evaluate the residual subsidence of the mining area beneath an expressway ；and the advantage of the method is discussed as compared to other calculation methods of residual subsidence. Through a case study of a reinforced mining area ，the testing data show that the proposed method is accurate and reliable ，and it can provide a new way to evaluate and calculate the residual subsidence in mining area beneath an expressway.

Key words ：highway engineering ；mining area ；residual subsidence ；calculation method ；FLAC 3D ；rock mass parameters

1 引 言

采空区塌陷沉降是危害高速公路建设的重大工

程地质灾害问题，但其勘察、评价、治理难度较大。

采空区的塌陷，除了开采过程中引起的采矿塌陷 外，在采矿沉陷稳定后，由于地下尚存在未充填的空间，在某些特定条件和诱发因素下，地面仍然会

? 3546 ? 岩石力学与工程学报 2005年

产生沉降变形或者突然塌陷。剩余沉降量是自工程建设开始以后地表所产生的沉陷。剩余沉降量包括部分已采采空区对地表影响还没有基本结束的沉降量和残余沉降量2部分[1]。残余沉降量指地表下沉基本结束以后，破碎岩块间微小空间经过漫长时间进一步密实后的地表下沉量。

20世纪70～90年代，在调查和经验的基础上，文[2～6]先后研究了采空塌陷、下伏空洞对公路的危害。文[7]综述了高速公路下伏采空区国内外研究现状及进展。文[8]将与空洞接触的岩土简化为理想的线弹性介质，研究了在弹性极限条件下岩土的沉陷破坏机理。文[9，10]采用相似材料模拟试验，研究了老采空区上方兴建建筑物后，地基的沉降规律。文[11，12]采用数值仿真方法对采空区的开采沉陷进行了数值分析研究。文[13，14]分别对铁山隧道采空区和木架山采空区治理进行了研究。简而言之，采空区的剩余沉降量是采矿作用影响区内岩土体继续变形在地面的表象。显然，正确认识这一力学过程和科学地确定岩土力学评价参数是解决这一问题的关键。

本文根据采空区塌陷冒落带的力学特征，利用横波参数或瑞雷波参数作为工程岩体评价指标，采用FLAC3D软件对高速公路下伏采空区剩余沉降量进行计算和评价，为采空区优化治理提供科学依据。

2 采空区剩余沉降量FLAC3D计算方法

FLAC3D是由美国Itasca Consulting Group，Inc.为岩土工程应用而开发的连续介质显式有限差分计算机软件。该软件主要适用于模拟计算岩土体材料的力学行为及岩土材料达到屈服极限后产生的塑性流动，对大变形情况应用效果更好；可有效地模拟各种开挖工程或施加支护工程等过程。软件自身设计多种结构元素，可直接模拟这些加固体与岩(土)体的相互作用。计算所采用的数学模型是根据弹塑性理论的基本原理(应变定义、运动定律、能量守衡定律、平衡方程及理想材料的连续性方程等)而建立的。本文采用莫尔–库仑弹塑性材料本构模型对郑少高速公路下伏采空区的剩余沉降量进行了计算，并依据计算结果采取相应的治理方案对下伏采空区进行了治理。

2.1模拟方案

选择郑少高速公路SK42+230～SK42+580采空区路段来建立计算模型。计算模型沿路轴线长350 m，宽200 m，高速公路轴线两侧各100 m，采

深为130 m。路宽28 m，边坡坡度1∶1.75。模型中考虑了高速公路路堤填方后的界限以及采空区地形起伏。在剖面上，考虑了各地层的分界线和断层的分界线。计算模型左右边界为单向位移约束边界(=

x

U0，=

y

U0)，底部边界为双向位移约束边界

(=

x

U0，=

y

U0，=

z

U0)，地表为自由边界。

由于采空区冒落带和裂隙带位于地下一定深度，对采空区冒落带与充填胶结体进行现场和室内试验都很困难。因此一般都是用现场横波波速或者面波波速测定来确定模量。在采空区治理研究中，采用弹性波速测井法检测治理工程质量时，要求钻

孔中注浆处理层的平均剪切波(横波)速

sm

V≥160 m/s。但是笔者在研究唐津高速公路(二期)采空区治理时发现，采空区治理前在冒落带中面波波速的最小值是205 m/s，注浆治理之后最小值为245 m/s[15]。横波与面波有很好的相关性，且两者近似相等，说明国内过去对采空区冒落带注浆充填固结后强度评价指标具有一定的局限性。考虑到采空区的长期稳定性，评价指标横波波速值应该适当地提高。通过对焦晋高速公路下伏采空区治理工程面波与孔中波速测井资料的研究，结合以往的资料，文[16]建议

横波波速最小值

sm

V≥200 m/s。根据以上资料分析可知，考虑到采空区剩余沉降的危害和工程治理特点，将采用如下3种模拟方案：(1) 采空区不进行注浆治理(采空区冒落带剪切波达到100 m/s)+筑路；

(2) 采空区注浆治理(采空区冒落带剪切波达到200 m/s)+筑路；(3)采空区注浆治理(采空区冒落带剪切波达到300 m/s)+筑路。通过3种方案的对比计算，确定采空区的治理方案。

2.2物理力学参数的选择

路堤与各岩层的物理力学参数均依据工程岩性室内与现场试验数据，采空区冒落带的物理力学参

数根据波速试验数据(主要为剪切波速

s

V值)，经换算后得：

(1) 弹性模量

)

1(

22sν

ρ+

=V

E(1)

(2) 体积模量

)

2

1(3

)

1(

2

)

2

1(3

2

s

v

V

v

E

K

?

+

=

?

=

ν

ρ

(2)

第24卷 第19期 王生俊等. 高速公路下伏采空区剩余沉降量FLAC 3D 计算方法 ? 3547 ?

(3) 剪切模量

ρ2s )

1(2V v E

G =+=

(3)

式(1)～(3)中：E ，K ，G 分别为弹性模量、体积模量和剪切模量，单位均为kPa ；s V 为剪切波速，单位为m/s ；ρ为密度，单位为kg/m 3

。数值模拟采用的各层岩土介质的参数如表1所示。 2.3 计算结果

通过数值模拟计算，得到采空区及其上覆岩土层的位移场和应力场，结果见图1，2和表2。根据其分布规律可得到以下结论：

(1) 研究区在不进行治理状态下，最大沉降可达400 mm ，公路建成后附加沉降量82 mm ，累计

沉降达482 mm 。治理方案二的最大沉降量为79

mm ，筑路后附加沉降量为62 mm ，累计沉降量为141 mm ，表面变形明显减少。治理方案三的最大沉降为54 mm ，筑路后附加沉降61 mm ，累计沉降

115 mm ，表面变形进一步减少。

(2) 采空区不经治理，其剩余变形和公路建设后的附加变形较大，必须进行注浆治理。治理后采空区冒落带横波速度大于200 m/s ，治理方案二具 有更显著的加固效果，而治理方案三的加固效果不显著，但与方案二的治理效果相比，加固效果增加幅度较小。因此，考虑到工程治理造价，采用方案二比较合理，该治理方案可以达到高速公路路基沉降规范要求。

表1 采空区数值模拟选用参数

Table 1 Mechanical parameters for the numerical simulation of mining area

地层或构筑物 岩性

厚度 /m

密度ρ /(kg ·m －

3) 弹性模量/MPa 泊松比ν体积模量

/MPa

剪切模量

/MPa

粘聚力/MPa

内摩擦角? /(°) 抗拉强度/MPa

备注

①路堤 碎石、填土 12.0 2 000 60 0.33 58.8 22.6 0.05 30 0.001 ②第四系Q 粉质粘土 2.0 1 900 20 0.33 19.6 7.5 0.06 20 0.001 ③二叠系P 1 砂质泥岩、砂岩

69.0

2 600

2 000

0.28 1 500.0 780.0 1.00 40 0.500 ④采空区 冒落带

碎块石、煤屑 8.0 2 000 52

208

468

0.30 21.0

85.0 190.0 10.0 40.0 90.0

0.05 0.10 0.15 30 35 38 0.001 V s = 100 m/s V s = 200 m/s V s = 300 m/s

⑤石炭系C 2+3 泥岩、砂岩互层 38.5 2 650 6 000 0.25 4 000.0 2 400.0 1.00 40 1.000 ⑥寒武系

白云质灰岩

43.0

2 700

25 000

0.22

14 800.0

10 200.0

2.00

50

3.000

图1 方案二位移场分布图(筑路之前，U z )

Fig.1 Displacement results of scheme No.2(before construction ，U z )

? 3548 ? 岩石力学与工程学报 2005年

图2 方案二位移场分布图(筑路之后，U z)

Fig.2 Displacement results of scheme No.2(after construction，U z)

表2 不同模拟方案的计算结果

Table 2 Calculation results of different simulation schemes

筑路之前筑路之后治理方案

地表最大沉降量/mm 最大主应力σ

1

/MPa 表面路堤附加沉降量/mm 最大主应力σ1/MPa 方案一400 3.62(冲沟底部) 82 3.86(冲沟底部)

方案二79 3.55(底部断层) 62 3.73(底部断层)

方案三54 3.54(底部断层) 61 3.72(底部断层)

3 FLAC3D计算方法检验与评价

根据计算结果采取方案二对采空区进行注浆处理，采空区治理前后的波速测试结果见表3，采空区不同部位观测点在治理前后沉降曲线在见图3。由图表中的数据可知：

(1) 采空区治理后测得的横波波速V s为257 m/s，与剩余沉降计算时采用的V s为200 m/s的参数基本相吻合，表明在运用FLAC3D对高速公路下伏采空区剩余沉降量进行计算时，选用的岩体力学参数是正确合理的。

(2) 通过采空区治理前后的横波波速实测值的对比可知，由FLAC3D剩余沉降量计算方法确定的治理方案技术可行，经济合理，对高速公路的下伏采空区进行了有效的处治。

(3) 采空区治理后的剩余沉降观测值最大为135.32 m，与数值模拟计算结果基本吻合，满足高速公路路基沉降的规范要求，表明高速公路下伏采空区剩余沉降量FLAC3D计算方法的准确性和可靠性。

预计分析方法采用开采沉陷学理论对采空区冒落带剩余沉降进行了定量计算[1]，基本思路是采用地表最终下沉量和预计前期已发生的下沉量之间的差值来解决。尽管其目的是为解决采空区塌陷剩余沉降量，但没有摆脱开采沉陷学的范畴。在开采沉陷学中，预计参数是与覆岩类型有关的常量，不同的地区和矿区具有不同的特点。只有在正确地把握各地区和各矿区条件的基础上，才能准确地对沉降量进行预计。确定采空区全期沉降量是依靠加大下

第24卷 第19期 王生俊等. 高速公路下伏采空区剩余沉降量FLAC 3D 计算方法 ? 3549 ?

表3 郑少高速公路下伏采空区冒落带注浆前后波速对比表

Table 3 Comparison of wave velocities before and after pouring in mining area beneath Zhengzhou ?Shaolinsi Expressway

波速/(m ·s －

1)

名称

钻孔号 V s V p

4–74

128 385

4–141 113 350

4–151 140 444

注浆前

平均值 127 393

检查孔1

255 803

检查孔2 263 820

检查孔3 253 783

注浆后

平均值

257 802

注：注浆日期为2002年2月6日

C1—采空区内边缘观测点；PC3—采空区内近边缘观测点；C4—采空区近中心观测点；C2—采空区中心观测点

图3 郑少高速公路下伏采空区沉降观测点累计沉降曲线图

Fig.3 Accumulated subsidence curves of subsidence monitoring points in mining area beneath Zhengzhou ?Shaolinsi Expressway

沉系数来实现，因此，剩余沉降量的计算在很大程度上受到经验因素的影响。

以往的采空区沉降危害程度数值模型计算方法，无论是弹塑性有限元，还是粘弹–粘塑性流变模型计算方法[1

，16]

，研究的是开挖过程中应力场与

岩体变形和破坏沉陷的状态与过程，且均具有开采沉陷的特征。尽管粘弹–粘塑性流变模型可以反映采空区沉降与时空的变化关系，在模型上加上载荷后能够计算冒落带和裂隙带密实后的残余变形，但是准确获得岩体流变参数相当困难，离真正达到实际应用仍有一定的距离。

本文使用FLAC 3D 剩余沉降量计算法所采用的本构方程与以往弹塑性方程没有本质区别，但模拟方案与传统方法却有本质区别。在开采沉陷部分完

成或者全部完成之后，对所形成的冒落带模量赋值，与开采过程无关。采用国内采空区治理工程中已经获得的采空区波速参数，确定采空区冒落带力学指标。计算结果是根据客观条件确定的剩余沉降或残余变形，仅与冒落带和裂隙带的力学性质状态和赋存条件有关，在计算上摆脱了开采沉陷学的影响。

FLAC 3D 剩余沉降量计算法既可以模拟强度降低后非密实冒落带岩体，又可模拟不同深度、静载荷甚至动载荷等因素对采空区剩余沉降的影响。

4 结 论

通过上述分析可知，FLAC 3D 剩余沉降量计算 法通过计算采空区冒落带的剩余沉降量，研究采空

? 3550 ? 岩石力学与工程学报 2005年

区剩余沉降量的时空演化，获得不同空间位置沉降量的变化规律，确定剩余空间可能对公路路基的危害，是研究采空区剩余沉降的一条新途径。采空区冒落带和裂隙带的力学特征的确定是运用该方法解决问题的关键因素。采空区冒落带与裂隙带的复杂性，动模量与静模量的相关关系，仍需要进一步加以研究。除了使用现场动参数测试的采空区冒落带与裂隙带动模量外，还应该研究可行的室内和现场模量测试方法，以提高计算和评价采空区剩余沉降量的精度。

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常用的地基沉降计算方法

6.3 常用的地基沉降计算方法 这里所讲的地基沉降量是指地基最终沉降量，目前常用的计算方法有：弹性 力学法、 分层总和法、应力面积法和考虑应力历史影响的沉降计算法。所谓最终沉降量是地基在荷载作用下沉降完全稳定后的沉降量，要达到这一沉降量的时间取决于地基排水条件。对于砂土，施工结束后就可以完成；对于粘性土，少则几年，多则十几年、几十年乃至更长时间。 6.3.1 计算地基最终沉降量的弹性力学方法 地基最终沉降量的弹性力学计算方法是以Boussinesq 课题的位移解为依据 的。在弹性半空间表面作用着一个竖向集中力P 时，见图6-5，表面位移w (x, y, o )就是地基表面的沉降量s ： E r P s 2 1μπ-?= （6-8） 式中 μ—地基土的泊松比； E —地基土的弹性模量（或变形模量E 0）； r —为地基表面任意点到集中力P 作用点的距离，22y x r +=。 对于局部荷载下的地基沉降，则可利用上式，根据叠加原理求得。如图6-6 所示，设荷载面积A N （ξ，η）点处的分布荷载为p 0（ξ，η），则该点微面积上的分布荷载可为集中力P= p 0（ξ，η）d ξd η代替。于是，地面上与N 点距 离r =22)()(ηξ-+-y x 的M （x, y ）点的沉降s （x, y ），可由式（6-8）积分 求得： ??-+--=A y x d d p E y x s 22002 )()(),(1),(ηξηξηξμ （6-9） 图6-5 集中力作用下地基表面的沉降曲线 图6-6 局部荷载下的地面沉降

从式（6-9）可以看出，如果知道了应力分布就可以求得沉降；反过来，若 沉降已知又可以反算出应力分布。 对均布矩形荷载p0（ξ，η）=p0=常数，其角点C的沉降按上式积分的结果为： 2 1 bp E s c ω μ - = （6-10） 式中cω—角点沉降影响系数，由下式确定： ? ? ? ? ? ? + + + + + =)1 ln( ) 1 1 ln( 12 2 m m m m m cπ ω （6-11） 式中m=l/b。 利用式（6-10），以角点法易求得均布矩形荷载下地基表面任意点的沉降。例如矩形中心点的沉降是图6-6（b）中的虚线划分为四个相同小矩形的角点沉降之和，即 2 21 )2/ ( 1 4bp E p b E s cω μ ω μ- = - = （6-12） 式中cω ω2 =—中心沉降影响系数。 图6-7 局部荷载作用下的地面沉降 （a）绝对柔性基础；（b）绝对刚性基础 以上角点法的计算结果和实践经验都表明，柔性荷载下地面的沉降不仅产生于荷载面围之，而且还影响到荷载面之外，沉降后的地面呈碟形，见图6-7。但一般基础都具有一定的抗弯刚度，因而沉降依基础刚度的大小而趋于均匀。中心荷载作用下的基础沉降可以近似地按绝对柔性基础基底平均沉降计算，即 A dxdy y x s s A / ) , ( ??= （6-13） 式中A—基底面积， s(x, y)—点（x, y）处的基础沉降。 对于均布的矩形荷载，上式积分的结果为：

井下采空区积水量分析7.26

井下采空区积水量分析 7月21日，地表强降雨部分灌入井下，致使井下涌水量急剧增大。从井下各密闭墙出水情况来看，主要积水区域在1203、1202、1201、1401采空区，截止7月26日8点，井下向地面共排出水76487m3。其中中央水泵房排水62717m3，二采区水泵房排水13770m3。 一、基本情况 （一）降雨情况 7月21日02:30分至7:45分，天降中到大雨，经测定，该时段降雨量38.5mm；7:45-10:05分，降雨量28.4mm；10:05 -11:55分，降雨量32mm；11:55-13:12分，降雨量16.5mm；13:12-14:40分，降雨量18mm；14:40-15:55分，降雨量1mm。7月21日总降雨量134.4mm，是历年最大日降雨，山洪泛滥，河水暴涨。 （二）井下排水情况（21－25日） 7月21日： 1、二采区水泵房开泵3.17h共排水776.09m3 2、一采区各密闭墙排水量统计： ①1203回顺闭墙排水量约140m3/h×15h=2100m3 ②1401运顺密闭排水量约60m3/h×15h=900m3 ③1402运顺600m处，1201采空区探放水钻孔排水量约 120m3/h×7h=840m3

④1402工作面涌水量约150m3/h×16h=2400m3 3、矿井主泵房排水量统计约为1568m3 矿井7月21日总排水量约为2344.09m3（776.09m3+1568m3=2344.09m3） 7月22日： 1、二采区水泵房开泵2.17h共排水486.77m3 2、一采区各密闭墙排水量统计： ①1402工作面600m处，1201采空区探放水钻孔排水量约70m3/h×10.75h＝752.5m3（00:00—10:45） ②1402工作面安设两台泵，排水量约为1496m3 ⑴100m3/h×12h×85%＝1020m3 ⑵70m3/h×8h×85%＝476m3 ③1401运顺闭墙排水量60m3/h×24h＝1440m3 ④1203回顺闭墙排水量约140m3/h×24h＝3360m3 ⑤1201回顺闭墙排水量约60m3/h×24h＝1440m3 ⑥1202回顺闭墙排水量约60m3/h×24h＝1440m3 3、一采区水泵房排水量统计约为14965m3 ①矿井主泵房排水量统计约为11033m3 ②三台应急水泵排水量统计约为3932m3（150m3/h× 1.42h×85%＝181m3、100m3/h×14.83h×85%＝1258m3、200m 3/h×14.66h×85%＝2493m3） 矿井7月22日总排水量约为15451.77m3（486.77m3

地基沉降实用计算方法

第三节 地基沉降实用计算方法 一、弹性理论法计算沉降 （一） 基本假设 弹性理论法计算地基沉降是基于布辛奈斯克课题的位移解，因此该法假定地基是均质的、各向同性的、线弹性的半无限体，此外还假定基础整个底面和地基一直保持接触。 布辛奈斯克是研究荷载作用于地表的情形，因此可以近似用来研究荷载作用面埋置深度较浅的情况。当荷载作用位置埋置深度较大时，则应采用明德林课题的位移解进行弹性理论法沉降计算。 （二） 计算公式 建筑物的沉降量，是指地基土压缩变形达固结稳定的最大沉降量，或称地基沉降量。 地基最终沉降量：是指地基土在建筑物荷载作用下，变形完全稳定时基底处的最大竖向位移。 基础沉降按其原因和次序分为：瞬时沉降d S ；主固结沉降c S 和次固结沉降s S 三部分组成。 瞬时沉降：是指加荷后立即发生的沉降，对饱和土地基，土中水尚未排出的条件下，沉降主要由土体测向变形引起；这时土体不发生体积变化。（初始沉降，不排水沉降） 固结沉降：是指超静孔隙水压力逐渐消散，使土体积压缩而引起的渗透固结沉降，也称主固结沉降，它随时间而逐渐增长。（主固结沉降） 次固结沉降：是指超静孔隙水压力基本消散后，主要由土粒表面结合水膜发生蠕变等引起的，它将随时间极其缓慢地沉降。（徐变沉降） 因此：建筑物基础的总沉降量应为上述三部分之和，即 s c s s s s s ++= 计算地基最终沉降量的目的：（1）在于确定建筑物最大沉降量；（2）沉降差；（3）倾斜以及局部倾斜；（4）判断是否超过容许值，以便为建筑物设计值采取相应的措施提供依据，保证建筑物的安全。 1、 点荷载作用下地表沉降

Er Q y x E Q s πνπν)1() 1(22 22-+-= = 2、 绝对柔性基础沉降 ?? ----=A y x d d p E y x s 2 202 )()(),(1),(ηξηξηξπν 0) 1(2bp s c E c ων-= 3、 绝对刚性基础沉降 （1） 中心荷载作用下，地基各点的沉降相等。 圆形基础：0)1(2dp s c E c ων-= 矩形基础：0)1(2bp s r E c ων-= （2） 偏心荷载作用下，基础要产生沉降和倾斜。 二、分层总和法计算最终沉降 分层总和法都是以无側向变形条件下的压缩量公式为基础，它们的基本假设是： 1．土的压缩完全是由于孔隙体积减少导致骨架变形的结果，而土粒本身的压缩可不计； 2．土体仅产生竖向压缩，而无测向变形； 3．在土层高度范围内，压力是均匀分布的。 目前在工程中广泛采用的方法是以无测向变形条件下的压缩量计算基础的分层总和法。具体分为e-p 曲线和e －lgp 曲线为已知条件的总和法。 1．以e~p 曲线为已知条件的分层总和法 计算步骤： （1）选择沉降计算剖面，在每一个剖面上选择若干计算点。 1）根据建筑物基础的尺寸，判断在计算其底压力和地基中附加应力时是属于空间问题还是采用平面问题； 2）再按作用在基础上的荷载的性质（中心、偏心或倾斜等情况）求出基底压力的大小和分布； 3）然后结合地基中土层性状，选择沉降计算点的位置。 （2）将地基分层：在分层时天然土层的交界面和地下水位应为分层面，同时在同一类土层中分层的厚度不宜过大。分层厚度h 小于0.4b ；或h=2~4m 。

常用的地基沉降计算方法

6.3 常用的地基沉降计算方法 这里所讲的地基沉降量是指地基最终沉降量， 目前常用的计算方法有：弹性力学法、分层总和法、应力面积法和考虑应力历史影响的沉降计算法。所谓最终沉降量是地基在荷载作用下沉降完全稳定后的沉降量，要达到这一沉降量的时间取决于地基排水条件。对于砂土，施工结束后就可以完成；对于粘性土，少则几年，多则十几年、几十年乃至更长时间。 6.3.1 计算地基最终沉降量的弹性力学方法 地基最终沉降量的弹性力学计算方法是以Boussinesq课题的位移解为依据的。在弹性半空间表面作用着一个竖向集中力P时，见图6-5，表面位移w(x, y, o)就是地基表面的沉降量s： E r P s 2 1μ π - ? = （6-8） 式中μ—地基土的泊松比； E—地基土的弹性模量（或变形模量E ）； r—为地基表面任意点到集中力P作用点的距离，2 2y x r+ =。 对于局部荷载下的地基沉降，则可利用上式，根据叠加原理求得。如图6-6所示，设荷载面积A内N（ξ，η）点处的分布荷载为p0（ξ，η），则该点微面积上的分布荷载可为集中力P= p0（ξ，η）dξdη代替。于是，地面上与N点距离r =2 2) ( ) (η ξ- + -y x的M（x, y）点的沉降s（x, y），可由式（6-8）积分求得： ?? - + - - = A y x d d p E y x s 2 2 2 ) ( ) ( ) , ( 1 ) , ( η ξ η ξ η ξ μ （6-9） 从式（6-9）可以看出，如果知道了应力分布就可以求得沉降；反过来，若 沉降已知又可以反算出应力分布。 对均布矩形荷载p0（ξ，η）= p0=常数，其角点C的沉降按上式积分的结果为： 图6-5 集中力作用下地基表面的沉降曲线图6-6 局部荷载下的地面沉降 （a）任意荷载面；（b）矩形荷载面

采空区积水报告

山西襄矿新庄煤业有限公司 年度采掘区域采空区 积水调查报告 二○一三年

年度采掘区域采空区积水调查报告 山西襄矿新庄煤业有限公司是山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室文件批复的整合保留矿井，由水碾沟煤矿、崇梁煤矿（2009年12月政策性关闭）、西营煤矿（2009年12月政策性关闭）组成。 按要求2011年3月25日晋煤办基发【2011】488号：关于山西襄矿新庄煤业有限公司矿井兼并重组整合项目初步设计的批复；2011年12月30日晋煤办基发【2011】1759号：关于山西襄矿新庄煤业有限公司兼并重组整合矿井开工建设的批复；2013年5月21日晋煤基局发【2013】114号关于山西襄矿新庄煤业有限公司兼并重组整合项目延长建设工期的批复。目前，矿井处于停工状态，井下通风、排水正常。 一、兼并重组前各矿开采情况 1、水碾沟煤矿 水碾沟煤矿始建于1966年，1968年投产，是下良镇镇办集体煤矿，原批采3号煤层，年生产能力为5万t/a，开采深度20-50m，房柱式采煤，爆破落煤，一次采全高，木柱支护，经多年开采，3号煤层已枯竭，2002年6月停采闭坑。 2003年7月经长治市煤炭工业管理局批准(长煤局生字[2003]14号文)2003年2月，该矿在井田东南新建一主井，并构造生产15-3号煤层采掘生产系统，兼并重组前正进行机械化升级改造建设。 2、崇梁煤矿 崇梁煤矿为襄垣县下良镇梁庄村村办煤矿，该矿于 1984年建井，

1986年投产，开采15-3号煤层，开采生产21年多，（于2009年12月政策性关闭）。 3、西营煤矿 西营煤矿为襄垣县西营镇西营村办集体企业，该矿于1984年建成投产，开采3号煤层，生产近23年。（于2009年12月政策性关闭） 4、老窑港煤矿 老窑港煤矿：为襄垣县二轻局下属集体煤矿，开采3号煤层，井田面积1.553km2。开采3号煤层，生产能力为9万t/a。该矿于1980年建成投产，到2009年开采近30年。（于2009年12月政策性关闭） 二、采空区积水对矿井充水的影响 兼并重组整合前井田内的西营煤矿、老窑港煤矿、原水碾沟煤矿3号煤层已采空，水碾沟煤矿、崇梁煤矿分别开采15-3号煤层（2009年12月政策性关闭）。 根据地质报告，3#煤层采空区有积水。其各矿井的3号、15-3号煤层采空区内存在一定量的积水（详见各煤层采空区积水量统计表）。 3煤层：井田西南部原水碾沟煤矿有一处采空区积水，面积约45839m2，积水量约8581m3；井田中部原老窑港煤矿有2处采空积水，分别面积约47008m2、18311m2，积水量分别为8800m3，3428m3。井田北部原西营煤矿有2处采空积水，面积分别约39127m2、33752m2，积水量约7324m3、6318m3。井田内3号煤层共有积水面积184037m2，共有积水量34451m3。

地基沉降量计算

在今年史佩栋教授赠寄给我的，他主编的《浙江隧道与地下工程》刊物上，我看到一篇高大钊先生谈差异沉降的文章，觉得非常好。里面的内容很实用，对我们正确认识和理解差异沉降问题有很高的指导性，故将其推荐给大家。但采用照片或扫描版，不便于大家阅读和下载，而我的工作又很忙，没有时间，只好请一位技术人员将其打成word文档，发在下面。需要说明的是，由于同样原因，我没时间对打成的文章做仔细的校核，如有个别错漏，还请大家谅解。 同时在此向史佩栋教授、高大钊先生和《浙江隧道与地下工程》杂志社表示诚挚的感谢！ 土力学若干问题的讨论 （网络讨论笔记整理）之四怎样计算差异沉降？ ——沉降计算中的是是非非 本刊特邀顾问同济大学教授 全国注册土木工程师（岩土）高大钊 执业之格考试专家组副组长 进20年来，地基基础设计的变形控制问题日益引起人们的重视。最近5年来，由于地基基础设计规范所规定的必须计算沉降的建筑物范围扩大了，除了丙级建筑物中的一小部分之外，几乎所有的建筑物都要求计算建筑物地基的变形，沉降计算就成为普遍关注的问题。特别在岩土工程勘察阶段，提出了对建筑物的沉降和不均匀沉降进行评价的要求，再加上审图要求在勘察阶段计算和不均匀沉降，沉降计算的一些是是非非就浮出水面，在网络讨论中也成为一个十分活跃的课题。这些问题反应了对土力学中的一些基本概念的漠视，也反映了工程勘察中的一些最基本方法的失落，看来是人们在关注更高的精度，而实际上却在总体上失去了对建筑物沉降的总体控制。 1、在我工作地区，对于多层建筑（层数低于6层），由于相连建筑物的层数差而出现过墙体裂缝的现象，因此当地审图中心要求在正常沉积土的区域，对有层数错的建筑应进行变行验算。 我想问的问题是：在假定地基土为正常沉积土，其层位、特征指标等的变化均不是很大的情况下，差异沉降最大的两个点应该是两建筑物的接触部位点角点及较低建筑物的另一边的角点，也就是说，应该验算这两个点之间的差异沉降而按规范要求，则应该验算基宽方向两个角点下的差异沉降（或者倾斜）。考虑计算沉降量最大的两个点，则应验算相连两建筑物接触部位的两个角点县的差异沉降（或者倾斜），而按上述条件，这两个点之间的差异沉降应该不大，那么这种验算还有什么意义呢？ 不知道我的理解偏差在那里望给予指教！ 答复：你对这种情况的沉降计算和差异沉降的计算，在理解上存在一定的偏差，主要表现为下列两个问题。 1）对于如土所示的有层数的建筑物，根据规范的规定，应当计算存在高差处的角点b和与其相距1～2个开间处点d之间的沉降差，用以计算b～d之间的局部倾斜。而不是如你所说的计算存在高差处的角点b与高度较低的建筑物的另一端点c之间的沉降差。 2）第2个理解偏差是从你说的“应验算相连两建筑物接触部位的两个角点（a～b）下的差异沉降（或者倾斜）”这句话中看出的。为什么只能计算宽度方向两个点的差异沉降呢？规范从来没有规定只能计算建筑物横向两个角点的沉降差，而不能计算纵向两个角点的沉降差，横向和纵向的倾斜都可能进行计算。

相邻矿井及采空区积水情况的调查报告

山西中阳沈家峁煤业有限公司 相邻矿井及采空区积水情况调查报告 一、概况: 山西中阳沈家峁煤业有限公司隶属于山西中阳钢铁有限公司，根据山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室文件晋煤重组办发[200９]４5号《关于吕梁市中阳县、兴县煤矿企业兼并重组整合方案（部分）得批复》，山西中阳沈家峁煤业有限公司由原山西祥荣煤业有限公司煤矿、原山西一恒煤业有限公司煤矿、原山西钢原煤业有限公司煤矿兼并重组整合而成。生产规模90万t/a，批准开采4号-１０号煤层,井田面积、６95ｋm２，开采深度：由１22０m至8３０ｍ标高。我矿奥灰水位标高为+803ｍ－＋８0９m,不受奥灰水威胁。排水系统为:水泵房安装有D155—3０×10型排水泵3台,主排水泵1台工作,1台备用,1台检修，电机为YB２-4501-４型电动机，可满足矿井生产需要。调查时井下排水一直在进行,该矿生产能力为９0万t/a,现矿井井下正常涌水量６-8m3/h,雨季最大为１０ｍ3/h。 二、井田周边生产矿井建设现状: 井田北邻山西桃园腾阳容大煤业有限公司及山西中阳张子山煤业有限公司,南邻山西中阳联盛苏村煤业有限公司，西邻离柳朱家店煤矿，东部无矿。见井田四邻关系示意图(图1-1),现将现将井田周边生产情况分述如下：

(一)、山西中阳张子山煤业有限公司 1、简要概况: 由原山西晶鑫盛煤业有限公司煤矿、原山西易航煤业有限公司煤矿、原山西大土河永华煤业有限公司煤矿、原山西中阳昶昊煤业有限公司煤矿整合而成,兼并重组整合主体为地方骨干企业山西中阳钢铁有限公司。 与本矿井相接壤得就是整合得四个矿井中得山西中阳昶昊煤业

有限公司。即原中阳县古家岭煤矿南侧生产坑口，始建于19９7年,200１年1１月投产，设计生产能力６万吨／年,经多年建设与采煤方法改革,2０07年核定生产能力为１5万吨/年。现有山西省国土资源厅于20０7年3月颁发得第14号采矿许可证,有效期自200７年3月至2０11年3月。批准开采井田内4、10号煤层，井田面积为1、6302ｋｍ2,证载生产能力1５万吨/年，批准开采标高为980m-79０m。2００8年经机械化升级改造后能力达30万吨/年，股份制经济。 矿井核定生产能力３0万吨/年,4号煤层已基本采空,现开采4号煤层,进入大巷煤柱回收阶段。矿井正常涌水量为96m3／d，最大涌水量为14４m3/ｄ,主排水泵3台,型号为D25－３0×９配用电机３７KW。无越层越界开采。 ２、该矿采空区积水情况: 经本次调查,该矿井4号煤层已基本采空,1０号煤层局部采空,现在进行6、10号煤层基建工程,无越层越界开采现象,井田内4号煤层存在积水区８处,积水量约８３56１0ｍ３，其４号煤层采空区积水位于井田南部,对本我矿开采北部6、10号煤层有一定影响，须引起足够重视。 (二)、山西桃园腾阳容大煤业有限公司 该公司由山西永平煤业有限公司、山西桃园腾阳煤业有限公司、山西峰达煤业有限公司整合而成。井田面积６、33７5ｋm2,储量516０、1万吨,批采４号、6号、10号煤层,生产能力90万吨/年。 矿井正常涌水量为70m３/ｄ,最大涌水量为130m3/d，与雨季有关。无越层越界开采。山西中阳腾阳桃园容大煤业有限公司现处于基

基础沉降计算6页word

基础沉降算例 基础资料和地质资料如上图。 计算依据规范为《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63——2007（以下简称规范）。 TB100002.5—2005 h p p γ-=0 《规范》4.3.4 （3.2.2） =157-17*1.87=125.21kPa 第一层土：13 .29613.980 10=-==z z 第二层土：13 .79113.9813 .221=-==z z 第三层土：13 .128613.9813 .732=-==z z 第四层土：13 .158313.9813 .1243=-==z z 第五层土：13.207813.9813 .1514=-==z z 以上n α根据b l /及b z /可查询《规范》附录M 桥涵基底附加系数α、平均附加系数α，（附录B ）也可按本算例提供的Excel 表查询。 按《规范》4.3.7估算n z 54.8)5.4ln 4.05.2(5.4=-?=m 所以计算时取至基底下第三层土。 按《规范》4.3.4 （3.2.2） =125.21*[(2.13*0.938-0*1)/10+(7.13*0.600-2.13*0.938)/12+(12.13*0.412

-7.13*0.600)/28] =52.02（mm） 查《规范》表4.3.6 Δz值（表3.2.2—1） Δz=0.8m 故以上取基底以下三层计算满足规范要求。 根据《规范》表4.3.5注2 （表3.2.2—2） =12.03MPa 0.75[fa0]=0.75*170=127.5>125.21=p 查《规范》表4.3.5 （表3.2.2—2） 根据《规范》4.3.4 （3.2.2） 所以基础最终总沉降量为26.58mm。 基础沉降计算应注意的问题 1.土的压缩性指标有压缩模量Es、变形模量E 和弹性模量E，我们在使用沉降计算公式时采用的是压缩模量Es，请不要混淆。 ⑴土的压缩模量Es是土样在室内有侧限条件（即不允许产生侧向变 形）试验中竖向压应力σ s 与相应的竖向应变λ s 之比值，即 s s s E λ σ = ⑵土的变形模量E 是土在室外荷载板试验中无侧限条件（即允许产生侧向变形）下，P—s曲线上竖向压力P与竖向沉降s呈线性关系或接近线性关系区段内，竖向压力应力与相应应变之比值，又称总变形模量。 Es与E 有如下关系：

地基沉降量计算

地基沉降量计算 地基变形在其表面形成的垂直变形量称为建筑物的沉降量。 在外荷载作用下地基土层被压缩达到稳定时基础底面的沉降量称为地基最终沉降量。 一、分层总和法计算地基最终沉降量 计算地基的最终沉降量，目前最常用的就是分层总和法。 （一）基本原理 该方法只考虑地基的垂向变形，没有考虑侧向变形，地基的变形同室内侧限压缩试验中的情况基本一致，属一维压缩问题。地基的最终沉降量可用室内压缩试验确定的参数（e i、E s、a）进行计算，有： 变换后得： 或 式中：S--地基最终沉降量（mm）； e --地基受荷前（自重应力作用下）的孔隙比； 1 e --地基受荷（自重与附加应力作用下）沉降稳定后的孔隙比； 2 H--土层的厚度。 计算沉降量时，在地基可能受荷变形的压缩层范围内，根据土的特性、应力状态以及地下水位进行分层。然后按式（4-9）或（4-10）计算各分层的沉降量S 。最后将各分层的沉降量总和起来即为地基的最终沉降量： i

（二）计算步骤 1）划分土层 如图4-7所示，各天然土层界面和地下水位必须作为分层界面；各分层厚度必须满足H i≤0.4B（B为基底宽度）。 2）计算基底附加压力p0 3）计算各分层界面的自重应力σsz和附加应力σz；并绘制应力分布曲线。 4）确定压缩层厚度 满足σz=0.2σsz的深度点可作为压缩层的下限； 对于软土则应满足σz=0.1σsz； 对一般建筑物可按下式计算z n=B(2.5-0.4ln B)。 5）计算各分层加载前后的平均垂直应力 p =σsz； p2=σsz+σz 1 6）按各分层的p1和p2在e-p曲线上查取相应的孔隙比或确定a、E s等其它压缩性指标 7）根据不同的压缩性指标，选用公式（4-9）、（4-10）计算各分层的沉降量 S i 8）按公式（4-11）计算总沉降量S。

采空区积水积气调查报告编写提纲

采空区积水积气调查报告编写提纲 1概况 1.1矿井基本情况 简述矿井的位置、交通、范围、自然地理、四邻关系、煤层、水文地质简况、排水系统、简要概况（如建井时间，矿井储量，设计生产能力，年产量等）。 1.2矿井以往开采情况 叙述煤矿兼并重组整合前各矿开采情况，包括已采煤层、范围、采煤方法等。 1.3矿井生产现状 简述矿井开拓方式，开采水平，主采煤层，现采煤层、现采采区。 1.4以往地质勘查简述 简述历次水文地质勘查工作的时间、勘查单位、主要工作量，成果；对采空积水的专门物探要说明物探异常区的范围及其可靠程度以及生产过程中钻探及开采的验证情况。 2本次采空积水专项普查情况 详细说明本次勘查设计及施工情况。按照工作任务要求，确定本次普查的主要内容、采用的方法及手段、完成的工作量。 具体列出调查时间、调查及被调查人姓名、职务、调查成果。。 3采空积水及相关因素评价分析 3.1采空积水评价分析 叙述矿井兼并重组前开采形成的采空区情况、矿井兼并重组后开采形成的采空区情况和周边矿井老空、采空区积水情况，均应说明采空区分布、形成时间、范围、积水状况等，积水量大于5000m3的积水区实际工程验证情况。 3.2废弃老窑（井筒）和封闭不良钻孔评价分析 应列表说明废弃老窑（井筒）位置、闭坑时间、开采煤层、范围，是否开采煤柱和充填情况等资料。 井田内及周边施工的所有钻孔都要标注在图上，分析每个钻孔封孔的质量。 井筒和钻孔是否受采动影响，尤其是靠近沟谷附近的。 3.3断层、裂隙带等构造和陷落柱对采空积水的影响 查明是否存在沟通采空积水区、地表水体、含水层的断层、裂隙带等构造和陷落柱等。3.4计算导水裂缝带与上覆采空积水及地表水的关系。圈定危险区。

煤矿采空区积水疏放措施(正式)

编订：__________________ 单位：__________________ 时间：__________________ 煤矿采空区积水疏放措施 (正式) Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑

文件编号：KG-AO-9868-12 煤矿采空区积水疏放措施(正式) 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体、周密的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 mm、厚壁4.5 mm的地质钢管（最上一节焊接相应法兰盘）备足三孔使用，Φ108 mm闸阀（耐压力＞2.5MPa）3个。 （3）循环系统 用防尘管路通过钻机立轴直接冲洗钻孔，利用矿井下供排水系统，保证岩粉排出。 2、施工组织 施工人员10人，其中项目负责一人，负责全方位生产和与矿方联系和交流。甲方配备项目负责一人，负责施工工程质量验收、协调下料、井下运输、供电、供水、通风。施工作业按“三八”制三班生产，随时检修及处理施工现场的文明生产，搞好文明施工。 3、施工设计 （1）钻机窝施工

钻机窝利用现有巷道，支护完好，无空顶、无悬矸、无离合顶，施工点里外各5m范围内无杂物，底板平整，无浮矸。要求钻机窝高度不低于3.5m。 （2）钻孔结构 Φ159mm孔径12m，下入Φ127 mm孔口管5m，Φ89mm孔径至终孔。 （3）孔口管固管 将套管下入孔内规定的深度，将配制好的水泥浆（水泥用425#，水泥：水=2∶1）通过注浆泵注入孔内，凝固48小时后扫孔至孔底，用泥浆泵向孔内压水，做耐压实验，待压力达到2MPa时，调整泵量，保持压力5 min，若孔口管无松动、管外无返水，则孔口管固管成功。 4、施工工艺 （1）钻孔测放 由矿技术人员按设计测放钻孔方位及仰角，施工方严格按矿技术员测放钻孔参数施工。 （2）用Φ108mm钻头钻进5m，用Φ159mm钻头扩

矿井采空区防治水方案及安全技术措施

矿井采空区防治水方案及安全技术措施 为进一步加强煤矿防治水工作，有效防止水害事故发生，结合我矿实际，特制定本矿井采空区防治水方案及安全技术措施。 一、矿井概况 海湾煤矿位于陕北侏罗纪煤田神北矿区海湾井田内。井田内除海湾煤矿外，还有内蒙古伊泰集团有限公司神木二道峁煤矿（已关闭）、神木县孙家岔镇阳崖煤矿、神木县孙家岔后塔煤矿（已关闭）、神木县孙家岔镇大湾煤矿、神府经济开发区王才伙盘煤矿等国有、地方小煤矿（见矿权设置示意图）

二、矿井及周边老窑水分布状况 海湾煤矿2012年6月前，主要开采5-2煤层，2012年6月后计划开采4-2煤层，目前处于4-2煤层的开采阶段。但是井田范围内及其周边生产小矿12个，主要开采的煤层以2-2煤层、3-1煤层、4-2煤层、5-2煤层（表1-1、图1-2），经长期的开采已经形成大面积的老空区。3-1煤层、4-2煤层、5-2煤层采空区基本上已经大面积积水，积水深度一般在0.4～0.7m左右。 表1-1 海湾井田及其周边小矿开采煤层统计表 5-2煤层采（老）空区，井田范围内自身开采的采空区主要位于井田南部，周边小矿开采的范围主要位于井田东南部以外的三道峁、燕家塔和神广煤矿井田范围内，总积水面积2647244.40m2，总积水量178846.88～312982.04m3（表1-2、图1-3）。 表1-2 海湾井田及其周边小矿5-2煤层采（老）空区积水统计表

三道峁煤矿427440.49 0.40 0.70 170976.20 299208.34 燕家塔煤矿447117.21 0.40 0.70 159711.07 279494.37 神广煤矿233574.06 0.40 0.70 93429.62 163501.84 海湾一井1539112.64 0.40 0.70 615645.06 1077378.85 总计2647244.40 0.40 0.70 178846.88 312982.04 图1-3 海湾井田及其周边小矿5-2煤层采（老）空区积水范围示意图4-2煤层老空区积水主要位于哈特兔、大湾和后塔煤矿井田范围内，总积水面积1395421.38m2，总积水量558168.55～976794.97m3（表1-4、图1-4）。 表1-4 海湾井田内4-2煤层采空区积水统计表 井田名称积水面积（m2）积水深度（m）积水量（m3）

常用的地基沉降计算方法汇总

常用的地基沉降计算方法汇总

6.3 常用的地基沉降计算方法 这里所讲的地基沉降量是指地基最终沉降量，目前常用的计算方法有：弹性力学法、分层总和法、应力面积法和考虑应力历史影响的沉降计算法。所谓最终沉降量是地基在荷载作用下沉降完全稳定后的沉降量，要达到这一沉降量的时间取决于地基排水条件。对于砂土，施工结束后就可以完成；对于粘性土，少则几年，多则十几年、几十年乃至更长时间。 6.3.1 计算地基最终沉降量的弹性力学方法 地基最终沉降量的弹性力学计算方法是以Boussinesq 课题的位移解为依据的。在弹性半空间表面作用着一个竖向集中力P 时，见图6-5，表面位移w (x, y, o )就是地基表面的沉降量s ： E r P s 2 1μπ-? = （6-8） 式中 μ—地基土的泊松比； E —地基土的弹性模量（或变形模量E 0）； r —为地基表面任意点到集中力 P 作用点的距离，2 2y x r +=。 对于局部荷载下的地基沉降，则可利用上式，根据叠加原理求得。如图6-6所示，设荷载面积A 内N （ξ，η）点处的分布荷载为p 0（ξ，η），则该点微面积上的分布荷载可为集中力P= p 0（ξ，η）d ξd η代替。于是，地面上与N 点 距离r =2 2)()(ηξ-+-y x 的M （x, y ）点的沉降s （x, y ），可由式（6-8）积 分求得： ?? -+--= A y x d d p E y x s 2200 2 )()(),(1),(ηξη ξηξμ （6-9） 图6-5 集中力作用下地基表面的沉降曲线 图6-6 局部荷载下的地面沉降 （a ）任意荷载面；（b ） 矩形荷载面

不同条件下采空区积水情况分析

采空区积水不规则分布对探放水工作的影响浅析 刘彦军张福雨 （龙煤鹤岗矿业公司兴山煤矿） 摘要：兴山煤矿近几年通过在探放水工作中的实际情况，发现采空区的积水不全是积存于原工作面最低点。因为采空区顶板垮落，沉陷造成部分地点堵塞，水流不畅，不能自然流至最低点，在堵塞区域形成积水，这在某种程度上改变了探放水工作的传统观念。 关键词：防治水积水区分布针对性方案 1前言 兴山矿作为一个开采近百年的老矿井，井田范围内废弃井筒、巷道不计其数，露头的隔水煤柱已开采完毕，随开采延伸，区内采空区增多并形成积水区，并通过裂隙与地面导通。兴山矿防治水工作的重点也是老空区积水的探放，但是在工作中我们逐渐发现，探放水钻孔的涌水量并不像我们预计的那样，施工至最低点的涌水量大，其他钻孔涌水量小。而最近一次探放水施工的过程让我们证实了一些猜想：采空区的积水不一定全部积存于原工作面的最低点。 2采空区积水区域分析 2.1工作面最低点处积水 大多数的采空区积水均积存于原工作面的最低点，这是大家普遍认可的，是由水的流动性决定的。尤其是单斜工作面的采空区积水基本上全部积存于工作面的最低点。这是因为单斜工作面顶板垮落较规范，而单斜工作面一般采取俯采的方法，顶板随工作面推进逐步垮落，直至停采线附近。这样的垮落方式不会在工作面的其他部位形成堵塞，造成水流不畅，回采完毕后，水流自然流淌至最低点，如果没有

出口则形成积水区。这类积水区相对较好处理，目标明确，只要钻孔施工至最低点就可解除水患。如中左27层施工时，在材料道对上覆22层采空区进行探放，上覆22层工作面总体上看是一个单斜工作面，最低点位置、标高清楚，前期已在机道施工了一阶段探放水钻孔，基本查清了采空区积水位置，所以最终方案只需向最低标高处施工探放水钻孔即可达到放水目的，解除水患。 中左27层对上覆22层采空区积水探放示意图 2.2工作面低洼处积水 受地质构造影响，工作面并不一定是单斜构造，比如受褶曲构造影响，在工作面内形成低洼点；受断裂构造影响在工作面内形成低洼点。这些低洼点一般分布不规则，一般不在停采线附近，水流积存形成积水区，这类积水区也是我矿最常见的一种，也是我矿探放水工作的重点和难点。这类积水区的探放需要挑选适合的地点，并且要求施工钻孔较高的精准度。因为这类积水区很多均处于工作面内部，施工的探放水钻孔距离较长，增加了钻孔的施工难度。如北部区前组30层回采工作面上方两带高度内存在27层、18层采空区，根据资料分

采空区及积水范围探测方法的研究现状及趋势

采空区及积水范围探测方法的研究现状及趋势 一、采空区及积水范围探测方法的研究现状 采空区及其积水情况的探测，目前国内外主要是以采矿情况调查、工程钻探、地球物理勘探为主，辅以变形观测、水文试验等。其中，美国等西方发达国家以物探方法为主，而我国目前以钻探为主，物探为辅。在美国，采空区等地下空洞探测技术全面，电法、电磁法、微重力法、地震法等都有很高的水平。其中，高密度电阻率法、高分辨率地震勘探技术尤为突出，且近年来在地震CT技术方面也发展迅速。日本的工程物探技术在国外同行业中处于领先地位，应用最广泛的是地震波法，此外，电法、电磁法及地球物理测井等方法也应用得比较多，特别是日本VIC公司80年代开发研制的“GR-810”型佐藤式全自动地下勘察机，在采空区、岩溶等空洞探测中效果良好，且后续推出的一系列产品都处于国际领先水平。欧洲等国家工程物探技术也较全面，在采空区的探测上，俄罗斯多采用电法、瞬变电磁法、地震反射波法、井间电磁波透射、射气测量技术等，英、法等国家以地质雷达方法应用较好，微重力法、浅层地震法也有使用。 国内近年来在利用地球物理勘探技术查明地下采空区及其积水情况方面作了大量的工作，采空区及其积水情况的探测成了工程地球物理的热点和难点问题，引起了地球物理学者的广泛关注，投入了各种各样的方法和技术，在各种物探方法中,根据其所研究地球物理场的不同,通常可分为以下几大类: ①以地下介质密度差异为基础,研究重力场变化的方法称为重力勘探；②以介质磁性差异为基础,研究地磁场变化规律的方法称为磁法勘探；③以介质电性差异为基础,研究天然或人工电场(或电磁场)的变化规律的方法称为电法勘探(或电磁法勘探)；④以介质弹性差异为基础,研究波场变化规律的方法称为地震勘探；⑤以介质放射性差异为基础,研究辐射场变化特征的方法称为放射性勘探； ⑥以地下热能分布和介质导热性为基础,研究地温场变化的方法称为地热测量等。 1、重力勘探方法 重力勘探方法是利用地下地质体质量亏损或盈余,在地表观测他们引起的重力异常，从而确定地下地质体的分布、大小、边界等。采空区因开采形成质量亏

Peck法计算的盾构隧道地面沉降量及沉陷槽计算公式

8．1．4 地层变形预测与分析 通常设计阶段的地面沉降预测方法可分为两类，一是根据实测数据的统计方法—Peck 公式是其典型代表：二是采用有限元和边界元的数值方法。 采用Peck 法计算的盾构隧道地面沉降量及沉陷槽计算公式如下式；其沉陷槽横向分布见图。 exp(max )(S x S =-22 2i x ） ? ?? ? ? Φ-?=2452tg Z i π 式中：V —地层损失（地表沉降容积）； W-R β=——i W Z β 2R 最大曲率点 -x S 3i Z 反弯点 +x

i—沉降槽曲线反弯点； z—隧道中心埋深 根据本标段的地质条件和埋深等，得i=6.9m，由此根据以往的工程实践及经验公式，沉陷槽宽度B≈5i，可得单个隧道盾构推进引起的地表横向沉陷槽宽度约为35m，两座隧道盾构推进引起的地表横向沉陷曲线叠加后其沉陷槽宽度约为50m，并且沉陷槽的主要范围在隧道轴线两侧6m范围内，离轴线3m的沉降量约为最大沉降量的60%～70%，离轴线6m的沉降量约为最大沉降量的25%。 地层损失V值主要是由盾尾空隙引起的土体损失量，它与盾构机盾壳厚度、盾构推进时粘附在盾构上的土体厚度及注浆量等有关，即 V=V尾+V粘-V浆 盾构推进时粘附在盾构钢板上的土体厚度约为20～40mm，盾壳厚度为70mm，则：V=V尾+V粘-V浆=1.36+0.58α-(1.36+0.58)β α为折减系数， β为同步注浆的充填系数。 取α=0.6 β=0.5 得V=0.73m2 由此可得地表最大沉陷值：Smax=23.4mm 最大斜率：Qmax=0.0013 以上分析值主要是在以往工程经验基础上结合本地铁盾构标段的实际情况，隧道埋深16m左右情况下得出的，最大沉降量满足规范和标书要求。 虽然地表沉降形态是大体相同或相似的，但其最大沉降量总是随着施工工况和地质条件的改变而千差万别，目前控制沉降的主要手段是同步注浆和二次注浆，而注浆的环节常有各种各样的问题发生，如缺量、过量、滞后、漏浆等等，不同的沉降情况常是施工工况和工作状态的反映，同时不同的地质条件沉降亦有所不同，如粉砂土较粘土隆降起量要少，沉降速率要快，淤泥质粘土后期固结沉降则要大点。以上这些都要求盾构施工时要加强监测工作，以随时了解地面沉降信息，以便及时采取有效措施，以达到控制沉降和减少损失的目的。 8．2 理论分析 施工引起的地面沉降和围岩变形，理论分析通过地层—结构模型模拟计算，本次计算采用有限元单元法，利用2D－σ计算程序模拟计算。 8．2．1 计算模型

地基沉降的计算方法及计算要点

CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 课外研习论文 学生姓名刘振林、靳颜宁、唐雯钰 学号 020*******、020*******、020******* 学院资源与安全工程学院 专业城市地下空间工程1001班 指导老师李江腾 2012.09

目录 引言 (2) 1.地基沉降 (2) 1.1地基沉降的基本概念 (2) 1.2地基沉降的原因 (2) 1.3地基沉降的基本类型 (2) 1.3.1按照沉降产生机理 (2) 1.3.2按照沉降的表示方法 (2) 1.3.3按照沉降发生的时间 (3) 2.地基沉降的计算 (3) 2.1地基沉降计算的目的 (3) 2.2地基沉降计算的原则 (3) 2.3地基沉降的计算方法 (3) 2.3.1分层总和法 (3) 2.3.2应力面积法 (6) 2.3.3弹性力学方法 (13) 2.3.4斯肯普顿—比伦法（变形发展三分法） (15) 2.3.5应力历史法（e-lgp曲线法） (17) 2.3.6应力路径法 (18) 3.计算要点 (19) 3.1分层总结法计算要点 (19) 3.2应力面积法计算要点 (19) 3.3弹性理论法计算要点 (20) 3.4斯肯普顿—比伦法计算要点 (20) 3.5应力历史法计算要点 (20) 3.6应力路径法计算要点 (20) 4.总结 (20) 参考文献： (21)

地基沉降的计算方法及计算要点 城市地下空间工程专业学生刘振林，唐雯钰，靳颜宁 指导教师李江腾 [摘要]：本文介绍了六种地基沉降量的计算方法：分层总和法、应力面积法、弹性理论法、斯肯普顿—比伦法、应力历史法以及应力路径法，并讨论了各种方法的计算要点。 关键词：分层总和法；规范法；弹性理论；斯肯普顿—比伦；应力历史；应力路径 ABSTRACT：This thesis introduces six kinds of foundation settlement calculation methods：layerwise summation method,Stress area method,elasticity-thoery method, Si Ken Compton ancient method,Stress history method,stress path method,and discusses the main points of the six methods. KEY WORD：layerwise summation method;Specification Approach;elastic theory;stress history; A.W.Skempton—L.Bjerrum;stress path 引言 基础沉降计算从来就是地基基础工程中三大难题之一，在进行基础设计时，不仅要满足强度要求，还要把基础的沉降和沉降差控制在一定范围内。地基沉降的计算在建筑物的施工和使用阶段都非常重要。地基沉降量是指地基土在建筑荷载作用下达到压缩稳定时地基表面的最大沉降量。目前计算地基沉降的常用方法有分层总和法、规范法、还有弹性理论法、应力历史法（e-lgp曲线法）以及斯肯普顿—比伦法（变形发展三分法）、应力路径法。 中图分类号：TU478 文献标识码：A 1.地基沉降 1.1地基沉降的基本概念 建筑物和土工建筑物修建前，地基中早已存在着由土体自身重力引起的自重应力。建筑物和土工建筑物荷载通过基础或路堤的底面传递给地基，使天然土层原有的应力状态发生变化，在附加的三向应力分量作用下，地基中产生了竖向、侧向和剪切变形，导致各点的竖向和侧向位移。地基表面的竖向变形称为地基沉降，或基础沉降。 1.2地基沉降的原因 由于建筑物荷载差异和地基不均匀等原因，基础或路堤各部分的沉降或多或少总是不均匀的，使得上部结构或路面结构之中相应地产生额外的应力和变形。地基不均匀沉降超过了一定的限度，将导致建筑物的开裂、歪斜甚至破坏，例如砖墙出现裂缝、吊车轮子出现卡轨或滑轨、高耸构筑物倾斜、机器转轴偏斜、与建筑物连接管道断裂以及桥梁偏离墩台、梁面或路面开裂等。 1.3地基沉降的基本类型 1.3.1按照沉降产生机理 （1）荷载沉降：外部荷载作用下产生的沉降。 （2）地层损失沉降：采空区、隧道、地下工程和基坑开挖等产生的沉降。 （3）自重沉降：土体在自重应力作用下产生的沉降。 （4）水文沉降：由于地下水的水位上升或下降产生的沉降。 1.3.2按照沉降的表示方法