地基稳定性评价

二、老采空区地基稳定性评价
然后将相关参数输入到矿区开采沉陷预测预报系统（MSPS）， 从而求出该小区已产生的移动变形值。小区已产生的移动变形最大 值见表1。
表1 金岩相南小区已产生的地表移动变形最大值
2
东西方向
南北方向
下沉 (mm)
倾斜 (mm/m)
曲率 (mm/m2)
水平 移动 (mm)
水平 变形 (mm/m)
某矿区地基稳定性评价
论文主要内容
一、研究概况 二、老采空区地基稳定性评价 三、建筑物结构抗变形措施 四、结论
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一、研究概况
研究意义：我国国民经济的发展使土地资源利用日趋紧张， 一些建筑设施要在采空区上方或其附近建造。由于采空区的 不稳定性，会引起上覆岩层垮落塌陷，进而影响到地表大范 围的沉陷变形，可能造成地表建筑物破坏、人员伤亡及财产 损失，因而，采空区上方及其附近地面建筑物地基稳定性评 价研究具有重要意义。 研究内容：通过收集建设场地地区的有关地质采矿技术资料 ，对建设场地老采空区进行了残余沉降预测和小区的地基稳 定性评价，并提出了建筑物抗变形措施建议。
二、老采空区地基稳定性评价
2、地基稳定性分析 对于长壁工作面的正规大面积开采而言，地下煤 层开采结束以后经过一段时间，当地表沉陷趋于稳定 后(半年累计下沉量小于30 mm)，地表的开采影响具有 稳定状态。但若在此采空地表新建建筑物，由于新建 建筑物的荷载向地下有一定影响深度，当这个深度与 地下采空区的垮落带、断裂带相交叠时，就会破坏垮 落断裂带的业已平衡的状态，而使覆岩重新发生移动 变形。 建筑物荷载影响深度，根据地基中的附加应力和自 重应力进行计算。一般讲，当地基中附加应力等于相 应位置处自重应力的20 %时，即可以认为附加应力对 该深度处的地基产生的影响可忽略不计。但当其下方 有高压缩性土或别的不稳定因素如垮落断裂带时，则 应计算附加应力至10 %自重应力处，方可认为附加应 力对该深度处的地基不产生多大影响。
倾斜 (mm/m)
曲率 (mm/m2)
水平 移动 (mm)
水平 变形 (mm/m)
1700
12
-0.16～ 0.22
650
-6～7
13
-0.3～ 0.28
550
-8～10
q aebt
二、老采空区地基稳定性评价
在对国内其它矿区的观测资料进行分析的过程中，发现残余下沉 阶段的主要预计参数如下沉系数、主要影响角正切与时间成负指数 函数关系递减，而水平移动系数等基本不变。从而总结出了以下的 预计参数计算公式： 下沉系数的计算公式为： q=ae-bt a=0.0286ln(D/H)+0.0395 b=-0.1195[H/(D*m)]+0.4182 主要影响角正切的计算公式为： tgβ=ae-bt l=2.5376(D*m/H)-0.6766 k=0.0151(D*m/H)-0.0018
源自文库
二、老采空区地基稳定性评价
冒落带高度计算公式 H m
4.7 M 19 100 M 2.2
（2-7）
裂缝带高度计算公式 H li 20
M 10
表5 地基自重应力 累计厚 度/m 65 85 115 141 167 173 174.35 186.35 187.58 199.58 容重 γ/(t/m3) 1.8 2.2 2.5 2.3 2.6 2.4 1.4 2.4 1.4 2.4 各岩层自重 应力 /KPa 1170 440 750 598 676 144 18.9 288 17.22 288 底面自 重应力 /KPa 1170 1610 2360 2958 3634 3778 3796.9 4084.9 4102.12 4390.12
曲率 (mm/m2)
水平 移动 (mm)
水平 变形 (mm/m)
180
0.5
-0.045～ 0.045
60
-0.4～ 0.35
0.45
-0.055～ 0.035
60
-0.36～ 0.24
二、老采空区地基稳定性评价
小结
以上分析表明，该矿区区域从整体上来说处于稳定阶段 ，地表移动变形值较小，损坏等级为I,在建筑物的允许变 形范围内，只要对建筑物采取一定的加固措施，就可保证 建筑物的安全，不会使建筑物损害。
三、建筑物结构抗变形措施
建议对该矿区各建（构） 筑物采取如下保护措施： 1)控制楼房长度，设置沉降变形缝。 2)建议可采用柱下独立基础加联系梁以提高其整体刚度 ，或采用柱下条形基础或桩基础。 3)适当提高轻钢结构房屋结构刚度和强度，如增设附加 构件、加大构件断面等。
四、结论
(1)计算分析表明，该矿区已产生的地表最大移动变形 量为：最大下沉1700mm；最大倾斜13mm/m；最大曲率 0.28mm/m2；最大水平变形10mm/m。 老采空区充分“活化”后引起的地表残余移动变形最大值 为：最大下沉180mm；最大倾斜0.5mm/m；最大曲率 0.045mm/m2；最大水平变形0.35mm/m。 (2)通过计算建筑物荷载影响深度与老采空区冒落裂缝 带之间的相互位置关系，表明在该矿区建筑12层楼不会直 接引起老采空区的“活化”。 (3)根据长壁老采空区破裂覆岩“活化”机理和各种因 素对老采空区“活化”影响论证分析，在本区地质采矿条 件下，只要在建筑物设计采取适当的结构措施，在地面建 设小区是可行和安全的。
85.3 77.8 70.9 64.7 59.1
95.8 87.3 79.7 72.7 66.4
106.3 96.9 88.4 80.7 73.7
116.8 106.5 97.1 88.7 81.0
127.3 116.1 105.9 96.9 88.3
26
28 30 32 34
40.9
37.5
47.5
表2 相关参数及下沉系数 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 工作面采 深H/m 370 300 380 340 320 270 260 260 工作面走 向长度D/m 349 167 260 443 385 245 613 212 开采厚度 m/m 2.25 2.25 2.25 2.25 2.25 2.25 2.25 2.25 a 0.0378 0.0227 0.0284 0.0471 0.0448 0.0367 0.0640 0.0337 b 0.362 0.323 0.341 0.377 0.374 0.360 0.396 0.353 q 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
9
173 155
10
190 172
11
207 189
12
224 206
地基自重应 力的 10% (KN/m2 )
28.8 32.4 36.0 39.6 43.2
深度Z(m)处 地基附加应 力σσ (KN/m2)
16 18 20 22 24
64.3 58.6 53.5 48.8 44.6
74.8 68.2 62.2 56.8 51.8
二、老采空区地基稳定性评价
1、本区地表沉陷预测模型及参数 据矿区地表移动规律研究成果分析，本区地表移动规律基 本符合概率积分模型，因此本区的地表移动和变形预计采用 概率积分法预测模型。 根据煤矿的地质条件及开采煤层的状况，确定本次沉陷现 状预计采用的预计参数为： 下沉系数：q=0.8 水平移动系数：b=0.25 主要影响角正切：tgβ=2.2 开采影响传播角： 0 94.09 0.89 拐点偏距： s=0.1H0
（2-8）
底层序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
岩土 名称 表土 层 泥岩 粉砂 岩 泥岩 砂岩 泥岩 3号煤 砂岩 4号煤 砂岩
层厚 /m 65 20 30 26 26 6 1.35 12 1.23 12
二、老采空区地基稳定性评价
建筑物荷载影响深度计算 由公式
Kc 1 2 ABz( A 2 B 2 2 z 2 ) AB arctan 2 A2 B 2 z 2 ( A z 2 ))( B 2 z 2 ) A 2 B 2 z 2
c p
FD
0
c
z 地基自重应力的10%(KN/ m 度Z（m）处地基附加应力 基地附加压力(KN/ 基地均布荷载(KN/ (KN/
2
二、老采空区地基稳定性评价
表6 建筑物荷载影响深度计算
住宅楼层数
基底均布荷载(KN/m2) 基底附加压力(KN/m2)
6
122 104
7
139 121
8
156 138
二、老采空区地基稳定性评价
垮落断裂带发育高度与建筑物荷载影响深度之间的相互 关系有如下三种情况： (a)两者之间有一定的距离，这种情况的建筑物荷载不会 影响垮落断裂带的稳定性。 (b)两者正好接触，这种情况建筑物荷载为临界荷载。 (c)两者相互交叉，这种情况的建筑物荷载会影响到垮落 断裂带的稳定性，建筑物会受到较大不均匀沉降的影响。 因此，以建筑物荷载影响深度是否达到垮落断裂带发育 高度为原则，来进行建筑地基的评价和楼房建筑层数的确 定。在具体计算时，考虑到计算误差等因素，两者之间要 留设5～10 m的安全保护层。
1.0
1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
二、老采空区地基稳定性评价
然后通过MSPS系统预计出该小区地表的残余移动变形，见 表4：
表4 金岩相南小区残余移动变形最大值
东西方向
下沉 (mm)
南北方向
倾斜 (mm/m)
曲率 (mm/m2)
水平 移动 (mm)
水平 变形 (mm/m)
倾斜 (mm/m)
167
260 443 385 245 613 212 282
2.25
2.25 2.25 2.25 2.25 2.25 2.25 2.25
2.502
3.907 6.763 6.193 4.504 12.785 6.881 4.690
0.0171
0.0214 0.0425 0.0391 0.0290 0.0783 0.0259 0.0301
（2-9）
求出附加应力系数
则建筑物矩形中心处附加应力计算公式为：
z ( K c1 K c 2 K c3 K c 4 ) p0
（2-10）
G
基础及其上回填土的总量 G r 基底平均压力 p N F G 基底处的土中自重压力 r D 基底平均附加压力 p p -
43.6
54.2
49.7
60.9
55.8 51.4
67.5
61.9 57.0 52.4
74.2
68.0 62.6 57.7 53.3
80.9
74.2 68.3 62.8 58.1
46.8
50.4 54.0 57.6 61.2
二、老采空区地基稳定性评价
小结
根据计算，冒落裂缝带高度为59.81m，十二层楼房的 荷载影响深度为34m，小区下方的煤层的最小采深为200m ，因此，即使地面建筑十二层楼房，其荷载影响深度也不 会传递到冒落裂缝带，建筑物不会受到较大不均匀沉降的 影响。
式中：H-工作面采深 D-工作面走向长度 m-开采厚度
（2-1） （2-2） （2-3） （2-4） （2-5） （2-6）
二、老采空区地基稳定性评价
由于矿区地质采矿条件的限制，还需对模型进行一定的调整。 若计算出的q和tgβ值太小，则将下沉系数、主要影响角正切的下限分 别定为：0.1 和1.0。 则所求值见表2和表3：
9
300
282
2.25
0.0377
0.362
0.1
二、老采空区地基稳定性评价
表3 相关参数及主要影响正切值 编号 工作面采 深H/m 370 工作面走 向长度 D/m 349 开采厚度 m/m 2.25 l k tgβ
1
4.709
0.0302
1.0
2
3 4 5 6 7 8 9
300
380 340 320 270 260 260 300