高速公路下伏采空区剩余沉降量FLAC_3D_计算方法

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采空区剩余沉降量FLAC_3D_数值模拟计算方法

工程技术
陈朝清
2
李森林
3
2、福建永福工程顾问有限公司，福建福州 350003
(2) 式中： σ1S 是在岩石峰值强度时的最大主应力； σ3 是最小主应力； m、 s 是材料常数，取决于岩石性质和原始破裂状况； σc 是岩石单轴抗压强度。此外, 当拉应力超过材料的抗拉强度时，材料将发生拉裂破坏。表 2 给出了各岩层和煤层的物理力学参数。表 2 各岩土层和煤层物理力学参数
强度的水泥土桩体，将严重影响粉喷桩的强度，在这种情况下必须增加粉体的掺入量和采用复搅的施工工艺。高含水量、大孔隙比和粘粒含量多时，土周边的束缚力极低，当钻头反转提升喷灰时，产生一个垂直向下挤压力和一个径向水平推力，由于土呈流塑状，束缚力极低，桩体在成形过程中向下及向四周水平向排水，影响形成竖向桩体，通常形成所谓 “掉桩” 或 “下沉” ，常为地表下 1～2m。当发生 “掉桩” 或 “下沉” 时，只要当时采取立即回填土并重新复喷复搅，就能克服这种现象，如果不作处理将会造成过大的路基沉降。 3 粉喷桩复合地基承载力和粉喷桩单桩承载力的关系粉喷桩复合地基的平均允许承载力公式为： =a× ［σ 桩］ +(1-a) ［σ 土］［σ 复合］式中： σ 复合—— —复合地基的平均允许承载力； a—— —置换率； σ 桩—— —搅拌桩的允许承力力； σ 土—— —天然地基土的允许承载力。无疑，桩的强度将直接影响复合地基的强度，假设桩的强度不断增加而土的强度依然不变，按照公式的计算，复合地基的强度也会不断增加，然而因为粉喷桩从本质上来讲是属实际情况并不如此。摩擦桩类，当土的强度不变，而且饱和软粘土的强度很低时，在这种情况下，即使不断增加桩的强度，这如同一根但总的复合地基强度也不会随之增加。筷子在浆糊里和一个钢筋在浆糊里的情况是类同整个复合地基的。只有当天然土的强度也增强时，的强度才会增加。所以桩的强度应适度，要和天然这当然土的强度相互匹配。反过来桩的强度很低，也是不行的。 4 桩土置换率及粉体掺入量对复合地基强度的影响在实际设计运算时往往提供所要求达到的复拟定的粉喷桩强度及天然地基土的强合地基强度、度来求桩土的置换率，计算出桩数，然后布置桩位，

浅谈高速铁路路基工后沉降及其计算方法

中圈分类号：Ｕ２３８文献标识号：Ａ文章编号：２３０６－１４９９（２０１３）０９－００７４－２
１．路基工后沉降的定义和组成路基在填筑过程中（至铺轨前）所产生的沉降称为施工沉降，这部分沉降可以采用填补加高来解决。路基在铺轨完成后所产生的沉降称为工后沉降，这部分沉降只能以抬道补碴来调整，它直接影响到线路养护维修工作量和高速铁路的运营能力。路基工后沉降由路基填土压密下沉、行车引起的基床累积变形和软土地基产生的工后沉降三部分组成。１．１路基填土压密下沉路基填土压密下沉，是由填土的自重引起的，它发生在两个阶段：是施工阶段的下沉，不计入工后沉降；二是施工完成后对后期运营有影响的工后沉降。由散体材料填筑而成的路基本体产生一定的压密下沉是正常的，其大小取决于填料和施工质量。如果下沉量较大，说明填土的压实度不足、强度低，容易造成不均匀变形。目前世界各国关于路堤填土的压密下沉通常是通过压实密度予以保证的。例如其中较具代表性的日本对填土的压实质量采用值作指标，为了保证填土具有
填料缀配砂砾石
釜－、ｌ
一一、一
实压标准
孔隙率Ⅱ
ｌ地基蔡数瑚《鲴Ｐ｜触）ｌ
０：７０
Ｉ
＞１￣９０
Ｉ
（１８％
表卜２基床底层填料及压实标准
地基系数Ｋ３Ｏ《ａ舨） ≥１１０ ≥ｌ３Ｏ ≥ｌ５ｏ

高速公路下伏多层采空区地表沉陷的预计评价方法

（ｎｔｔｆｅｔｃｎｃｌｎｉｅｒｇｏｔａｔＵｅｙａｊｇ２０９Ｉｓｉｅｏｏｈｌｇｎｅｉ，Ｓｕｈｓｍｖ￣ｔ，Ｎｎｎ１０６，ＣｉａｔｕＧｅａＥｎｅｉｈｎ）
Ａｂｔａｃ：ｓｒｔ
远超过允许值，采空区必须进行处治．该关键词：采空区；地表沉陷；预计评价；概率积分法中图分类号：Ｔ４３Ｕ３文献标识码：Ａ文章 பைடு நூலகம் 号：１０ —００（０２０．６８００１５５２０）４０４．５
ｔｏｕｅ．Ｕｓｎｈｅｉｔｇａｄｌｏｌｓｅｔｎｇｌｒａｌｃｎａｔｔｎ，ｈｅｏａｅａａｅｏｒｄｃｄｉｇｔｎｅｒｌｍｏｅｆｃｏｅｒｃａｕａｎｄｂｏｋｉｇｐｒｉｉｏｔｅｍｔｄｃｎｂｄｐｔｄｔｈｈｈｎｃｆｍｉｉｇｄｐｔｔｅｃａｅｏｎｎｅｈ，ｍｎｎｉｋｅｓ，ｃａｅｉｃｎｄｓａｐ，Ｌｌａｏｌｘｓｖｒｌｓｒｋｉｉｇｔｃｎｓｈｏｌｂｄｐｔｈａｈｒ￡ｗｅｌｓｃｍｐｅｅｅａｔｉｅＳｇａ，ａｄｔｅｅｏｅｔｅｐｇｍｎｖｒａｉｉｄｔｅｐｅｃｉｎｐｅｉｉｎＣｌｂｍｐｖ．ＧｒｕｄｓｓｄｎｅｏｆｎｒｆｒｍｒｅｓｔｌｔａｈｒｄｉｔｏｒｃｓｏａｌｅｉｒｅｈｈｙｎｏｄｏｎｕｉｅｃｂｏｎｌｎｄｃａｅａａｉｙｂｒｄｉｔｄｂｏｒｉａｅｃｎｅｓｏｄｏｖｎｉｎａｓｄｄｉｈａｆｉｃｉｅｏｌｂｄＣｎｅｌｓｅｐｅｃｅｙｃｏｄｎｔｓｏｖｒｉｎａｃｎｅｔｏａｒｉｅａｐｅｄｎｌｎｍｅｏｒｄｆｅｈｔｄａｅｍｏｉｄ．ｉＫｅｏｄｇａ；ｇｏｄｓｓｄｎｅ；ｐｄｉｔｖｕｔ；ｏｂｂｉｉｎｅｒｔｏｔｏｙｗｒｓ：ｏｌｒｕｕｉｅｃｎｂｅｒｃｅｅａａｅｐｒａｌｔｉｔｇａｉｎｍｅｄｄｌｙｈ

基于FLAC3D数值模拟的老采空区剩余沉降量分析计算-以山东枣庄安博

技术方法、覆岩性质以及破坏程度的不同，使得采空区塌陷是一个复杂的、隐蔽的、长期的过程＿３］。采空
区剩余沉降量是采空区顶板覆岩塌陷形成破碎带后
１工程区概况
１．１区域采矿条件
继续下沉压实所引起的地表沉降值，其中也包括破
覆岩已塌陷形成冒落带、裂隙带和弯曲带，在经过一
段时间的自然沉压后采空区逐渐趋于稳定Ｉ１］，而使
在误差。近年来，ＦＬＡＣ数值模拟在岩土地下工程
设计研究中应用越来越广泛，其基于代数表达式代替空间离散点处不确定的场变量，利用有限的差分法求解代数方程求解。ＦＬＡＣ。。适合非线性材料在外力下的屈服流动等大变形模拟，而越来越多的应用研究到下伏采空区稳定性模拟ｌ＿６书］，采空区注浆加固模拟等＿９。下面以山东枣庄市安博化工厂区建设项目为例，对老采空区剩余沉降模拟分析计算。
ｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＲｅｓｉｄｕａｌＳｕｂｓｉｄｅｎｃｅＡｍｏｕｎｔｉｎ０ｌｄ —ＧｏａｌＢａｓｅｄｏｎＦＩＡＣＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＥＪ］．Ｓｈａｎ —

高速公路下伏采空区稳定性评价方法探讨

公路中线斜交，即有一段路基处在了巷道的正上也
方，处巷道埋深约１０巷道的宽度约为１ｍ。此０ｍ，０自地表向下，矿采空区大体可分为如下岩性组：煤地表为粘土、粉土、卵石层，度约为７ｍ，砂厚０地表州市，连接郑州
对路线有一定的影响。
给公路路基、路面的稳定带来极大隐患。因此评价采空区地基的稳定性，采用合理的工程技术措施，
是实际工作中必须解决的具体问题。由于地质条件复杂性、开采方式多样性以及勘察过程中搜集资
宝旗煤矿工程地质特征
该矿于１９９５年建井投产，０４年闭井停产。２０
该区煤柱分层分布，煤线的走向大致呈南北向展布，
料局限性，以对采空区的稳定性进行准确的评价，难
高速公路穿越煤矿采空区的问题也成了近年来公
埋深在７ｍ以下，０煤层的倾角陡直，大约在８０。左右。该矿井有一条开采巷道，巷道的宽度和高度为３巷道埋深约１０ｍ，０ｍ，走向近南北，向北延伸至
【关键词】高速公路采空区稳定性评价
西南绕城高速公路，途径郑州市、昌市和平顶山许
ｌ引言
近年来，随着高速公路建设范围不断扩大以及人为坑洞不断增加，路线经过采空区的情况也会经
常遇到。高速公路下伏采空区的存在，使上覆岩层冒落塌陷，地表将产生不连续沉降或连续沉降盆地，

高速公路路基沉降计算方法

高速公路路基沉降计算方法“高速公路路基沉降计算方法”是一种用于计算高速公路路基可能出现的沉降情况的方法。

该方法首先对道路路面上的沉降和抬升异常进行检测，然后通过分析历史数据、地形因素、材料特性以及施工工艺等因素，进行沉降风险分析和预测，最后给出防止沉降发生的具体措施和建议，以便采取有效的技术措施来减少或避免沉降的发生及其后果。

高速公路路基沉降计算方法主要包括以下几个步骤：1、观测路面沉降和抬升异常首先，根据实际情况选择合适的监测技术，定期观测路面沉降和抬升异常，并以图表形式记录和统计数据。

2、分析历史数据其次，根据历史监测数据，对路基沉降现象进行分析，如果发现路基沉降的规律性，应当加以关注，并对历史数据进行详细的分析，以便进一步了解路基沉降的原因。

3、考虑地形因素在考虑路基沉降计算时，还要考虑地形因素，如：路基处于低洼地带，或者路基处于水库、河流、湖泊等易受水位影响的地带，都会对路基沉降产生影响。

4、分析材料特性路基沉降计算还要考虑材料特性，如：路基所用的基础材料的性质，以及混凝土配合比等，都会影响路基的沉降程度。

5、分析施工工艺此外，路基沉降计算还要考虑施工工艺，如：施工过程中使用的机械设备，是否采用了可以有效阻止沉降的技术措施，以及压实温度是否适宜等，都会影响路基的沉降情况。

6、给出技术措施和建议最后，根据以上数据和分析，给出可以预防路基沉降发生的具体措施和建议，以保证路基的安全及质量。

总之，高速公路路基沉降计算方法是一种用于计算高速公路路基可能出现的沉降情况的方法，包括观测路面沉降和抬升异常、分析历史数据、考虑地形因素、分析材料特性和施工工艺，最后给出防止沉降发生的具体措施和建议，以便采取有效的技术措施来减少或避免沉降的发生及其后果。

高速路基下伏采空区治理的关键技术

２１年第１０２期
西部探矿工程
１３６
高速路基下伏采空区治理的关键技术
谷水兵
（南省岩土工程有限公司，南洛阳４１２）河河７０３
摘
要：随着高速公路的建设和完善，采空区治理技术在高速公路建设中的作用越显重要，根据实例
上架站对所定孔位进行复测，如复测的误差在限差范围之
晋城环城高速公路西北段采空区治理工程合
同段位于甘润村的隆欣煤矿上部，该矿自１９年开采９８至今，生产能力３ ×１／，００ｔａ短臂式开采，开采３煤层，＃采厚３回采率５％。采空区治理深２６３ｍ。ｍ，０２￣２８该工程路段地表已出现塌陷现象，综合分析计经
向中部展开施工，钻孔分二序次进行。
（）８钻孔施工结束后，应带钻孔开孔通知书、工程报
作者简介：谷水兵（９２）男（１８一，汉族）河南扶沟人，，助理工程师，现从事岩土工程及地质灾害治理工程技术工作。
１４６
西部探矿工程
２１０２年第１期
（）１为了避免塌孔，钻孔成孔后应及时进行浇注孔口管。（）２将一端带有ｊ１０ｍ￣ｊ１０ｍ法兰托盘的２２ｍ『２３ｍ『５ｒｍ注浆管下入孔内变径处，内投入２ｃ厚砾０ａ孔０ｍ石，以堵塞大的缝隙，再投入３ｃ厚的粘土，０ｍ防止浆液渗出，后灌入水灰比为（然１：１５～（．）１：２的稠水泥）浆，注长度为４６浇～ｍ。浇注要求达到注浆过程中浆液不会从注浆孔孔壁四周溢出。水泥浆液中应加入水泥重量２的速凝剂，速将注浆管与孑壁固结，快Ｌ起到止浆作用。（）注完毕，３浇当浇注的水泥浆充分凝固后，技术经人员和监理工程师验收合格达到止浆效果后，开始注浆施工。３２１采空区注浆材料．．

高速公路路基沉降的计算方法浅析

高速公路路基沉降的计算方法浅析高速公路是现代化交通运输中的重要组成部分，大大缩短了人们的出行时间。

然而，长期使用和自然因素的影响都会对高速公路产生一定的影响。

其中最常见的问题莫过于路基沉降。

路基沉降不仅会造成驾驶安全问题，还会对道路寿命产生负面影响。

因此，对高速公路路基沉降的计算方法进行深入的分析和研究显得尤为重要。

首先，路基沉降主要是由于土体固结引起的。

固结是指岩土体在受荷后发生变形，使空隙度减小。

计算路基沉降时，通常采用垂直压缩度和剪切变形进行计算。

垂直压缩度指在一定应力状态下，土体垂直于压应力方向的应变与垂直应力之比。

而剪切变形则表示岩土体受到剪应力而产生的变形。

这两个参数的测定和计算都需要运用到一系列实验装置和计算公式。

其次，高速公路路基沉降的计算还需要考虑到不同使用条件的影响。

为了准确计算路基沉降情况，在考虑路基沉降的时候，还应该考虑到高速公路的使用率、使用时间、车流量、气候等因素的综合作用。

由于实际使用情况的复杂性，计算公式和实验方法的应用十分重要。

最后，计算高速公路路基沉降还需要依据一定的理论和实践经验。

岩土力学和土工材料力学等理论在计算中发挥着十分重要的作用。

同时，根据实际情况，针对不同的地质和气候条件，选择恰当的计算方法和技术手段，才能保证计算的准确性和实用性。

总之，高速公路路基沉降的计算方法是一个综合性问题，在计算中需要涉及岩土力学、土工材料力学等专业领域，结合使用情况和地质气候等多个因素进行综合计算。

随着科学技术的不断发展和理论的不断完善，我们相信，在不久的将来，高速公路路基沉降的计算方法将会更加成熟、准确和实用。

FLAC 3D在工程降水引起地面沉降分析中的应用

维普资讯
・
隧道／下工程・地
ＦＡ３在工程降水引起地面沉降分析中的应用ＬＣＤ
李勇，王文喜
（阳中铁交通设计咨询有限公司，沈阳１０１）沈１０３
摘
要：沈阳地铁１号线青年大街站为工程背案，助三维以借
不连续分布的地层忽略，将地层概化，概化后的模型含５层土，场地主要地层特性如下。 ①杂填土：分布连续，厚０３～．ｌ层底埋深层．４０Ｉ，Ｔ
０．～４．。３值与实际观测值进行比将ＬＣ
沈阳地铁１线青年大街站是与规划地铁２号线号
的换乘站，站总长１００ｍ，宽２．车９．总６８ｍ。２号线车
站总长１００ｍ，４．总宽２．１８ｍ。该段地势平坦，面高地
程为４．。该站处于本市繁华地带，４８Ｉｎ工程场地范围
砾石风化严重，胶结性，土量较大。本次勘察未穿具含透该层，大揭露厚度１．层顶埋深４．～最３０ｍ，０６
４０Ｉ。３．ｌｌ
研究地面沉降的非常实用的工具。应用其流固耦合力
学计算模式，能够模拟基坑降水过程及基坑降水引发的地层的三维固结沉降。因此，择ＦＡ软件，选ＬＣ以沈阳地铁１号线青年大街站为背景，降水引起的地对

FLAC_3D_在采空区稳定性分析中的应用

序号标识
岩石名称
1 t1 土层 2 t2 细砂 3 t3 中砂 4 t4 2 煤层 5 t5 粗砂 6 t6 砂页 7 t7 粉砂 8 t8 4 煤层 9 t9 砂页
密度/ ( kg·m - 3)
1 960 2 540 2 580 1 400 2 560 2 600 2 630 1 430 2 660
(1) 根据南马圈采空区物探勘查成果图 , 采空区分布如图 2 所示. (2) 为分析采空区对上覆岩层的扰动影响 , 将南马圈矿和村民自采矿进行三维位移场、应力场和破坏场对比分析. (3) 结合地表特征点的高程测量结果 , 在三维数值计算模型的地表分别设置了 4 个沉陷监测点 (见图 3) , 对采动沉陷的历史过程进行监测 , 同时确定南马圈矿和村民自采矿的塌陷中心位置.
2 工程区概况
场内地层上覆地层为第四系表土 , 主要以砂、砾卵石为主 ; 下伏基岩为二叠系至石炭系的煤系地层 (二叠系地层主要为茂山组和荒山组) . 物探结果表明 , 场地深部存在着 1 条拟断层 , 北东 55°, 倾向东南 45°左右 ; 岩体普遍发育近似正交的两组节理 , 间距 0. 2 m , 闭合性较好 , 可见钙质填充物. 场地地下水类型为第四系孔隙潜水 , 主要赋存于表层砂砾石层中 , 稳定水位埋深 4 m 左右. 根据钻探取样和岩石力学实验结果 , 考虑岩石尺寸效应 , 岩石力学参数见表 1.
第 26 卷第 2 期
河南理工大学学报 (自然科学版)
Vol. 26 No. 2
2007 年 4 月 J OU RNAL OF HENAN POL YTECHN IC UN IV ERSIT Y(NA TU RAL SCIENCE) Apr. 2007

下伏采空区拟建水库的FLAC_3D_稳定性分析

收稿日期2014-03-04作者简介吴冰（1989—），男，硕士研究生。

通讯作者何文（1981—），男，讲师，博士。

下伏采空区拟建水库的FLAC 3D稳定性分析吴冰1何文1高忠1王明1柯新华2吴贵生3(1．江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州341000;2．江西铜业集团公司德兴铜矿，江西上饶334224;3．湖南有色金属股份有限公司黄沙坪矿业分公司，湖南郴州424421)摘要某矿山采空区上方拟建一酸性水库，为了论证其可行性，根据采场中段平面图和上部地形图，采用SUＲ-PAC 三维矿业软件建立采空区及地表三维模型，划分成块体后，利用SUＲPAC －FLAC 3D 接口程序导入FLAC 3D生成计算模型后进行计算分析，并对库区稳定性进行评价。

通过数值模拟分析可知，在现有情况下，采空区上部地表最大沉降量约为9.5mm ，在拟建水库蓄水后，地表新增沉降量约7.1mm 。

模拟结果表明：现有采空区是稳定的，在拟建水库蓄水后，采空区上部地表沉降量在建筑物允许的沉降范围内，为拟建水库的可行性提供了理论依据。

为分析爆破振动对库区影响，对爆破振动进行现场测试，得到振动最大合成速度均在质点允许振动速度安全范围内，爆破振动对拟建水库安全性并无明显影响；并在此基础上提出了一些建议措施。

关键词水库FLAC 3D数值模拟最大沉降量爆破振动振动速度稳定性中图分类号TD325，TV697文献标志码A 文章编号1001-1250（2014）-06-050-05FLAC 3D Stability Analysis of a Ｒeservoir Planned to be Constructed over Mined-out AreasWu Bing 1He Wen 1Gao Zhong 1Wang Ming 1Ke Xinhua 2Wu Guisheng 3（1．School of Ｒesources ＆Environment Engineering ，Jiangxi University of Science and Technology ，Ganzhou 341000，China ；2．Dexin Copper Mine ，Jiangxi Copper Corporation ，Shangrao 334224，China ；3．Huangshapin Mining Branch Corporation ，Hunan Nonferrous Metals Holding Group Corporation ，Chenzhou 424421，China ）AbstractAn acid reservoir is planned to be constructed in a mined-out area of mine．In order to demonstrate its feasibil-ity ，a three-dimensional model of mined-out area and surface was built with 3D mining software SUＲPAC according to the inter-mediate entry plane of every stope and the topographic map．After divided into blocks ，the calculation model was generated in FLAC 3D by the interface program of SUＲPAC-FLAC 3D ，and then the stability of reservoir area is evaluated by calculation and a-nalysis．Through the numerical simulation ，maximum surface settlement on mined-out area is about 9．5mm in the current situa-tion ，and a new increased settlement is about 7．1mm after water storage in reservoir．The simulation results show that the pres-ent mined-out area is stable．The surface settlement on mined-out area is within the allowable range of building settlement after water storage in the reservoir．This provides a theoretical basis for the feasibility of building the reservoir．The field testing of blasting vibration is made to study the effect of blast vibration on stability of the reservoir area．The results show that the maxi-mum vibration velocities are all within allowable safe range ，and blast vibration has no obvious effect on safety of the acid reser-voir．Some suggested measures were proposed on this basis．KeywordsＲeservoir ，FLAC 3D ，Numerical simulation ，Maximum settlement ，Blast vibration ，Vibration velocity ，Stability多数金属矿山在矿体回采后，会形成采空区，造成不同程度的地面沉陷，但是由于一些矿区的面积或者地形等条件的限制，使得在采空区上方新建建筑物成为一种选择［1-3］。

采空区路基沉降计算公式

采空区路基沉降计算公式引言。

在矿区开采过程中，采空区的形成是不可避免的。

采空区对周围环境和工程设施会产生一定的影响，其中包括路基沉降。

路基沉降是指由于采空区下方地层的变形而导致路面或路基沉降的现象。

为了有效地预测和控制采空区对路基的影响，需要建立相应的计算公式。

本文将探讨采空区路基沉降的计算公式及其应用。

采空区路基沉降计算公式的建立。

采空区对路基的影响主要是通过地下水位变化和地层变形两个方面来实现的。

地下水位变化会导致路基的软化和下沉，而地层变形则会引起路基的沉降和破坏。

因此，建立采空区路基沉降的计算公式需要考虑这两个方面的影响。

首先，我们来看地下水位变化对路基的影响。

地下水位的变化会导致土壤的湿度发生变化，进而影响土壤的强度和稳定性。

根据地下水位变化对路基的影响可以建立如下的计算公式：Δh = K ×ΔG。

其中，Δh表示路基的沉降量，K为地下水位变化系数，ΔG为地下水位的变化量。

地下水位变化系数K可以通过实地观测和试验确定，其数值与地质条件和路基结构有关。

其次，地层变形对路基的影响也是十分重要的。

地层变形会引起路基的沉降和破坏，因此需要建立相应的计算公式来预测路基的沉降量。

根据地层变形对路基的影响可以建立如下的计算公式：Δh = ∑(Δhi)。

其中，Δhi表示地层变形引起的路基沉降量，∑表示对所有地层变形引起的路基沉降量进行累加。

地层变形引起的路基沉降量可以通过地质勘探和数值模拟得到。

综合考虑地下水位变化和地层变形对路基的影响，可以建立如下的采空区路基沉降计算公式：Δh = K ×ΔG + ∑(Δhi)。

该计算公式综合考虑了地下水位变化和地层变形对路基的影响，能够较为准确地预测采空区对路基的影响。

采空区路基沉降计算公式的应用。

采空区路基沉降计算公式的建立为预测和控制采空区对路基的影响提供了有效的工具。

通过对地下水位变化和地层变形的考虑，可以较为准确地预测采空区对路基的影响，并采取相应的措施进行预防和修复。

基于FLAC^(3D)的公路隧道塌方段工程处置及其优化

第30卷第2期湖南城市学院学报（自然科学版）V ol.30 No.2 2021年3月 Journal of Hunan City University （Natural Science）Mar. 2021基于FLAC3D的公路隧道塌方段工程处置及其优化赵勇1，杨志刚1，周智辉2, 3，凌同华2，张韦华1，何文超2(1. 中铁南方投资集团有限公司，广东深圳 518000；2. 长沙理工大学土木工程学院，长沙 410114；3. 深圳市地铁集团有限公司，广东深圳 518026)摘要：以浙江省武义县白阳山隧道为工程背景，采用FLAC3D有限差分法，模拟现阶段采用的预留核心土-上下台阶法开挖下围岩的变形及应力变化规律，并从优化施工方法的角度，综合分析开挖过程中隧道围岩位移及塑性区分布情况，评价不同施工方案对围岩稳定性的影响﹒结果表明，预留核心土-上下台阶法存在洞身位移变化大的问题；预留核心土-三台阶法控制围岩位移变化效果最好，且围岩塑性区变化范围最小﹒关键词：隧道塌方；有限差分法；开挖方法；围岩稳定性；支护结构设计中图分类号：U45 文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.1672-7304.2021.02.0001文章编号：1672–7304(2021)02–0001–07Engineering treatment and optimization of collapse section of highway tunnelbased on FLAC3DZHAO Yong1, YANG Zhigang1, ZHOU Zhihui2, 3,LING Tonghua2, ZHANG Weihua1, HE Wenchao2(1. China Railway South Investment Group Co., Ltd., Shenzhen, Guangdong 518000, China;2. School of Civil Engineering, Changsha University of Science & Technology, Changsha, Hunan 410114, China;3. Shenzhen Metro Group Co., Ltd., Shenzhen, Guangdong 518026, China)Abstract: Based on the engineering background of Baiyangshan Tunnel in Wuyi County, Zhejiang Province, this paper applied the finite difference method FLAC3D to simulate the deformation and stress variation law of surrounding rock caused by the excavation of reserved core soil and upper and lower steps method, and then from the perspective of optimizing the construction method, comprehensively analyzed the displacement and plastic zone distribution of tunnel surrounding rock during excavation and evaluated the influence on surrounding rock stability of different construction schemes. The results show that the method of reserved core soil and upper and lower steps method has the problem that the displacement of tunnel body varies greatly, while the reserved core soil and three steps method has the best effect to control the displacement change, and the plastic zone extends the smallest change range.Key words: tunnel collapse; finite difference method; excavation scheme; surrounding rock stability; supporting structure design由于隧道工程地质条件的复杂性和不可完全预知性，隧道在施工过程中很有可能会遇到塌方、涌水突泥、大变形等工程事故﹒塌方是隧道施工中最常见的安全事故[1]，隧道塌方严重影响工程的进度，威胁施工人员的生命安全并带来巨大经济损失[2]﹒随着公路建设的发展，塌方事故在隧道施工过程中时有发生，已成为隧道施工过程中的一个重要安全隐患[3]﹒为了确保隧道工程建设的安全性，开展山岭隧道施工塌方研究及处治具有重要的理论价值与工程实际意义[4-5]﹒根据塌方形态的不同，隧道塌方可划分为局部塌方、拱形塌方、异形塌方、膨胀岩塌方和岩爆，不同类型的塌方对应着不同处治措施[6]﹒其中，拱形塌方按规模可以划分为2大类：在浅埋隧道中，岩体较破碎时，塌方往往延伸到顶部；在深埋隧道中，易出现摩擦桩效应，高度一般在4~20 m，塌方影响范围较大﹒拱形塌方多发生在层状岩体或碎块岩土中﹒预防拱形塌方破坏，一般采用超前锚杆支护、注浆加固等措施﹒塌方处治必须先对塌方原因有正确的认识，收稿日期：2020-08-27基金项目：国家自然科学基金项目(51678071, 51608183, 51878074)第一作者简介：赵勇(1965—)，男，河南柘城人，教授级高级工程师，硕士，主要从事隧道与地下工程施工与管理研究﹒E-mail: ********************湖南城市学院学报（自然科学版）2021年第2期2否则容易造成二次塌方或其他灾害，这不仅将导致经济损失加大，还可能造成安全生产事故[7]﹒塌方处治涉及的施工工艺主要有反压回填、喷浆固结、超前大管棚、超前小导管、锚杆施工和换拱，以上工艺可按工程施工实际情况灵活应用[8-9]﹒王道远等[10]在强震区隧道施工塌方段回填注浆并且设置初支减震缝和二衬减震缝，在抗震和防塌方方面产生了积极作用﹒王彬彬等[11]认为在红黏土隧道塌方事故中，采取快挖快支、及时封闭成环的原则，强化支撑体系，减少土体暴露时间，能高效快速地治理塌方﹒张旭等[12]提出了密排短管棚、三台阶预留核心土+锁脚锚管、注浆回填和洞内临时支撑的防塌方的综合处治技术，在应对卵石地层塌方中卓有成效﹒李志厚等[13]在大风垭口隧道特大塌方事故中，综合分析该隧道突泥富水和涌水险情，提出地表与洞内处治相结合，以及洞内排水的综合处治措施，并对地层应力和变形进行监测，对公路隧道特大塌方提供了治理经验﹒田志宇等[14]详细介绍了隧道塌方体的荷载计算方法、钢支撑对喷射混凝土的加强原理及隧道初期支护与二次衬砌极限承载力的计算方法等，并给出了塌方体支护参数的选取方法﹒由于隧道工程的复杂性，若能在施工时采取稳定性较强的方法，将对提升隧道施工安全性产生重要作用﹒本文从隧道施工方法着手，结合白阳山隧道的地质情况，通过数值模拟和现场监控量测，比较了预留核心土-上下台阶法、预留核心土法、预留核心土-三台阶法3种方法的稳定性﹒1 白阳山隧道工程概况白阳山隧道是浙江省金华市永康至武义公路改建工程(阳丰至湖塘沿段)的重点和难点之一﹒该隧道为分离式隧道，左洞长480 m，右洞长563 m﹒右洞进出口桩号YK15+255~YK15+818，采用上下台阶法开挖﹒本文主要针对白阳山隧道右洞YK15+380~YK15+400塌方段施工开展数值模拟分析，其断面宽为16.4 m，高为9.6 m﹒白阳山隧道穿越垄状丘陵，山体呈东北走向，线路与山脊正交，丘顶浑圆，丘顶高层约235 m﹒进洞口段缓坡堆积含碎石粉质黏土，厚1.0~2.0 m，下伏中风化英安玢岩侵入岩，围岩以碎裂结构-镶嵌碎裂结构为主，洞室自稳能力差，洞身段岩性复杂﹒围岩及支护结构物理力学参数见表1.表1 围岩及支护结构物理力学参数围岩及支护结构弹性模量E/GPa 泊松比μ密度ρ/(kg·m−3) 黏聚力c/MPa 内摩擦角φ/(°) Ⅴ级围岩 1.1 0.39 2000 0.07 23 Ⅳ级围岩 1.8 0.33 2300 0.42 29 锚杆 210.0 0.31 7800 — — 初期支护 25.7 0.20 2500 — —2 隧道塌方段情况及处治措施自2019-01-21白阳山隧道右线掌子面掘进里程至YK15+380时，隧道拱顶部位不断有小块碎石掉落，使钢筋网破损以及钢拱架发生变形﹒从现场监控量测数据可知，YK15+370~YK15+390段围岩变形速率和累计变形量都异常大，同时拱腰部位混凝土表面多处出现开裂剥落现象﹒2019-01-27，施工方已经停止爆破作业，YK15+380拱顶部位出现长6 m，纵深3 m的坍塌洞，为防止塌洞进一步恶化，采用超前小导管注浆填实，封闭掌子面，待围岩释放压力再进行处理；2019-03-18，施工方施作第2次注浆；2019-04-01，业主与设计方协商决定对YK15+380~YK15+400段提高初期支护强度，采用注浆填筑塌腔、变更钢拱架强度与间距、缩短进尺深度等处理措施﹒3 工作面坍塌采用FLAC3D模拟分析本文从沉降、收敛位移、围岩应力、围岩塑性区分布等方面，探讨分离式隧道塌方经处理后各项指标的变化规律﹒根据工程的实际工况，结合地下结构的计算原理，模型边界条件选取范围为：隧道水平方向114 m，轴线方向70 m，隧道仰拱距模型底部25 m，上表面为自由面﹒考虑地表面坡度较平缓，建立模型过程中将地表简化为等坡脚计算﹒在ANSYS中前期建立模型后，将模型导入FLAC3D 中处理计算，建立的三维数值计算模型如图1所示﹒初期支护采用shell单元，锚杆采用cable单元，其他均采用实体单元模拟﹒屈服准则选用赵勇，等：基于FLAC3D的公路隧道塌方段工程处置及其优化第30卷3Mohr-Coulomb准则，将围岩视为各向同性介质，忽略表层风化影响，沿隧道纵向考虑围岩级别变化分别设定力学参数﹒图1 三维数值计算模型3.1 隧道拱顶下沉结果分析图2为预留核心土-上下台阶法的竖向位移云图，图3为预留核心土-上下台阶法开挖施工步与拱顶竖向位移关系﹒图2 预留核心土-上下台阶法竖向位移云图图3 预留核心土-上下台阶法开挖施工步与拱顶竖向位移关系由图2和图3可以看出，在白阳山隧道开挖时，Z方向沉降值主要集中在拱顶区域，左洞的整体沉降值略大于右洞﹒由于对隧道洞身塌方段进行空腔注浆及延缓开挖进尺，这在一定程度上可控制围岩进一步变形破环﹒隧道左右洞底部均有一定隆起但差别不大，且隆起量较拱顶下沉量小，这是因为隧道底部的隆起主要由隧道开挖后应力释放而产生的弹性变形，而拱顶下沉则包含了部分受扰动围岩的塑性沉降﹒3.2 隧道洞周收敛结果分析图4为预留核心土法-上下台阶法开挖水平位移云图，图5为预留核心土法-上下台阶法开挖水平位移变化﹒图4 预留核心土法-上下台阶法开挖水平位移云图图5 预留核心土法-上下台阶法开挖水平位移变化由图4可知，在白阳山隧道开挖过程中，X 方向位移主要集中在拱腰区域，左洞拱腰累计位移值为2.52 mm，右洞拱腰位移值为2.23 mm，左洞的整体收敛值略大于右洞﹒拱顶水平位移变化均较少，不足0.3 mm﹒围岩水平位移变化呈对称分布，左侧拱腰部位水平应力最大，右洞右侧壁边墙部位水平位移值减少明显﹒由图5可知，左洞拱顶水平位移值为0.07 mm，右洞拱顶水平位移值为0.03 mm，两处水平位移值基本保持平稳趋势﹒由此可知，在施工阶段不需要考虑拱顶水平位移的影响﹒拱腰水平位移在下台阶开挖过程中变化明显，左洞拱腰水平位移为1 mm，右洞拱腰水平位移为0.8 mm，而在围岩开挖支护过程中水平位移值都比较少﹒这表明，下台阶开挖后，封闭仰拱有效地阻止了围岩向内挤压产生破坏，并减少了洞室的水平位移﹒3.3 围岩应力状态分析隧道开挖破坏了岩体平衡状态，使围岩发生卸荷回弹和应力重分布，从而产生新的应力平衡状态﹒分析施工过程中围岩应力分布及位移变化，湖南城市学院学报（自然科学版）2021年第2期4对实际施工中支护结构设计参数选取及围岩稳定性判断具有重大意义﹒图6和图7分别为围岩最大主应力云图﹒由图6与图7可知，隧道开挖过程中，围岩应力分布呈动态变化，左洞拱顶与拱底小范围出现拉应力﹒其中，左洞拱顶部位最大拉应力值为0.16 MPa，拱底出现的最大拉应力值为0.2 MPa，这些应力值均未超过混凝土的抗拉强度；拱腰部位出现的压应力为3.2 MPa；侧墙及边墙部位出现的压应力为2.5 MPa﹒这说明上台阶开挖对围岩应力重分布影响最大﹒图6 围岩最小主应力云图图7 围岩最大主应力云图3.4 围岩塑性区分析隧道开挖后，稳定塑性区为未出现松动破坏的塑性区，这类围岩塑性区比较稳定，被破坏的可能性小，并且能够作为支护结构承担围岩的部分荷载；非稳定塑性区为出现松动破坏后的塑性区，这类塑性区会破坏围岩稳定性，极易造成突发坍塌破坏﹒因此，施工中不允许出现非稳定塑性区﹒在一定范围内的稳定塑性区对隧道施工支护结构有利，它可以分担部分初期支护承担的围岩压力，有利于保持围岩稳定性﹒图8为隧道施工完成后的围岩塑性区分布﹒图8中以不同颜色代表不同的破坏机制：红色和天蓝色表示单元受剪切破坏；粉红色和深蓝色表示单元受拉伸破坏﹒由图8可知，隧道开挖支护完成后，洞室周边仅在4 m范围内塑性区分布明显，这说明施工支护措施有效限制了塑性区的扩展，也表明采用4 m长的砂浆锚杆加固围岩符合工程实际﹒在施工过程中，围岩大部分都发生了剪切破坏，但只在隧道拱顶及仰拱底部1 m范围内外岩体曾经发生过拉伸破坏﹒图8 隧道施工完成后围岩塑性区分布4 施工方案对比及优化现场监控量测数据表明塌方段洞身位移变化较大，这说明现场实际施工方案存在一定的风险﹒隧道塌方处理时，保证隧道围岩稳定性至关重要，为了防止产生二次塌方，应采取合适的施工开挖方法，并控制进尺深度﹒因此，有必要对隧道塌方段施工方案进行优化分析﹒根据国内外隧道施工方法，同时考虑白阳山隧道工程具有大断面及复杂地质情况的特点，提出3种不同的施工方案进行比较﹒①预留核心土-上下台阶法(原施工方法)：先行洞采用预留核心土开挖，后行洞采用上下台阶法开挖﹒②预留核心土法：左右洞均采用预留核心土开挖﹒③预留核心土-三台阶法：先行洞采用预留核心土开挖，后行洞采用三台阶法开挖﹒本文着重分析不同施工方案开挖对隧道围岩稳定性的影响，并运用FLAC3D数值模拟，对位移的分布规律、围岩应力和塑性区变化情况进行分析﹒4.1 沉降位移对比分析为了研究不同开挖方式下隧道塌方段围岩的稳定性，对典型断面YK15+380与YK15+390进行了研究，即在模拟断面Z=35与Z=45布设关键点进行动态监测﹒其中，Z=35断面在不同开挖方案下的关键点位移变化曲线如图9所示﹒赵勇，等：基于FLAC3D的公路隧道塌方段工程处置及其优化第30卷5图9 Z=35断面在不同开挖方案下关键点位移变化曲线由图9可知，从拱顶下沉看，预留核心土-上下台阶法的拱顶下沉为−10.23 mm；预留核心土法的拱顶下沉量为−10.15 mm﹒这表明有无核心土开挖对拱顶位移量影响不大，且其初期支护时间基本相当﹒从拱腰竖向位移可以看出，预留核心土-上下台阶法、预留核心土法、预留核心土-三台阶法的拱腰沉降量分别为−2.22，−2.30和−2.02 mm﹒从竖向沉降来看，3种开挖方案中预留核心土-三台阶法最好，收敛量较其他2种方法降低了10%﹒隧道YK15+380~YK15+430段围岩软弱破碎，为研究塌方腔体注浆区域对掌子面开挖的影响，取其2个特殊断面对围岩稳定性进行分析﹒其中，一个断面为注浆段；另一个断面为掌子面开挖断面﹒文中重点分析在不同开挖方案下这2个典型断面的关键点竖向位移最终值，其值如表2所示﹒表2 不同开挖方案下典型断面的竖向位移最终值mm断面位置拱顶竖向位移拱腰竖向位移(a) (b) (c) (a) (b) (c)Z=35(右洞) −10.23 −10.15 −8.51 −2.22 −2.30 −2.02 Z=45(右洞) −11.75 −11.92 −9.12 −2.31 −2.45 −2.17 注：(a)表示预留核心土-上下台阶法；(b)表示预留核心土法；(c)表示预留核心土-三台阶法表2中，Z=35(右洞)为隧道塌腔注浆区域，Z=45(右洞)为掌子面软弱围岩开挖区域﹒由表2可知，在Z=45(右洞)断面，预留核心土法对限制隧道拱顶下沉的效果甚微，而采用预留核心土-三台阶法开挖对拱顶下沉或拱腰竖向位移增幅较小，相对于Z=35(右洞)断面，仅分别增加0.61 mm和0.15 mm，拱顶最终沉降量为9.12 mm，拱腰最终沉降量为2.17 mm，均小于规定的允许沉降值﹒因此，从控制拱顶沉降考虑，应该优先选用预留核心土-三台阶法﹒4.2 洞周收敛对比分析图10为在不同开挖方案下Z=35断面关键点的水平位移变化曲线，表3为在不同开挖方案下典型断面水平位移最终值﹒由表3可知，从拱腰水平位移看，预留核心土-上下台阶法、预留核心土法和预留核心土-三台阶法的隧道拱腰水平位移分别为−2.34，−2.37和−1.76 mm﹒故从控制水平位移角度，应优先选择预留核心土-三台阶法﹒从图10可知，在Z=35(右洞)断面，在3种开挖方案下，预留核心土-三台阶法施工的隧道断面关键点水平位移值最小，因此该法对预防塌方有积极作用﹒图10 在不同开挖方案下Z=35断面关键点的水平位移变化曲线表3 不同开挖方案下典型断面水平位移最终值mm断面位置拱顶水平位移拱腰水平位移(a) (b) (c) (a) (b) (c)Z=35(右洞) −0.03 −0.02 −0.01 −2.34 −2.37 −1.76 Z=45(右洞) −0.05 −0.04 −0.02 −2.61 −2.56 −1.88 注：(a)表示预留核心土-上下台阶法；(b)表示预留核心土法；(c)表示预留核心土-三台阶法4.3 围岩应力对比分析选取Z=35与Z=45断面，分析在不同开挖方案下其隧道围岩最大主应力分布情况，2个断面围岩最大主应力见图11~图13﹒湖南城市学院学报（自然科学版） 2021年第2期6(a)Z =35断面围岩最大主应力 (b)Z =45断面围岩最大主应力图11 预留核心土-上下台阶法典型断面围岩的主应力云图(c)Z =35围岩断面最大主应力 (d)Z =45围岩断面最大主应力图12 预留核心法典型断面围岩的主应力云图(e)Z =35断面围岩最大主应力 (f)Z =45断面围岩最大主应力图13 预留核心土-三台阶法典型断面围岩的主应力云图由图11~图13可知，预留核心土-三台阶法、预留核心土法和预留核心土-上下台阶法开挖引起的围岩主应力分布规律较为相似，且在隧道开挖支护完成后，围岩均出现了一定程度的应力集中现象﹒4.4 围岩塑性区对比分析在隧道开挖支护过程中，围岩会出现应力集中现象，如当某区域的应力达到屈服应力，或超过围岩的抗剪强度，隧道周边岩体会产生塑性破坏﹒围岩塑性区是判别围岩稳定性的重要指标﹒采用FLAC 3D 软件对不同开挖支护方案下隧道围岩塑性区分布状况进行模拟分析，可判断围岩是否处于稳定状态﹒施工方案不同，对围岩的扰动程度也不一样，(a)预留核心土-上下台阶法 (b)预留核心土法 (c)预留核心土-三台阶法图14 不同开挖方式下隧道围岩塑性区分布赵勇，等：基于FLAC3D的公路隧道塌方段工程处置及其优化第30卷7从而隧道周边岩体塑性区分布情况也会不一样(见图14)﹒由图14可知，3种开挖方式下，预留核心土-上下台阶法与预留核心土法开挖时，隧洞周边拉应力分布更广泛，隧洞围岩更易发生受拉破坏；预留核心土-三台阶法开挖所对应的隧道周边受拉范围较小，即采用该法开挖时，更利于保持围岩稳定性﹒5 结论1)运用有限差分软件FLAC3D对3种施工方案进行模拟分析，3种方案均表现为拱顶沉降最大，仰拱隆起最明显﹒预留核心土-三台阶法控制围岩位移效果最好，其次是预留核心土法，预留核心土-上下台阶法最差﹒2)采用不同施工方案开挖时，围岩塑性区主要分布于右洞拱脚处、拱顶和拱肩区域﹒预留核心土-三台阶法的塑性区变化范围最小，预留核心土法次之，预留核心土-上下台阶法最差﹒3)塌方段开挖方案由预留核心土-上下台阶法改为预留核心土-三台阶法，可以明显控制围岩位移变化，减少塑性区扩展，从而保障隧道施工安全﹒4)根据白阳山隧道右线塌方事故产生的具体原因，确立了处治该塌方事故的合理方案，即建议隧道短进尺施工，掌子面逐榀开挖，及时施作初期支护，并对拱顶进行注浆加固﹒参考文献：[1]马士伟, 韩学诠, 廖凯, 等. 大断面软弱围岩隧道防塌方实时监测预警标准研究[J]. 铁道工程学报, 2014, 31(9):88-92.[2]姜安民, 董彦辰, 张晓波, 等. 基于粗糙集与模糊理论的公路隧道塌方风险评价[J]. 公路与汽运, 2020(3): 156-160. [3]周宗青, 李术才, 李利平, 等. 浅埋隧道塌方地质灾害成因及风险控制[J]. 岩土力学, 2013, 34(5): 1375-1382.[4]曹文贵, 翟友成, 王江营, 等. 山岭隧道塌方风险的集对分析方法[J]. 中国公路学报, 2012, 25(2): 90-99.[5]张胜, 何文超, 黎永索, 等. 小净距隧道洞口段地表下沉分段曲线拟合研究[J]. 湖南城市学院学报(自然科学版), 2019,28(5): 1-5.[6]郑陈旻. 隧道塌方预警预测体系及治理措施研究[D]. 上海:同济大学, 2008.[7]韦盛. 小头岭隧道塌方原因分析和处治措施研究[D]. 西安:长安大学, 2019.[8]刘智勇, 尹登华, 吴学智, 等. 某公路隧道塌方原因分析及处治技术[J]. 路基工程, 2018(1): 235-239.[9]解超平. 全断面穿越昔格达地层高速公路隧道塌方的预防和处治[D]. 成都: 西南交通大学, 2015.[10]王道远, 崔光耀, 袁金秀, 等. 强震区隧道施工塌方段震害机理及处治技术研究[J]. 岩土工程学报, 2018, 40(2):353-359.[11]王彬彬, 赵小凯, 孙熔正. 海德隧道红黏土地段溶洞超前预支护施工技术[J]. 公路, 2018, 63(10): 158-162.[12]张旭, 龚娟, 李博融, 等. 砂卵石地层隧道塌方机理及处治技术研究[J]. 公路, 2018, 63(5): 318-323.[13]李志厚, 杨晓华, 来弘鹏, 等. 公路隧道特大塌方成因分析及综合处治方法研究[J]. 工程地质学报, 2008, 16(6):806-812.[14]田志宇, 邓承波, 林国进. 隧道塌方处治支护参数选取[J].铁道建筑, 2012(6): 54-57.(责任编校：付贵海)。

采空区剩余沉降量FLAC3D数值模拟计算方法

采空区剩余沉降量FLAC3D数值模拟计算方法
陈琦;陈朝清;李森林
【期刊名称】《中国新技术新产品》
【年(卷),期】2009(000)010
【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的方法,其可靠性、准确性和可探作性直接关系到采空区治理质量的好坏.本文通过FLAC3D数值计算方法对西沟新村基建下覆采空区剩余沉降量进行计算,经过与实测资料的对比,结果相一致,说明该计算方法准确可靠,可为基建下覆采空区质量检测以及剩余沉降量的计算方法提供有益的借鉴.
【总页数】2页(P92-93)
【作者】陈琦;陈朝清;李森林
【作者单位】台州市交通勘察设计院,浙江,台州,318020;福建永福工程顾问有限公司,福建,福州,350003;中勘冶金勘察设计研究院有限责任公司,河北,保定,071051【正文语种】中文
【中图分类】TU7
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目为例 [J], 臧浩;种衍飞;冯堂武;于树宾;张昌龙
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FLAC3D中采场采空区的处理方法探讨

FLAC3D中采场采空区的处理方法探讨
张磊
【期刊名称】《山西焦煤科技》
【年(卷),期】2017(041)011
【摘要】针对FLAC3D在模拟采场采空区时所面临的问题,在对其软件特征分析基础上,得到了对采场采空区的不同方法,本文对FLAC3D处理采空区的不同方法进行了优缺点及适用性分析,并利用其内置FISH语言进行实现,最后以中煤大屯矿姚桥煤矿地质条件为实例,对不同模拟方法效果对比分析,结果表明,分步开挖软化顶板法并不能准确反映实际采场顶板运动规律,软化采场处理方式较为准确易行.
【总页数】5页(P26-30)
【作者】张磊
【作者单位】西山煤电集团公司官地矿,山西太原 030022
【正文语种】中文
【中图分类】TD32
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高速公路下伏采空区剩余沉降量FLAC_3D_计算方法_王生俊

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
(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
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

高速公路下伏多层采空区地表沉陷数值模拟及预测研究

高速公路下伏多层采空区地表沉陷数值模拟及预测研究近年来，随着我国国民经济的不断发展，经济建设对交通运输体系要求的不断提高，高速公路和高速铁路建设也以前所未有的速度推进。

由于道路网越来越密集，一些地区的高速公路和铁路不可避免地需要穿越或建立在老采空区地表。

北京至哈尔滨高速公路（简称京哈高速公路）四平至长春段K70+500—K75+000段位于刘房子煤、膨润土矿区北西侧。

矿山开采形成的采空区，导致高速公路局部路面变形，出现裂缝，道路路基下沉。

本文依托“京哈高速公路四平至长春段改扩建工程刘房子路面塌陷段勘查”项目，在阅读和总结大量前人研究文献基础上，以四平至长春段K73+100—K73+500段路面塌陷为研究对象，完成本论文。

首先分析了研究区区域构造地质条件，煤系地层工程地质条件和水文地质条件，煤层厚度、顶底板岩石物理力学条件，煤矿开采历史及现状和采空区范围。

根据野外现场调查、钻探和物理勘探资料，分析研究区地表沉陷特征、分布规律及其形成机理。

然后根据研究区刘房子煤矿调查资料，运用MATLAB软件，以概率积分法为理论基础，编制多层任意形状采空区地表沉陷预计系统，并将系统用于研究区高速公路地表沉陷计算。

利用有限差分法FLAC数值模拟软件，研究汽车动荷载作用下采空区地表变形规律。

采用改进的遗传算法求解和优化Holt-Winters模型的组合参数，建立高速公路沿线监测点地表沉陷的预测模型。

最后对研究进行总结并提出今后研究的建议。

论文包括以下八个部分：绪论、研究区地质环境条件、高速公路地表沉陷特征及其机理分析、多层采空区地表沉陷预计系统设计、研究路段地表沉陷预计分析、汽车动荷载作用下采空区地表变形数值模拟、采空区地表沉陷非线性预测模型研究及结论和展望。

本文建立了基于概率积分法的多层任意形状采空区地表沉陷预计模型，利用MATLAB编制程序并制作界面窗口，形成了基于概率积分法的开采沉陷预计系统。

以研究路段下地质采矿条件为原型设计模型，研究采空区埋藏深度、采空区尺寸、汽车荷载速度对采空区上覆岩层及高速公路地面变形的影响。

乌鲁木齐市过境段公路下伏采空区地表变形计算分析

乌鲁木齐市过境段公路下伏采空区地表变形计算分析发布时间：2022-09-14T09:39:38.208Z 来源：《新型城镇化》2022年18期作者：吴景伟1 王立鹤2 [导读] 国道216线乌鲁木齐市过境段公路工程位于乌鲁木齐市东侧，道路等级为城市快速路，线路全长约43.029km。

1. 中交第二航务工程局有限公司武汉 430040；2. 新疆交通建设管理局项目执行三处乌鲁木齐市 830049摘要：本文针对乌鲁木齐市过境段公路沿线各采空区仍处于不稳定状态，其剩余变形量均较大，地下尚存在许多空洞的现状，通过对相关评价标准的分析，采用经验公式及调查区覆岩结构特点分析预测地表变形，通过计算得出采空区地表最大剩余下沉量在384至887mm之间，大于规范所规定的沉降量，会使公路路基产生裂缝及沉陷，影响着公路运营安全。

关键词：道路工程；采空区；地表变形；计算1 引言国道216线乌鲁木齐市过境段公路工程位于乌鲁木齐市东侧，道路等级为城市快速路，线路全长约43.029km。

经现场勘察，道路经过丰源煤矿的采空区（K11+100-K11+260）、新疆兵团天发能源有限公司第一煤矿的军区后勤煤矿采空区（K11+260～K11+560）和八道湾煤矿采空区（K11+560～K11+860）。

道路工程在采空区路段以路基通过，路基设计宽度为70m，自然地面算起的路基填筑高度为2.4m，边坡坡率为1：1.5。

公路沿线第四系松散层分布于区内，岩性上部是黄土状粉土，其下部是砂砾石，厚度为5～50m，具有湿陷性。

公路沿线煤矿区属于急倾斜、近距离开采，采空区上覆岩层的稳定性差，易发生变形，见图1、2所示。

图1 矿区塌陷坑群图2 路线沿线圆形塌陷坑2 相关评价标准目前，国内《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）、《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）未对高速公路煤矿采空区上覆特大桥的变形要求有明确的规定；高速公路主要参照煤炭部颁发的《建筑物、水体、铁路及主要井巷道煤柱留设与压煤开采规程》（2016年），确定公路下覆采空区治理范围和保护煤柱的范围。

下伏采空区高速公路隧道变形特征数值分析

下伏采空区高速公路隧道变形特征数值分析1 引言高速公路隧道为线性工程，由于采空区覆岩的不均匀沉降变形，很容易造成隧道路面错落起伏、衬砌结构变形、开裂等破坏现象，对高速公路隧道的正常运营以及破坏后的补救修复，构成了严重的安全隐患和潜在危害[1-2]。

由文献检索知，国内外在高速公路隧道下伏采空区的治理标准、评价依据、理论计算及处治技术等方面尚处于经验摸索阶段、没有系统成熟的理论可供借鉴[3-5]。

目前，基于技术及经济原因，公路下伏采空区的治理，主要以注浆处治技术为主。

由于地下采空区具有隐伏性强、空间分布特征规律性差、采空区顶板冒落塌陷情况难以预测等特点[6]，因此，高速公路隧道下伏采空区的潜在危害性评价和处治技术是目前具有挑战性的难题。

山西省煤炭资源在全省大部分地区均有分布，经长期的采掘活动，留下了大范围的采空区，给省内的公路建设增加了额外的难度和费用。

随着高速公路的不断发展和建设，高速公路隧道工程不可避免地要跨越或穿越采空区。

本文结合青岛至银川高速公路中山西柳林段大雨亮隧道下伏采空区治理工程，对穿越采空区的高速公路隧道变形响应特征进行数值模拟分析，探讨高速公路隧道下伏采空区危害性评价及对其进行有效处治的途径。

2 工程概况青岛至银川国道主干线山西省离石至军渡段高速公路简称离军线，位于山西省柳林县境内，全长38.542 km。

线路途经的大雨亮隧道下伏青龙煤矿采空区。

青龙煤矿采空区分布于离石至军渡段高速公路：右线RK17+415～RK17+840（425 m）；左线LK17+490～LK17+840（350 m）。

该煤矿为村办煤矿，1975年开采至2004年底停采。

斜井开拓，开采10#煤层，年实际生产能力1万t，采厚1.8 m，煤层埋深40~140 m，煤层顶板为黑灰色泥岩，底板为灰色细砂岩。

路线设计标高以下采空区埋深53～97 m，采深采厚比30～54，岩层倾角近水平，采区少量淋水，煤柱支撑，仓房式开采，回采率40 %。