老采空区上建高层建筑物的地基稳定性综合评价
采空区地基稳定性问题实例分析
采空区地基稳定性问题实例分析建筑工程所 任彦会 万叶青摘 要针对潍柴动力股份有限公司铸造中心一期工程建设，最初选址为采空区地基的问题，通过多方论证和预测分析，对该采空区地基进行了综合评价，最终否定了该选址方案，从而避免了灾害的发生。
本文汇总有关评价方法，以供类似工程参考。
关键词采空区 地基 塌陷1 采空区概念采空区是将岩体中间的煤层或矿层开挖后在顶板和底板岩层之间形成的空间区域。
采空区根据开采现状可分为老采空区、现采空区和未来采空区三类，其中老采空区是指建筑物兴建时，历史上已经采空的场地；现采空区是指建筑物兴建时，地下正在采掘的场地；未来采空区则是指建筑物兴建时，地下富存有工业价值的矿层，目前尚未开采，而规划中要开采的场地，见图一。
图一 采空区剖面示意图采空区所带来的主要灾害是地表变形和采空塌陷，其特点是：采空区面积区域性差异大，所产生的地质灾害及带来的影响也各不相同，一般是同一地区采深采厚比越大、采空区面积越大、开采层数越多其所造成的地面影响也越大。
大面积的采空区扰动了地球环境，改变与破坏了地球表面和岩石圈的自然平衡，产生了大面积的采空塌陷等地质灾害。
其结果导致江河断流，泉水、地下水枯竭，土地干旱贫瘠，农业欠收，生态环境恶化；还会导致高速公路、铁路、机场和西气东输、南水北调等重大工程以及城市建筑因处理采空问题而增加建设难度的费用。
2 工程概况本工程潍柴动力股份有限公司铸造中心一期工程，占地面积约为800亩，总投资约12亿元人民币，工艺先进，居世界领先水平，一期工程均为新建建筑，主要建筑物包括1号铸铁车间（70000㎡）、综合库、成品库、金属炉料库、焦炭石灰石及耐火材料库、膨胀土煤粉合金库、砂库、气体机装配试验车间及其配套服务的厂区办公楼、食堂、浴室、其他辅助站房等共计10万余平方米建筑面积。
1号铸铁车间是主要生产车间，屋架下弦标高标高12.000~15.000米，跨度18~24米，钢排架结构；主要结构采用焊接H型钢柱，梯形钢屋架钢天窗架，1.5x6.0米预应力大型钢筋混凝土屋面板构件；维护结构采用煤矸石砖墙体，外加单层彩钢板；冲天炉是铸造中心关键设备，为美国公司厂品，30多米高钢框架结构，对地基不均匀沉降要求较高，不允许有沉降差；其余大部分生产线采用进口设备，对地基不均匀沉降要求也较高，允许沉降差2/1000。
采空区上方建筑物地基稳定性评价
因此 采空 区稳定 性评 价 在可行 性 研究 阶段 需要 得到
范 围 内 ， 拆 迁 的 为 煤 矿 ２ 业 广 场 建 筑 物 和 ２ 业 厂 待 ］ ２ １ ２
房 以 及 住 宅 ， 建 建 筑 物 将 由 多 层 住 宅 和 小 高 层 住 拟
宅 以 及 少 许 公 建 组 成 ， 建 筑 面 积 ３ ． ９万 ｍ 总 ０３ 。
总 第 １５期 ３
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采 空 区 上 方 建 筑 物 地 基 稳 定 性 评 价
戴 天新
（ 州 矿 务 集 团有 限公 司 ，江 苏 徐 州 徐 ２ １０ ） ２ ０ ８
该 区 域 地 表 主 要 为 粉 土 、 土 层 ， 度 约 为 粘 厚 ５ ｎ， 下 为 二 叠 系 一 石 炭 系 一 奥 陶 系 的 砂 岩 、 ０Ｉ 以 灰
岩 、 岩 夹 煤 层 为 主 。 场 地 及 附 近 无 全 新 活 动 断 裂 页
分布 ， 地 区域地 壳稳 定 。 场
１ 采空 区地基 稳定 性评 价方 法
在 老 采 空 区上 方 修 建 建 筑 物 的关 键 问 题 是 对 老 采 空 区建 筑 地 基 的 稳 定 性 评 价 问 题 ， 国 内外 这 都 在
地基稳定性分析评价内容
地基稳定性分析评价内容影响地基稳定性的因素，主要的是场地的岩土工程条件、地质环境条件、建（构）筑物特征等。
一般情况下，需要对如下建（构）筑物进行地基稳定性评价：经常受水平力或倾覆力矩的高层建筑、高耸结构、高压线塔、锚拉基础、挡墙、水坝、堤坝和桥台等。
通常涉及到岩土工程方面主要的内容有：（1）岩土工程条件包括组成地基的岩、土物理力学性质，地层结构。
特别是有特殊性岩土，隐伏的破碎或断裂带，地下水渗流等特殊情况；（2）地质环境条件包括是否建造在斜坡上、边坡附近、山区地基上，建（构）筑物与不良地质作用、特殊地貌的关联度和可能引起地基破坏失稳的各种自然因素或组合。
如岩溶、滑坡、崩塌、采空区、地面沉降、地震液化、震陷、活动断裂、岸边河流冲刷等。
按照《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)(2009年版)、《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004)和《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)规定，通常需要分析评价的内容总结如下：1、地基承载力计算与验算验算地基稳定性实质上就是验算地基极限承载能力是否满足要求。
应严格按照《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)5.2和《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004)8.2.6~8等条款执行。
2、变形验算建筑物的地基变形计算值，不应大于建筑物地基允许变形值。
在勘察阶段往往建筑物特征参数不明确，一味要求勘察报告中能有准确的结论也勉为其难，但在岩土工程勘察报告中应提供符合规范要求的岩土变形参数，供上部结构计算条件具备时按照(GB50 007-2011)5.3、(JGJ72-2004)8.2.9~12和《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)有关条款计算。
3、基础埋置深度的确定对高层建筑和高耸构筑物基础的埋置深度，应满足地基承载力、变形和稳定性要求。
位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑稳定性要求。
天然地基上的箱形或或筏形基础埋置深度不宜小于1/15H；桩箱或桩筏基础不宜小于1/18H，H为建筑物高度。
采空区地基稳定性评价报告
一、工程概况xx集团拟在xx煤矿工业广场区域新建一座50万吨/年的甲醇厂，拟建厂址利用xx煤矿的工业广场留设煤柱没有开采的有利条件，尽可能把新建甲醇厂的重要建（构）筑物布置在工业广场留设的煤柱之上（xx煤矿工业广场建筑物平面图见图1-1所示），其他建（构）筑物布置在工业广场周围的采空区之上。
拟建厂址东西长约1200m，南北宽约760m，占地面积900余亩；西为邹唐公路，北与西侧为xx煤矿铁路专用线。
交通十分便利，基础设施齐全，地形较为平坦开阔。
拟建工程建（构）筑物总平面布置见图1-2所示。
主要建、构筑物名称及要素见表1-1所示。
大型重要设备尺寸见表1-2。
荷重最大的设备为甲醇合成塔、甲醇洗涤塔、气化炉、澄清槽等。
建构筑物最高的为煤筒仓（高度43.5m）和气化框架（高度39m）。
大部分设备基础采用桩基础，钢筋混凝土结构。
精密设备、超长轴设备如大型压缩机、泵，基本都是联合平台，联合基础，不允许局部沉降。
大部分设备对下沉都比较敏感，特别是大型压缩机有轴位移和轴震动非常精密的检测报警设备，位移和振幅一般要求小于0.5mm。
表1-2 大型重要设备尺寸234二、地质采矿条件xx煤矿是xx矿区开发最早的矿井，位于xx市南xx镇和xx镇境内，井口北距xx市约11km。
xx煤矿于1960年开始建设，设计生产能力为30万t/年，1978年改扩建至45万t/年，1990年后矿井进入衰老期，1991年底注销矿井设计生产能力，之后回收部分煤柱，至2002年回收完毕，然后闭坑。
1、地层x州煤田位于鲁西隆起区西南缘的x州向斜内，属石炭二迭系含煤地层。
井田内地层自上而下分述如下：第四系，厚15.92～58.50m，由棕黄色砂质粘土及粘土质砂砾组成，含3层含水砂或砂砾层。
上侏罗系，厚0～266.59m，以紫红色厚层状中、细砂岩为主，泥质胶结，夹薄层砾岩、砂砾岩和泥岩。
下部含绿灰岩、粉砂岩互层。
底部为一层不稳定的砾岩。
石炭系太原群，井田内沉积厚度一般为151.48m，由薄层深灰色粉砂岩、泥岩和灰～绿灰色砂岩组成，中夹灰岩8层、薄煤层15层，是本区主要含煤层段，可采煤层为第16上、17、18上层煤。
王庄煤矿老采空区地基稳定性评价_滕永海
修回日期:1999-09-02作者简介:滕永海(1963-),男,山东夏津人,唐山分院高级工程师,主要从事岩层移动与“三下”采煤技术研究。
问题探讨王庄煤矿老采空区地基稳定性评价滕永海1,唐志新1,张长根2,张华杰2,张华民2(1.煤炭科学研究总院唐山分院,河北唐山 063012;2.潞安矿务局王庄煤矿,山西长治 046031)摘 要:以潞安矿务局王庄煤矿某区地基稳定性评价为实例,系统研究了在老采空区、湿陷性黄土等特殊地质条件下的地基稳定性评价方法。
指出:在建筑设计时,要充分考虑老采空区可能产生的残余沉陷变形,以及湿陷性黄土等特殊土地基对建筑物的不均匀沉降影响,要采取适当的抗变形措施,以保证建筑物的安全。
关键词:采空区;湿陷性黄土;地基稳定性评价中图分类号:T U 441+.35 文献标识码:A 文章编号:1005-2798(2000)01-0055-02 在老采空区上方进行建筑时,必须进行地基稳定性评价。
当矿区位于湿陷性黄土地区,建筑物除考虑老采空区的影响外,还要考虑湿陷性黄土对建筑物的不均匀沉降影响。
通过王庄煤矿某区地基评价实例,对这些问题进行研究。
1 基本条件王庄煤矿某区位于4204工作面老采空区的上方。
该区长94m 宽56m ,占地5267m 2。
区域内原建有八栋平房,1986年出现裂缝,现准备就地改建为一栋四层楼房,一栋二层楼房。
井下开采煤层为山西组3#煤层,煤层厚度为6.5m ,煤层倾角4.5°,最小采深158m ,最大采深172m ,采用走向长壁分层普采,全陷落法管理顶板,开采时间为1973年2月～1977年4月。
煤层上覆岩层主要有砂岩、砂质页岩、页岩和第四纪表土层组成,覆岩岩性比较坚硬。
该区域内第四纪表土层厚度为49.21m ,属湿陷性黄土。
2 地基评价2.1 评价原则煤层开采后上覆岩层形成垮落带、断裂带和弯曲带。
在垮落带,岩层被断裂成块状;在断裂带,岩层产生断裂、离层和裂隙;在弯曲带,岩层基本呈整体下沉。
采空区建筑地基的稳定性分析和施工处理方法
采空区建筑地基的稳定性分析和施工处理方法摘要：结合工作实践，探讨了采空区建筑地基的稳定性分析方法及工程实践中对采空区的常用处理方法，对采空区建筑物的布置及其抗变形结构设计等都具有重要的理论和实际运用价值。
关键词：采空区，建筑地基，稳定性分析，施工处理方法在过去几十年中，我国中西部煤炭资源的开发对国民经济的发展做出了巨大贡献。
但由于煤炭资源的开采，在中西部地区的一些老能源基地造成了大规模、大范围的采空塌陷区，导致上覆岩体冒落、断裂和弯曲，使岩体力学强度降低，造成老采空区上方建筑地基的承载能力下降。
随着西部大开发战略和基础建设的加速实施，以及小城镇建设的不断发展，可供建筑的地面严重不足，一些地区的公路、铁路、厂房、住宅楼等不得不穿越或建立在老采空区上方。
在这些静荷载或动荷载作用下，有可能使原本处于相对平衡状态的冒裂带岩体重新“活化”，使冒裂带岩体再压密、地下残留空洞再冒落，导致地表产生附加移动和变形，进而使新建建筑物沉降、局部开裂、倾斜、直至倒塌。
因此，开展对老采空区建筑地基稳定性评价及其变形破坏规律的研究工作，对老采空区建筑地基的处理、采空区建筑物的布置及其抗变形结构设计等都具有极其重要的理论和实际运用价值。
1、采空区建筑物地基的稳定性分析老采空区建筑地基的危害程度及稳定性评价在国内外都属于一个较新的课题。
在老采空区上方修建建筑物的关键问题是对老采空区建筑地基的稳定性评价问题。
目前，我国的相关分析方法有以下三种。
1.1力平衡分析法[1]如图1所示，矿层采空后其顶板岩块ABCD 因重力W 的作用而下沉，两边的楔体ABM 和CDN 也对其施加水平压力P 。
因此，在AB 和CD 两个面上又受到因P 的作用而产生的摩阻力f 的抵抗。
现取采空段(巷道)单位长度为计算单元，则作用在巷道顶板的压力为:Q=W-2f （1）W=B H γ。
f =P tan φ=21γH 2(45°-2φ) （2） P=2Hγtan 2(45°-2φ) （3）式中:Q ———巷道单位长度顶板上所受的压力，kN/m ；W ———巷道单位长度顶板上所受的总重力，kN/m ；P ———楔体ABM 和CDN 作用在AB 和CD 面上的主压应力的最大值，kN/m ； f ———巷道单位长度侧壁的摩阻力，kN/m ；H ———巷道顶板的埋藏深度，m ；B ———巷道宽度，m ；φ———岩层的内摩擦角，(°)。
采空区地基稳定性评价报告
一、工程概况xx集团拟在xx煤矿工业广场区域新建一座50万吨/年的甲醇厂，拟建厂址利用xx煤矿的工业广场留设煤柱没有开采的有利条件，尽可能把新建甲醇厂的重要建（构）筑物布置在工业广场留设的煤柱之上（xx煤矿工业广场建筑物平面图见图1-1所示），其他建（构）筑物布置在工业广场周围的采空区之上。
拟建厂址东西长约1200m，南北宽约760m，占地面积900余亩；西为邹唐公路，北与西侧为xx煤矿铁路专用线。
交通十分便利，基础设施齐全，地形较为平坦开阔。
拟建工程建（构）筑物总平面布置见图1-2所示。
主要建、构筑物名称及要素见表1-1所示。
大型重要设备尺寸见表1-2。
荷重最大的设备为甲醇合成塔、甲醇洗涤塔、气化炉、澄清槽等。
建构筑物最高的为煤筒仓（高度43.5m）和气化框架（高度39m）。
大部分设备基础采用桩基础，钢筋混凝土结构。
精密设备、超长轴设备如大型压缩机、泵，基本都是联合平台，联合基础，不允许局部沉降。
大部分设备对下沉都比较敏感，特别是大型压缩机有轴位移和轴震动非常精密的检测报警设备，位移和振幅一般要求小于0.5mm。
表1-2大型重要设备尺寸表1-1主要建、构筑物一览表234二、地质采矿条件xx煤矿是xx矿区开发最早的矿井，位于xx市南xx镇和xx镇境内，井口北距xx市约11km。
xx煤矿于1960年开始建设，设计生产能力为30万t/年，1978年改扩建至45万t/年，1990年后矿井进入衰老期，1991年底注销矿井设计生产能力，之后回收部分煤柱，至2002年回收完毕，然后闭坑。
1、地层x州煤田位于鲁西隆起区西南缘的x州向斜内，属石炭二迭系含煤地层。
井田内地层自上而下分述如下：第四系，厚15.92～58.50m，由棕黄色砂质粘土及粘土质砂砾组成，含3层含水砂或砂砾层。
上侏罗系，厚0～266.59m，以紫红色厚层状中、细砂岩为主，泥质胶结，夹薄层砾岩、砂砾岩和泥岩。
下部含绿灰岩、粉砂岩互层。
底部为一层不稳定的砾岩。
采空区稳定性分析与评价
采空区稳定性分析与评价【摘要】如今，随着我国的经济及许多方面都在不断的发展，我们在开采不同矿产资源的过程中遇到的问题也随之暴露出来，比如说北方的冬天要大量的消耗煤炭资源，但是随着我们对煤炭的大量开采，地下就会形成采空区，我们对资源的开发又不能只局限在地表，那么在矿区地表建筑物的稳定性就会受到影响。
【关键词】采空区的稳定；分析；稳定性评价；一、前言目前我国对不同资源的开发在逐渐的增加，尤其是我们日常所必须的煤炭、铁矿等这类资源，长期发展下去，我们所面临的采空区面积会不断增加，所以在进行地表建筑物的建造时就有必要避开这些区域，如果在采空上方建造一些高层建筑物的话就极有可能存在很大的安全隐患。
因此我们就有必要采取措施对采空区进行填充来保证地基的牢固性。
二、采空区稳定性的判断通常我们在对地下资源进行开发时都会提前考虑这片地区所能承受的开采量，但是有时为了获得更大的资源开发，我们对地下矿产的利用可能会大于它所能承受的范围。
在地下资源被开采出来后，这片地下区域就被称之为采空区，我们对矿产的开发会导致采空区附近和地表上覆盖的岩石和土壤结构被破坏，随着时间的流逝，这些从前开发遗留下来的采空区会通过自然的变化逐渐变得稳定，继而发展成为老的采空区。
但是在老的采空区的地表如果建造新的甚至是高层的建筑后就有很大的可能会打破这种平衡状态，会对采空区的稳定性受到影响，造成采空区的活化状态，使采空区和它上面的地表结构再次发生移动和变形。
这样对我们新建造的工程和周围的居民安全都会产生不利影响。
现如今，我们对老的采空区进行活化判断的方法有很多。
我们可以通过检测建筑物对采空区的深度的影响来判断建筑物的总体质量、采空区的横跨带以及可能在哪种地方发生断裂，断裂发生的可能性，断裂的地区是否会发生重叠等各种问题，对是否造成采空区的活化有很大的提示性。
科学的检测方法是在工程学的地质手册这本书中具体的讲述了可能造成采空区活化的临界深度的计算标准公式，根据这个我们可以能否在采空区建造建筑物提出了有利的依据。
某煤矿老采空区地基稳定性评价
山西建筑SHANXI ARCHITECTURE第44卷第4期・54・2 3 2 1年2月Voi. 44 No. 4Feb. 2321文章编号:1039-6825( 2321)34-0354-34某煤矿老采空区地基稳定性评价张德成 李维*代亚（江苏华晟建筑设计有限公司，江苏徐州221046）摘要：以多层煤矿老采空区上建设民用住宅的地基稳定性为研究对象,通过搜集资料、物探、钻探验证，得出评价场地的煤田地 质、煤层开采情况等，探明了 1煤、3煤采空区影响范围内岩土体完整程度，根据煤田地质构造、煤层开采、采空塌陷情况等，分别 评价煤层开采、地表变形、建筑荷载对其地基稳定性的影响，综合评价后得出地基不稳定的结论，并提出了相应处理措施。
关键词：煤矿采空区，地基，稳定性,评价中图分类号:TU441.33 文献标识码:A0引言改革开放以来，国民经济发展迅速，煤矿采空区及其周 边的场地逐渐被开发。
由于煤矿经历了长时间的开采，形 成采空区,采空区以上的岩土层、地表失去平衡而发生大的 移动和变形，经过一段时间后变形会逐渐稳定，但地表还会 存在部分剩余沉降,特别是在采空区上施加较大荷载后，在 荷载的作用下，地基岩土体中将产生附加应力并向下传递, 因此会改变老采空区上方破裂岩土体的受力状态，使破裂 岩土体的应力增加，产生附加沉降,影响新建建筑物的安 全，出现建筑物开裂等隐患。
多年以来,众多学者对煤矿采空区地基稳定性进行了 大量研究[°6],但对大面积的多层老采空区上新建高层建筑 的地基稳定性研究并不多。
本文以徐州市贾汪区某住宅小 区工程为例,对煤矿老采空区建筑地基稳定性进行评价,以坡上存在的裂缝宽度较大，多数裂缝处已生长出大量植被, 植被的存在会使浆砌片石下方土体更为松散，雨季时加剧 护坡内土体流失，从而加剧空洞和裂缝的发展。
护坡空洞 的存在会加剧护坡下侧土体流失,从而形成恶性循环,加剧 裂缝的发展。
当局部空洞连成大面积空洞时，上部浆砌 片石护坡与下部土体接触面积减小，两者间摩阻力进一 步减小，最终随着空洞范围逐渐增大，摩阻力不能有效抵 抗浆砌片石自重作用而出现护坡整体滑落，造成较大的 安全事故。
地基稳定性评价
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
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
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
老采空区建筑地基稳定性评价理论与方法
老采空区建筑地基稳定性评价理论与方法老采空区是一个非常特殊的地形类型，其地下有许多空洞和凹陷，这些空洞可能影响地基的稳定性。
为了防止在新建筑的建设过程中出现地基稳定性问题，科学的评估地基稳定性是十分必要的。
因此，开展老采空区建筑地基稳定性评价理论与方法的研究是十分重要的。
首先，要准确地研究老采空区建筑地基的稳定性问题，应该从岩性、地下水位、空洞大小、空洞周围地层、建筑结构等方面进行详细分析。
尤其要重视空洞底部地层，即老采空区通常是泥质或淤泥质，其强度有可能受到地下水的影响，从而影响地基的稳定性。
此外，还要考虑空洞的大小，小空洞可能会引起地基的变形，从而影响地基的安全性；大空洞可能会对建筑物地基造成直接压力，从而影响建筑物地基抗压能力。
其次，需要通过实验、理论分析及试验研究，确定老采空区建筑地基稳定性评价理论与方法。
老采空区建筑地基稳定性评价理论与方法主要分为宏观稳定性评价、微观稳定性评价和模型评价三种。
宏观稳定性评价主要考虑到岩性、地下水位、建筑结构等，通过现场调查、地面测量来得出结论；微观稳定性评价主要考虑老采空区的空洞大小、空洞周围地层，将需要评估的部分抽取出来，进行深入的评估；模型评价主要考虑到建筑物的抗压能力，建立抗压模型，结合现场调查所获得的数据，得出建筑物地基稳定性的结论。
最后，老采空区建筑地基稳定性评价方法也应充分考虑诸如地下水等潜在风险因素，结合地质调查、计算机模拟、物理模拟等，进一步完善老采空区建筑地基稳定性评价理论与方法。
通过详细的分析，可以准确地判断地基稳定性问题，从而防止建筑施工中出现地基稳定性问题，确保建筑物的安全性。
综上所述，老采空区建筑地基稳定性评价理论与方法的研究十分有必要，要求从岩性、地下水位、空洞大小、空洞周围地层、建筑结构等多方面准确分析老采空区建筑的稳定性问题。
通过实验、理论分析及试验研究，确定老采空区建筑地基稳定性评价理论与方法，潜在风险因素也应充分考虑。
建筑地基的稳定性分析和评价
建筑地基的稳定性分析和评价一、地基稳定性地基稳定性是指主要受力层的岩土体在外部荷载作用下沉降变形、深层滑动等对工程建设安全稳定的影响程度，避免由此地基产生过大的变形、侧向破坏、滑移造成地基破坏从而影响正常使用。
按照(GB 50021-2001) (2009年版) 14.1.3、14.1.4规定，岩土体的变形、强度和稳定应在定性分析的基础上进行定量分析。
评价地基稳定性问题时按承载力极限状态计算，评价岩土体的变形时按正常使用极限状态的要求进行验算。
二、地基稳定性分析评价内容影响地基稳定性的因素，主要的是场地的岩土工程条件、地质环境条件、建（构）筑物特征等。
一般情况下，需要对经常受水平力或倾覆力矩的高层建筑、高耸结构、高压线塔、锚拉基础、挡墙、水坝、堤坝和桥台等建（构）筑物进行地基稳定性评价。
通常情况下，涉及到主要的内容有：（1）岩土工程条件包括组成地基的岩、土物理力学性质，地层结构。
特别是有特殊性岩土，隐伏的破碎或断裂带，地下水渗流等特殊情况；（2）地质环境条件包括是否建造在斜坡上、边坡附近、山区地基上，建（构）筑物与不良地质作用、特殊地貌的关联度和可能引起地基破坏失稳的各种自然因素或组合。
如岩溶、滑坡、崩塌、采空区、地面沉降、地震液化、震陷、活动断裂、岸边河流冲刷等。
按照《岩土工程勘察规范》(GB 50021-2001) (2009年版)、《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004)和《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)规定，对山东地区该问题常见的几种情况罗列如下：1、地基承载力计算与验算验算地基稳定性实质上就是验算地基极限承载能力是否满足要求。
应严格按照《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011) 5.2和《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ 72-2004)8.2.6~8等条款执行。
2、变形验算建筑物的地基变形计算值，不应大于建筑物地基允许变形值。
在勘察阶段往往建筑物特征参数不明确，一味要求勘察报告中能有准确的结论也勉为其难，但在岩土工程勘察报告中应提供符合规范要求的岩土变形参数，供上部结构计算条件具备时按照(GB 50007-2011) 5.3、(JGJ 72-2004) 8.2.9~12和《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2002)有关条款计算。
老采空区上方拟建高层建筑物稳定性评估
老采空区上方拟建高层建筑物稳定性评估刘书杰【摘要】针对老采空区建设高层建筑物稳定性差的难题,利用理论分析和数值模拟对老采空区拟建高层建筑物稳定性进行评估,得出9#煤层垮落带最大高度为12.4m,导水裂缝带高度为54.4m.10-2#煤层垮落带最大高度为9.2m,导水裂缝带高度为35m.高层建筑物建成后会造成9#煤层采空区二次活化,10-2#煤层采空区也会受到叠加活化效应的影响;待建立18F高层建筑物后,地表发生二次沉降,地基下沉最大值为56.5mm;9#煤层、10-2#煤层采空区注浆充填后,地表沉降减小至6.58mm左右,表明采用地面预注浆工艺能够保证18F高层建筑物的稳定.【期刊名称】《中国煤炭》【年(卷),期】2017(043)009【总页数】5页(P68-72)【关键词】老采空区;高层建筑物;稳定性评估;地面预注浆【作者】刘书杰【作者单位】煤炭科学研究总院建井研究分院,北京市朝阳区,100013;北京中煤矿山工程有限公司,北京市朝阳区,100013【正文语种】中文【中图分类】TD353Abstract Aiming at the poor stability of high-rise buildings above old gobs, the stability evaluation of proposed high-rise buildings above old gobswas studied by theoretical analysis and numerical simulation, which concluded that the maximum height of caving zone and water flowing fractured zone of No. 9 coal seam were 12.4 m and 54.4 m respectively, while that of No. 10-2 coal seam were 9.2 m and 35 m respectively. The gobs of No. 9 coal seam would reactivate after the completion of high-rise buildings, so that the gobs of No. 10-2 coal seam would be affected by superposition activation; the ground secondary settlement would be observed, and the foundation's maximum subsidence was 56.5 mm; after grouting in gobs of No. 9 coal seam and No. 10-2 coal seam, the maximum subsidence of foundation reduced to 6.58 mm. The results showed that ground pre-grouting technique could ensure the stability of the 18F high-rise buildings.Key words old gobs, high-rise building, stability evaluation, ground pre-grouting随着我国城镇化建设不断发展，老矿区改造为生活区的工程逐渐增多。
采空区建筑地基稳定性评价
质 力学 、 构力学 、 质基 础稳定 与地 基稳 定规 范规 结 地
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程和本地实际经验 ， 综合对 比评价 ， 准确评估 了其建 筑适 宜性 ， 为国家 节约 了宝 贵土 地资 源 。
图 ｌ 东风煤 矿 ｌ 号井采 空区巷 道平面示意图
关键词 采空区 地 基 变 形 建 筑 地 基 稳 定 性 分 析
随着 国家经 济 建 设 的不 断发 展 ， 地 资 源 愈来 土 愈珍 贵 ， 空 区地表 的利 用 问 题 已成 为 建 筑工 程 施 采 工及建 筑结 构设 计 中的重 要 问题 之一 。在 已有 采空 区地表 建设 热 电厂 、 工 厂 及其 他 专 用 厂房 等 大 型 化 建 筑物 及构 筑物 ， 及建 筑 物 或 构 筑 物荷 载 建 筑 基 涉 础 与地 基等一 系列 问题 。 而这些 问题 最终都 归结 为 对采 空 区地表 建设 大 型建筑 物或 构筑物 的 可行性 及 建筑 基础 的 可靠性 问题 … 。山 东化 工 ５ ２万 ｔ ａ ・
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尿素技改项 目曾被确定为地质灾害危险性评估级别 级， 场地建筑适宜性差 ， 不宜建筑 ， 应采取避让措 施 。本文以数理统计理论 为主， 地质空间模拟 与地
桩直 径 １ ｍ， 端 入 岩 ０ ６ 桩 径 ０ ６ 基 础埋 深 ６ 桩 ． ｍ， ． ｍ，
成 三个 不 同破坏 带 ， 冒落带 （ 、 隙带 （ 、 即 ｈ）裂 ｈ ） 弯 曲下沉 带 （ ， ， ｈ ） 俗称 “ 三带 ” 理论 ｊ 。根据 “ 带 ” 三 理 论， 可判 定 采动 影 响 的范 围 和程 度 。 当采 空 区顶 板
高层建筑天然地基稳定性评价(图文)
高层建筑天然地基稳定性评价(图文)论文导读：地基稳定性评价是民用建筑工程地质勘察中最主要的任务，为了保证建筑物的安全稳定和正常使用，必须地基对的稳定性进行评价。
关键词：高层建筑，天然地基稳定性，评价0引言地基稳定性评价是民用建筑工程地质勘察中最主要的任务，为了保证建筑物的安全稳定和正常使用，必须地基对的稳定性进行评价。
[1]对地基的评价包括[2]：1）场地和地基的整体稳定性；2）地基均匀性评价；3）地基变形性评价（估计建筑物的沉降,倾斜,差异沉降）；4）提出地基承载力标准值，根据岩土工程条件,提出基础和结构的设计施工措施及监测工作的建议。
文章以成都某拟建大楼为实例，对高层建筑场地的天然地基进行评价。
1工程概况拟建大楼位于成都市南延线东侧，地形平坦，交通便捷。
该大楼由一座24F办公楼（主楼）和一座3F的员工餐厅（附楼）组成，大楼带三层地下室（-11.5m）。
其中办公楼高99.20m,平面尺寸75.6m30.79m；员工餐厅高22.40m,47.3m43.15m。
2地层岩性根据现场钻探取芯鉴别，主要地层与地层描述如下：①生活填土层：疏松，欠固结，均匀性极差，厚约2m。
②粘土（Q3al+pl）：灰黄色，可塑，干强度中等，厚0.7～2.9m。
③粉质粘土（Q3al+pl）：褐黄色，硬塑为主，干强度中等，层厚0.7～3.8m。
④粉土（Q3al+pl）：褐黄色，稍湿，稍密～中密，干强度中等，厚0.5～2.4m。
⑤淤泥质粉土（Q4al+pl）：黑褐色，软塑，主要为淤泥质粉土，含有机质，高压缩性，抗剪强度很低，厚0.6～0.7m。
⑥砂土（Q3al+pl）：灰色，稍湿～湿，以细砂为主，局部地段含有少量粉土，厚1.1～5.0m。
⑦卵石土（Q3al+pl），厚5.0～9.7m，此层分为四个亚层。
松散卵石：⑦1卵石含量小于55%，排列混乱，绝大部分不接触，N1204击/dm，场区内主要分布于卵石层顶部⑦2稍密卵石：卵石含量55～60%，排列混乱，大部分不接触，N120＝4～7击/dm；⑦3中密卵石：卵石含量60～70%，呈交错排列，大部分接触，N120＝7～10击/dm；⑦4密实卵石：卵石含量大于70%，呈交错排列，连续接触，N120＞10击/dm。
老采空区地基稳定性评价及分区研究
老采空区地基稳定性评价及分区研究杨定明;沈永炬;刘彬;孙晖;刘学来【摘要】为了研究老采空区地基稳定性问题,以徐州市经济技术开发区某场地为例,从采空区三带模型出发,对采空区地表变形机理及基本规律进行研究,在此基础上结合矿区煤层可采边界及地表移动变形参数,使用地表开采沉陷预计系统M S PS对采空区引起的地面残余变形程度进行预测.研究结果表明:目前场地地表移动变形的活跃期已经结束,未来的地表沉降变形将以残余变形为主,并根据残余变形程度对采空区稳定性进行合理分区,进而对工程建设提出指导建议.%In order to study the stability of old goaf foundations ,take a site in Xuzhou economic and technological development zone as an example ,and proceed from the three-belt model of goafs to study the mechanism and basic laws of surface deformation in goafs .The boundary of the coal seam in the mining area and the surface movement deformation parameters are used .The MSPS of the surface mining subsidence prediction system is used to predict the degree of ground residual deformation caused by the goaf .The results show that the active period of the ground movement deformation of the site has ended ,and the future ground settlement deformation will be dominated by residual deformation ,and the stability of the mined-out area will be properly partitioned according to the degree of residual deformation ,so as to provide guidance for the construction of the project .【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2018(027)0z1【总页数】5页(P365-369)【关键词】采空区;地基稳定性;残余变形;沉陷预计【作者】杨定明;沈永炬;刘彬;孙晖;刘学来【作者单位】江苏省第二地质工程勘察院 ,江苏徐州221000;江苏省第二地质工程勘察院 ,江苏徐州221000;江苏省第二地质工程勘察院 ,江苏徐州221000;江苏省第二地质工程勘察院 ,江苏徐州221000;江苏省第二地质工程勘察院 ,江苏徐州221000【正文语种】中文【中图分类】TU4730 引言近些年我国社会和经济快速发展，城市规模越来越大，城市发展扩张与土地需求的矛盾也越来越突出，对于以徐州市为代表的老煤矿工业基地不得不将对老采空区的土地利用提上日程，而对于老采空区的地基稳定性的评价则变得非常重要。
某建设工程采空区地基稳定性评价
某建设工程采空区地基稳定性评价提要：本文以某工程为例，从地表移动延续时间、覆岩破坏高度、建筑物荷载影响深度等几个方面分析，评价了该建设工程采空区地基的稳定性。
关键词：采空区非充分开采地表移动持续时间覆岩破坏高度建筑荷载影响深度0 引言随着经济的发展，许多以矿产开采为主的资源型城市，建设用地紧张、选址困难的问题日益突现，探索在采空区上进行工程建设，已成为这些城市建设的发展趋势。
在采空区上进行工程建设、尤其是进行高层建设，其地基稳定性评价成了工程建设不可缺少的内容。
1 工程概况某住宅小区规划建设7栋12～16层住宅楼。
建设场地所处地貌单元为河流右岸二级阶地与黄土塬边斜坡交接带。
场地平整前为黄土斜坡前缘，高程介于862.0～876.70m之间；平整后高程为861.5～864.0m。
场地地下为煤矿开采区，地层主要为第四纪黄土及砂类土、奥陶系灰岩、石炭二迭系含煤砂页岩，拟建场地下开采的10#煤处于石炭二迭系砂页岩中，层厚1.5～1.8m，埋藏深度190～200m。
10#煤开采时间为1975～1980年，开采方法采用走向长壁式，顶板管理采用垮落法；依据采空区宽度与深度比判断，拟建场地10#煤开采的属次临界开采，地表为非充分采动，地表下沉值较小。
2 地基稳定性评价对于长壁工作面大面积开采而言，地下煤层开采结束以后，当地表半年累计下沉量小于30mm时，可认为地表移动稳定。
在此采空区上地表新建建筑物，建筑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业已稳定的平衡状态，而使覆岩发生新的移动变形，从而影响到地基的稳定性。
2.1地表移动延续时间采空区地表移动延续时间的长短与覆岩性质、开采方法、开采深度和工作面推进速度等因素有关。
在长臂垮落法开采条件下，上覆岩层愈硬、开采深度愈大、工作面推进速度愈慢，地表的移动延续时间愈长；反之，地表的移动延续时间愈短。
根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（2000年6月版，以下简称三下规程），地表移动延续时间按式（1）计算：由式（1）计算地表移动延续时间为500天。
采空区地表建筑地基稳定性模糊综合评价方法
采空区地表建筑地基稳定性模糊综合评价方法张俊英1,2)1)北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083 2)煤炭科学研究总院矿山安全技术研究分院,北京100013摘 要 应用模糊数学理论提出了采空区地表建筑地基稳定性综合评价方法,分析了采空区地表新建建筑地基稳定性的诸多影响因素,确定了评价因子,给出了主要因素的隶属度确定方法,采用层次分析法构造了评价目标的判断矩阵,合理地分配了各因素的权重,建立了模糊综合评价模型,给出了综合评价指数与采空区地基稳定性级别的对应关系.应用三个实例对该方法进行了验证.关键词 采空区;地基稳定性;模糊数学;综合评价分类号 TD 32511Fuzzy comprehensive evaluation method of the foundation stability of ne w 2build 2ings above worked 2out areasZHA N G J un 2ying1,2)1)School of Civil and Environmental Engineering ,University of Science and Technology Beijing ,Beijing 100083,China 2)Mine Safety Technology Institute ,China Coal Research Institute ,Beijing 100013,ChinaABSTRACT A fuzzy comprehensive evaluation method for evaluating the foundation stability of new buildings above work 2out areas was proposed on the basis of the theory of fuzzy mathematics.A lot of factors that influence foundation stability were analyzed ,and the evaluation elements were determined.A method for determining the subjection degree of primary factors was presented.The ana 2lytic hierarchy process was used to determine a judgment matrix ,which distributes weight coefficients for every factor rationally.Based on the proposed method ,a fuzzy comprehensive evaluation model was constructed ,and the corres ponding relation between the evaluation indexes and the level of foundation stability was obtained.The method was verified with three examples.KE Y WOR DS mined 2out area ;foundation stability ;fuzzy mathematics ;comprehensive evaluation收稿日期:2008-12-06基金项目:煤炭工业科学技术研究指导性计划项目(No.M TK J08-041)作者简介:张俊英(1965—),男,研究员,博士后,E 2mail :zhjy369@ 为了少占或不占耕地,许多矿区正在或准备在采空区地表新建建(构)筑物.由于采空区的特殊性,在采空区地表新建建筑,要结合具体情况,评价采空区地表今后的稳定性,并采取相应的处理技术措施,确保建筑物的安全.地基稳定性评价工作就是为了解决采空区地表建筑利用时地表新增荷载对采空区及覆岩的影响程度问题,分析采空区地表在新增荷载作用下是否会产生大的不均匀沉降,以此评价采空区地表建筑地基的稳定性.煤层开采后,上覆岩层形成垮落带、裂缝带和弯曲带.一般来说,垮落带、裂缝带的岩体结构破裂严重、稳定性差,而弯曲带的岩体采动破裂程度较轻、稳定性较好.当在已经塌陷的采空区地表新建建筑时,新增建筑荷载影响到地表以下一定深度,如果建筑荷载影响深度足以触及到开采所形成的垮落带、裂缝带时,就会破坏这两带业已形成的平衡状态而使覆岩重复移动,进而使地表重新产生较大沉降.采空区地表不再因新增建筑荷载扰动而重新产生较大沉降时的采空区临界深度应该大于垮落带、裂缝带高度与建筑荷载影响深度两者之和,当实际采深大于临界深度后,建筑荷载不会使采空区重新沉降,此时可认为采空区地表建筑地基处于稳定状态[1-3].采空区地表建筑地基的稳定性是由多因素决定第31卷第11期2009年11月北京科技大学学报Journal of U niversity of Science and T echnology B eijingV ol.31N o.11N ov.2009的.事实上,采空区稳定与不稳定之间难以划定明确的界限,从一方到另一方中间经历了一个从量变到质变的连续过渡过程,这种不确定性适合用模糊数学理论来解决[4].应用模糊数学发展起来的综合评判法被越来越多地应用到一些工程综合决策中.韩武波运用专家分析法和层次分析确定了黄土区大型露天矿排土场水土流失的评价因子,建立了排土场水土流失评价指标体系和评价模型,并据此对平朔安太堡露天矿南排土场不同复垦时期的水土流失危害进行了评价[5].赵奎应用模糊理论研究了岩金矿山采空区及残留矿柱回采稳定性[6].文献[7-10]对不同目标进行了综合评价.笔者在多年研究基础上,根据采空区地表新建建筑地基稳定性研究对象的诸多影响因素,确定其评价因子,分析各因子相互关系及对目标的影响程度从而确定其权重,建立稳定性模糊综合评价模型,结合工程实际情况进行综合评价.1 稳定性主要影响因素影响采空区稳定性的因素是十分复杂的,笔者根据采空区稳定性对象的特殊性,结合十余年采空区地基稳定性评价的实验研究成果,确定影响采空区地基稳定性的主要因素如下.(1)地表拟建(建筑物)状况.拟在采空区地表建设大型工业建(构)筑物、还是普通民用建筑物,建筑物高度、层数、及占地范围,采用浅基础还是深基础,荷载大小情况等,这些拟建建筑物状况决定着对地下采空区的影响程度.(2)开采方式.长壁垮落法全采是目前应用最普遍、覆岩破坏最严重、地表沉陷最充分的开采方式,这种采空区相对也是最稳定的;正规条带开采采空区稳定性次之;房柱式及小窑穿巷式、刀柱式采空区稳定性最差,这些采空区地表既使没有新增荷载,一般也是处在不稳定状态.(3)开采深度与采厚(即深厚比H/m).一般来讲,深厚比小对地表建筑比较敏感,也即稳定性差;随着开采深度增大,地表残余沉降趋向均匀,地表新增荷载对采空区影响也趋小,稳定性增强;随着采厚的增加,采空区垮落裂缝带也随之增大,覆岩破坏程度加剧,地表荷载作用下稳定性也变差.(4)开采结束时间.对于地表充分塌陷的采空区而言,开采结束时间越长地表残余沉降也越小;对于不能充分塌陷的采空区而言,如回采率较低、顶板坚硬时未能充分垮落的采空区,即使开采结束数十年后也难以判定采空区稳定.(5)煤层倾角.随着倾角加大,地表移动与变形变得复杂化,移动盆地向下边界偏移;当倾角大于45°后,不出现充分采动的情况,因此倾角加大采空区稳定性越来越差.(6)覆岩岩性.采空区上覆岩层的组成、结构及其物理力学性质对地表移动与变形影响较大;当覆岩岩性为坚硬、中硬和软弱时开采后地表下沉系数有明显的区别,坚硬时下沉系数小,软弱时下沉系数大;与之对应开采结束后的采空区地表残余沉降当覆岩坚硬时就大,覆岩软弱时就小,从而也决定着采空区稳定性的差与好.(7)地质构造情况.当断层倾角大于20°,落差大于10m时,断层对岩层和地表移动有明显的影响,断层露头正上方地表会产生较大裂缝,出现台阶.断层等地质构造对采空区地表建筑的影响表现在两方面:其一在断层露头区域地表残余沉降中易产生台阶状裂缝,对新建建筑危害较大;其二断层等地质构造复杂区域,势必开采时要残留许多不规则煤柱,这些煤柱随着时间的推移会逐渐破坏,造成地表产生较大的不均匀沉降.因此,地质构造复杂区域的采空区稳定性就差.(8)表土层厚度.表土层的物理力学性质远低于基岩层,表土层可以使基岩的不均匀移动与变形得到缓和.对于采空区地表,基岩上部如有较厚的表土层,便会使地表残余沉降变形趋于平缓,对新建建筑有利;相反,如基岩直接出露地表,地表残余沉降变形分布不均匀,对新建建筑危害也较大,表现为采空区稳定性就差些.2 主要因素的隶属度确定隶属度是刻画模糊性的指标,是表现主要因素对目标隶属关系不确定性大小的数量指标.由于采空区地表建筑地基稳定性是一个十分复杂的系统行为,另外地表拟建状况等因素为描述性的定性因素,因此采用模糊数学中隶属度的概念,将主要因素对稳定性影响程度进行定量化处理.该值可用(0,1)区间的数值来表示:当某一因素隶属度接近0,表示其对采空区地基稳定性的作用为最不利,即可能造成采空区地基处于不稳定状态;而当某一因素隶属度接近1,表示其对采空区地基稳定性的作用为没有影响.各因素的隶属度确定如下:(1)地表拟建(建筑物)状况.采空区地表拟建大型工业建筑(最大荷载大于500kPa,或最大高度大于100m)时隶属度为0,中型工业建筑(最大荷载大于300kPa,或最大高度大于50m)时隶属度为・9631・第11期张俊英:采空区地表建筑地基稳定性模糊综合评价方法013,小型工业建筑与6～10层民用建筑隶属度为016,高度小于5m 的建筑隶属度可取110,其他情况可内插确定.(2)开采方式.小窑采空区无明显塌陷的隶属度为0,已部分发生过塌陷的隶属度为012;条带采空区为014;残留较多煤柱、开采不充分(回采率小于70%)的长壁采空区为016;回采率达70%～90%的长壁采空区为018;回采率超过90%,且走向、倾向开采均达充分的隶属度为1.(3)开采深度与采厚,即深厚比H/m.深厚比小于30隶属度取0,深厚比大于130取1,其他情况可内插取值,多煤层应分别计算后以最不利情况确定.(4)开采结束时间.刚回采结束隶属度取012,每增加5a 隶属度增加011,30a 后均取018.(5)煤层倾角.倾角大于60°隶属度取0,倾角为0°时取1,其他内插取值.(6)覆岩岩性.坚硬类型(单向抗压强度40～80MPa )隶属度为013,中硬类型(单向抗压强度为20～40MPa )为015,软弱类型(单向抗压强度为10～20MPa )为017,极软弱类型(单向抗压强度小于10MPa )为019,实际情况可据此酌情确定.(7)地质构造情况.地质构造特别复杂隶属度可取0,特别简单即没有构造时可取1,其他情况内插取值.(8)表土层厚度.表土层为0m 时隶属度为0,表土层厚大于50m 时为1,其他情况内插取值.3 评价因子权重确定权重系数是评价目标中各个影响因素的重要程度的定量描述,是表示各个因素重要性的一个相对数字,因此具有相对意义.同时,由于它具有随机性和模糊性的双重特性,使其获取也相对困难.层次分析法(AHP )是一种定性与定量相结合的决策分析方法,是确定权重的有效方法.它通过将模糊概念清晰化,从而确定全部因素的重要次序.首先,把m 个评价因素排成一个m ×m 阶矩阵,通过对因素的两两比较,根据各因素的重要程度来确定矩阵中因素的值.然后,计算所得到矩阵的最大特征根及其对应的最大特征向量.最后进行一致性检验,如果通过检验,则认为所得到的最大特征向量即为权重向量.311 构造判断矩阵以A 表示目标,U i (i =1,2,…,8)分别表示参评的八个主要因素.U ij 表示U i 对U j 相对重要性数值(i =1,2,…,8;j =1,2,…,8),取值依据见表1.表1 判断矩阵标度及其含义T able 1 The meaning of the element in estimating matrix标度 含义1U i 和U j 比较同等重要3U i 比U j 略重要5U i 比U j 较重要7U i 比U j 非常重要9U i 比U j 绝对重要2,4,6,8相邻判断的中值倒数表示因素U j 和U i 比较的判断 通过对采空区地基稳定性评价因子分析,比较任意两个因素的重要性,采用1～9标度法使各因子相对重要性定量化,得出以下的判断矩阵,结果见表2.表2 采空区地基稳定性评价因素比较判断矩阵T able 2 Matrix for comparing or judging the evaluation factors of foundation stability of new buildings above work 2out areas 因子表土层厚度开采结束时间覆岩岩性地质构造情况煤层倾角地表拟建状况开采方式H/m表土层厚度11/21/21/31/31/71/51/9开采结束时间211/21/31/31/71/51/9覆岩岩性2211/31/31/51/31/7地质构造情况333111/41/31/5煤层倾角333111/41/31/5地表拟建状况77544131/3开采方式553331/311/5H/m99755551・0731・北 京 科 技 大 学 学 报第31卷312 计算权重根据判断矩阵,利用根值法进行计算,可得最大特征值λmax =81416.按下式进行一致性检验:C R =C i /R i .式中,C i 为判断矩阵的随机一致性指标,C i =(λmax -n )/(n -1);n 为评价因子个数;R i 为判断矩阵的平均随机一致性指标(表3).表3 R i 取值表T able 3 R i valuesn 12345678910R i01580190111211241132114111451149 一致性指标:C i =81416-88-1=01059.判断矩阵的随机一致性比例:C R =010591141=01042<011.故认为判断矩阵具有令人满意的一致性,说明权数分配合理;否则就需要调整判断矩阵,直到满意为止.最大特征值对应的特征向量即为各评价因子的权重,权重模糊集表示为A ={a 1,a 2,…,a 8}={地表拟建状况,开采方式,深厚比H/m ,开采结束时间,煤层倾角,覆岩岩性,地质构造情况,表土层厚度}={01232,01135,01390,01030,01073,01041,01073,01025}.各因子权重之和等于1,可见深厚比是采空区地基稳定性的决定性因素,其次是地表拟建状况.4 评价模型的建立引入采空区地基稳定性综合评价指数S.综合评价指数S 为某一评价单元上的各种评价因素对稳定性的影响总和,亦即:S =∑ni =1a i・Fi(1)式中,a i 、F i 分别为第i 个(i =1,2,…,8)评价因子的权重和隶属度.初步建立了采空区地基稳定性级别与综合评价指数的对应关系,当S 分别为>0185,0185～0165,0165～0145,<0145时,相应的稳定性程度分别为极稳定(A )、稳定(B )、中等稳定(C )、不稳定(D ).对于极稳定(A )采空区地表建筑可以按正常设计,对于稳定(B )采空区地表建筑需采取简易抗变形措施,对于中等稳定(C )采空区地表建筑必须按预测的地表残余变形大小采取抗变形措施,对于不稳定(D )采空区地表建筑时必须先对采空区实施注浆加固后才能建设.5 应用实例511 平顶山某住宅小区[2]该小区占地1614hm 2,划分为10个评价区域.小区下方1960—1980年共开采了四个煤层,每层采厚115～210m ,累计采厚617m ,煤层倾角13°.采用走向长壁全陷法开采,残留较多煤柱,回采率70%～89%.覆岩为中硬,表土层厚3713m .其中1区最小采深为114m ,4区最小采深为77m ;1区拟建6层住宅楼,4区拟建4层住宅楼.根据以上条件确定1区主要因素的隶属度分别为016,018,0127,015,0178,015,015,0175;4区主要因素的隶属度分别为018,018,0108,015,0178,015,015,0175.代入式(1)即可得1区、4区稳定性综合评价指数分别为0150和0147,均属中等稳定采空区(C ).如果1区建设中型工业建筑和4区建设6层住宅楼,则综合评价指数分别变为0143和0143,就属于不稳定采空区(D )了.经计算,1、4区的采空区垮落裂缝带高度均为52m ,新建4、6层住宅楼的荷载影响深度分别为20m 、26m ,按文献[3]采空区临界深度地基稳定性判别公式,可以得知1区建6层住宅楼和4区建4层住宅楼均处于稳定状态,但4区建6层住宅楼就处于不稳定状态.可见两种评价方法能取得一致的结果.实际工程中1区建6层住宅楼,4区建4层住宅楼,从1997年至今地表没有出现较大的不均匀沉降,住宅楼一直正常使用.512 晋城某住宅区该区占地110hm 2,拟建6层住宅楼,其下为早期小矿开采的采空区,采深1714～3315m ,煤厚319～618m ,采厚2～4m ,倾角7°,回采率较低,覆岩偏硬,表土层12m .确定的主要因素的隶属度分别为016,0,0,018,0188,013,015,0124.代入式(1)即可得稳定性综合评价指数为0128,属不稳定采空区(D ),假设在该地表上建设高度小于5m 的建筑,综合评价指数为0138,也属不稳定采空区,因此这类地表必须对采空区实施注浆加固后才能建设利用.实际工程中先对地下采空区实施了水泥、粉煤灰注浆加固处理,6层住宅楼还采用了抗变形结构,从2000年建成之后,地表和住宅楼没有出现任何问题.・1731・第11期张俊英:采空区地表建筑地基稳定性模糊综合评价方法513 徐州某工业开发区该区域正下方于1970—1996年采用长壁垮落法开采了2煤和7煤,回采率70%,两层煤间距110m,2煤采厚118m,7煤采厚216m,最小采深250m,煤层倾角平均25°,上覆岩层为中硬,地表冲积层厚60m以上,地质构造中等.确定的主要因素的隶属度分别为013,018,1, 013,0158,015,015,1.稳定性综合评价指数为0170,属稳定采空区(B).假如在该场地上建设大型工业建筑,综合评价指数变为0163,则属中等稳定采空区(C);假如仅建设高度小于5m的小建筑,综合评价指数变为0186,又属于极稳定采空区(A)了.评价认为该区域作为建设用地是可行的,但应对不同的建筑类型分别采取相适应的保护措施;2007年城市规划拟把该区域建成以湿地保护、生态养殖和娱乐等为主的生态旅游公园,现公园正在建设中.6 结论应用模糊数学理论建立了采空区地表建筑地基稳定性综合评价方法,把诸多因素影响采空区地基稳定性的程度量化,初步建立了综合评价指数与采空区地基稳定性级别的对应关系,对不同稳定程度的采空区地表提出了建筑结构措施或采空区治理措施.应用三个实例对该方法进行了验证,获得了较好的评价结果和工程应用效果.该方法适用于任何采空区地表新建建筑时的地基稳定性评价工作,并在应用中逐渐完善.参 考 文 献[1] Yan R G.Mi ni ng S ubsi dence of Foundation and S urf ace B uil d2i ng.Beijing:Metallurgical Industry Press,1995(颜荣贵.地基开采沉陷及其地表建筑.北京:冶金工业出版社,1995)[2] Teng Y H,Zhang J Y.Evaluation on stability of building founda2tion over goafs.J Chi na Coal Soc,1997,22(5):504(滕永海,张俊英.老采空区地基稳定性评价.煤炭学报, 1997,22(5):504)[3] Zhang J Y,Wang J Z.Research on evaluation technique for foun2dation stability of newly2built surface buildings in gob area.Mi ne S urv,2003(3):28(张俊英,王金庄.采空区地表新建建筑地基稳定性评价技术研究.矿山测量,2003(3):28)[4] Yang L B,G ao Y Y.Theory and A pplication of Fuzzy M athe2matics.Guangzhou:South China University of Technology Press,2002(杨纶标,高英仪.模糊数学原理及应用.广州:华南理工大学出版社,2002)[5] Han W B,Ma R.Water and soil loss assessment of the dump inlarge opencast mine in loess area.J Chi na Coal Soc,2004,29(4):400(韩武波,马锐.黄土区大型露天矿排土场水土流失评价.煤炭学报,2004,29(4):400)[6] Zhao K.S t udy on S tability of the Mi ned-out A reas and Recov2ery of Resi dual Pillars i n Rocky Gol d Mi ne[Dissertation].Bei2 jing:University of Science and Technology Beijing,2002(赵奎.岩金矿山采空区及残留矿柱回采稳定性研究[学位论文].北京:北京科技大学,2002)[7] Yao W,Yang M Z.The comprehensive assessment of geologicalenvironment in Shenfu Dongsheng mining area.J Xiπan U niv Sci Technol,2002,22(Suppl):24(姚伟,杨梅忠.神府东胜矿区地质环境综合评价.西安科技学院学报,2002,22(增刊):24)[8] Cao X B,Cai L G,Li P G.The application of AHP to alternativeprocess plans fuzzy evaluation.J Huaz hong U niv Sci Technol, 1999,27(7):39(曹希彬,蔡力钢,李培根.AHP在多工艺方案模糊评价中的应用.华中理工大学学报,1999,27(7):39)[9] Huang S Q.Fuzzy model for transport project appraisal.J Chi naHighw ay,1997,10(3):37(黄淑琴.公路路线方案的多级综合模糊评价.中国公路学报,1997,10(3):37)[10] Wang Y H,Li Q D.Method of fuzzy comprehensive evaluationsfor rockburst prediction.Chi n J Rock Mech Eng,1998,17(5):493(王元汉,李启东.岩爆预测的模糊数学综合评判方法.岩石力学与工程学报,1998,17(5):493)・2731・北 京 科 技 大 学 学 报第31卷。
下花园煤矿玉带山矿区老采空区地基稳定性评价方法
井开拓方式为斜井 、暗斜井多水平石门开拓 。采煤方式为
走 向长 壁 、 巷道 长壁 、 落 垛采 煤 法 ， 全 部塌 落 法管理 顶板 。
岩浆岩
地层岩性
地层岩性
玉带 山矿 区范 围内地侵入 于下 马 岭页 岩及 下侏 罗 系 煤系与中侏罗系火山岩系 ，多沿层理或微斜交层理呈层状 侵入 。
Ｏ ． ６ Ｍｔ ／ ａ 。井 田 内共 有 三 组可 开 采煤 层 ， Ｉ 组煤 层 平 均采 厚３ ． ３ ９ ｍ，儿 组煤层平均采厚 １ ． ７ ｍ，Ⅲ组煤层平均采厚 ５ ． ５ １ ，累计 开 采总 厚 度 １ ． ６～ １ ０ ． ５ ９ ｍ ，玉带 山向斜 北翼 煤层倾向为 １ ３ ５～ １ ８ ０ 。 ，倾 角 为 １ ８～ ７ Ｏ 。 ，玉带 山 向斜南翼煤层倾向为 ３ １ ５～ １ Ｏ 。 ，倾角 ２ ２～ ６ ５ 。。矿
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工程技 术推广
宫 凤梧
】 － 薯 宫 凤 梧 三 地 质 岩 土 公 司 总 Ｌ 注 册 岩 土 工 程 师 。
下花 园煤 矿玉带 山矿 区老采空 区 地 基稳定性评 价方法
老采空区建筑地基稳定性评价在国内属于一个较新的 课题 。国 内对于 老 采空 区在 建 筑物 荷载 作 用下 的地 基稳 定 性评价方面的研究成果较少 ，张家 口市 乃至河北省这方面 的研 究成 果 则少 之叉 少 。 下花园煤矿是河北省煤矿采空区最发育的区域之一 ， 也是煤矿采空区进行工业建设的示范性区域之一 ，故对下 花园煤矿老采空区地基稳定 隆评价的研究是非常重要和迫
某采空区上部建筑场地稳定性及适宜性评价
了治理。2 0 1 5 年一2 0 1 6 年 场 地 北 部 的 煤 矿 对 场 地 下 部 15104工 作 面 内 的 1 5 号 煤 层 进 行 了 开 采 ，采 煤 方 法 为 综 合 机 械 化 长 壁 采 煤 ，全部垮落法管理顶板。工 作 面 宽 度 约 1 0 m，工 作 面 走 向 82°， 倾 向 351°,倾 角 3 ° 工作面回 采 率 约 9 5 % 。采空区历史调查对场 地内采空区分布范围有了初步了解。
式 进 行 。通 过 勘 察 对 场 地 下 部 的 采 空 区 有 了 一 定 的 了 解 ,为后续
通过勘察钻孔揭露，钻 孔 岩 芯 采 取 率 为 6 0 % ~ 7 5 % ,在场地
的稳定性评价提供了一定的依据。
中部、南 部 区 域 钻 探 到 1 5 号 煤 层 ，多 存 在 冒 落 现 象 ，且孔口有吸
摘 要 :为了对采空区建筑场地的稳定性进行评价，提出了以地面调查、物 探 、钻探的 方 法 对 采 空 区 进 行 勘 察 ，根据勘察结果进行
了对采空区的稳定性评价,从评价结果分析建设场地的适宜性，对该小区的建设起一定的指导作用。
关 键 词 :采 空 区 ，稳定性评价，适宜性评价 中 图 分 类 号 :P642
钻 探 揭 露 地 层 可 知 ，1 5 号 煤 层 采 空 区 上 部 覆 岩 为 全 部 可 垮 落 岩 层 ，以 软 岩 〜 较 硬 岩 为 主 ，覆 岩 破 坏 类 型 为 “三 带 型 ” 即垮 落 带 、断 裂 带 和 弯 曲 带 ;根 据 钻 探 揭 露 ，在 场 地 中 部 、南 部 区 域 1 5 号 煤 层 岩 芯 破 碎 ，孔 口 有 吸 风 ，说明该处煤层顶部覆岩破坏严 重 ，处 于 垮 落 带 、断 裂 带 。采 空 区 顶 板 岩 石 为 厚 层 的 石 灰 岩 ，为 硬岩。 3.3 地表移动变形范围及位移量
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老采空区上建高层建筑物的地基稳定性综合评价钱自卫 姜振泉 吴慧蕾（中国矿业大学 资源与地球科学学院 221116）摘要随着经济建设的发展，采空区上方修建建筑物的稳定性评价将越来越重要。
本文以某高层为例，通过调查煤层，地层及采矿情况，分析现场钻探、物探资料，最后采用有限元数值分析方法及max C D z H H h ≥+稳定评价方法对地基稳定性进行综合评价，并对地基的处理提出建议。
关键字：采空区、附加应力、活化、有限元法、地基稳定性Comprehensive evaluation of foundation stability about high-rise building to be built above mine goafAbstractWith the development of economic consolidation, it becomes more and more important to evaluate the stability of the building above the mine goaf. This paper take a high-rise building as an example, firstly make clear of the conditions of the coal bed 、stratum and mine, then analyze the data of drilling and geophysical prospecting. Finally, make a comprehensive evaluation of the stability of the foundation by using finite element numerical simulation and max C D z H H h ≥+, finally giving suggestionon foundation treatment.Key words: mine goaf, additional stress, activation, finite element, foundation stability0 序言随着经济建设的发展，在老采空去上建设性的建（构）物将渐渐的成为一种必然趋势，所以对老采空区稳定性的影响以及其自身安全的研究越来越收到专家学者的重视。
但是在煤层采出后,使采空区周围及上覆岩体内部结构遭到破坏。
老采空区上覆岩层虽然在经过一定时间自然压实后基本趋于稳定,但若在其上方地表新建建筑物时, 部分采空区会出现“活化”现象，对建筑工程安全造成严重的威胁。
因此,必须对老采空区新建建(构)筑物地基的稳定性进行评价,并结合具体情况,采取相应的处理措施,以保证新建建(构)筑物的安全。
论文以徐州贾汪某待建大厦工程为例，对采空区地基稳定性进行了综合评价。
1 工程概况评价区位于徐州市贾汪区，拟建大厦设计为18层，建筑面积约20000 m 2的商住楼。
场地处于原韩桥煤矿夏桥井矿区范围内，场地及周边均进行过煤炭开采活动，夏桥井、大沟涯井多次采煤的历史并遗留有多层采空区。
此处1、3煤为主要开采煤层，煤层埋深在60m左右，采厚在2.5m左右。
据钻探资料煤层顶板主要为工程性质较软弱的泥页、砂岩互层。
详见图3：拟建场地平面及地震勘探成果图。
2 评价区煤层及开采情况2.1 煤层情况评价区处于徐州矿务集团有限公司韩桥矿矿区范围，另外有小煤窑进行过开采，最晚的小煤窑为大沟崖井。
评价区及周边含煤地层主要为二叠系下统下石盒子组、山西组及石炭系太原组，共含煤22层，其中与工程相关的是开采较浅的1、3煤。
1、3煤为贾汪煤田的主要可采煤层，存在于评价区及周边地段，评价区曾进行过开采及复采。
其中，1煤层厚度约0.9m，煤层底板标高约-50.0～ -63.0m，煤层在本评价区不稳定或已开采过，本次施工的三个孔中仅在其中的3#钻孔内见煤，1#、2#钻孔内煤层被开采过，煤层顶板为砂岩，底板为泥岩；3煤为较稳定可采煤层，厚度约1.52m，煤层倾角约10°，煤层底板埋深约-54.50～ -68.00m，场地及周边范围内均被开采过，煤层顶板为泥岩，底板为泥岩。
2.2 煤矿开采情况根据目前收集的韩桥煤矿夏桥井以及大沟崖井的相关资料，评价区范围内主要开采了1、3煤。
韩桥煤矿夏桥井于解放前后在评价区及附近开采1、3煤层，煤层倾角约10°；大沟崖井于1973-1974年复采了评价区及附近的1、3煤层。
根据现有资料，1、3煤层已被大面积开采，7、17、20、21煤未被开采。
2.3开采方法1、3煤在解放前多用手工刨煤，穿垛式开采，都采用跨落法管理顶板。
解放后在残柱内找煤，因老墟多，顶板破碎，难以正规推面，故继续选择房柱式采煤法，留煤柱约20×20m。
其后大沟涯矿复采，以开采1、3煤煤柱、边角煤、残留煤为主。
开采零乱，不正规。
其详细开采资料难以收集。
图1 评价区1煤采掘工程平面图图2 评价区3煤采掘工程平面图3 现场工程勘察本次评价在调查询问和搜集有关资料的基础上，采用了物探、钻探相结合的勘探手段，基本查明了拟建场地该范围内1、3煤层煤层上覆岩土体结构及性质、“三带”发育规律、冒落带密实程度、充实情况和空洞发育情况等。
3.1深孔钻探场地内布置了3个钻探孔，总进尺209.40m。
并且采取了岩样行了物理力学性质试验。
钻孔平面布置情况见图3：拟建场地平面及地震勘探成果图。
1号钻孔探明49.70-49.20m为1煤层采空区已被塌落物充填，欠密实；53.50-55.90m为3煤采空区，其中在53.50-54.50m处掉钻，为未充填的采空区空洞，54.50-55.90m为煤层顶板塌落的泥岩碎块及煤矸石，进尺较快2号钻孔钻探明57.5-58.0m为1煤采空区，已被塌落物充填，欠密实；60.00-62.30m为3煤采空区，未掉钻，未发现有空洞存在，但进尺较快，岩芯破碎，呈灰黑色泥状，夹杂碎煤渣及碎岩块，采取率低。
3号钻孔探明62.10-63.00m为1煤，未被开采；66.5-69.4m为3煤采空区，其中在66.50-68.00m处掉钻，为未充填的采空区空洞，68.00-69.40m为煤泥及煤层顶板塌落的泥岩碎块等混合物，灰黑色，呈泥状，进尺较快。
根据钻探资料也得出了采空区“三带”的大致分布。
详见表23.2 地震勘探为了进一步探明拟建场地下浅部1、3层煤的开采情况、采空区的密实程度等，本次研究在评价区内布置了8条勘探线，剖面线总长476m。
根据剖面上反射波的特征，对八条线的地震剖面进行了解释（图中所圈范围为巷道或未完全充填实的空洞，因已开采多年，实际上是采空、垮塌、碎石、粘泥的松散堆积体区,），地震勘探探明的采空区、地下空洞或未完全充填密实的地段大致分布见图3。
图3 拟建场地平面及地震勘探成果图4 采空区稳定性分析及评价4.1采空区塌陷引发地表移动时间分析徐州矿区采空区顶板坍塌引发地表发生开裂与下沉变形持续之间的回归关系式为： 2.878t h =+式中: T 为变形的时间,d ；H 为采空区的埋藏深度,m经计算,场地的下沉变形时间 2.878 2.87588175t h d =+⨯+ 。
又根据有关的研究成果，采空区沉陷的活跃期为5年，终止开采超过5年的采空区，地表大范围的沉陷变形基本上稳定；而此处煤矿开采已预30年以上，早已超过以上所计算的下沉变形时间,而地表未见变形、开裂迹象,说明采空区顶板稳定性较好，残余应变将不予考虑，而主要应考虑老采空区“活化”对采空区稳定性的影响。
4.2 采空区顶板破坏最大高度计算采空区顶板冒落带及导水裂隙带高度采用三种方法确定。
上层开采厚度为1.0m ，下层煤开采厚度为1.5m ，综合开采厚度为：1212212z h M M M y --⎛⎫=+- ⎪⎝⎭=1.5+（1.0-4.0/4）=1.5m 式中 M 1----上层煤开采厚度M 2----下层煤开采厚度h 1-2----上下煤之间的法线距离y 2----下层煤的冒落带与采高之比场区按软弱地层考虑，评价及计算过程及结果见表1。
评价方法 冒落带M 冒 导水裂隙 带M 导 冒落带高度（m ） 导水裂隙带高度（m ）钻探资料（结合物探）[3] 突然掉钻、卡钻、进尺特别快、岩心少且破碎混杂、进口吸风、孔口水位突然消失等严重漏水、岩心有纵向或陡倾角裂纹、取心率小于75%等 7.0-8.5 16-19 有限元数值模拟方法[4] 开采煤层上出现明显应力降，呈拉伸破坏状态，应力分布图上表示为极短的主应力际线岩层有一个方向达到抗拉强度，应力际线拉应力降低很多 8.0-9.0 18-21 规程推[2]()100/ 6.232 1.5M M +±⎡⎤⎣⎦ 5 3.63+517.25+5 层煤冒落带已发育到上层煤采空区，所以采空区冒落裂隙带计算高度为：以综合开采厚度计算的冒落裂隙带高度加上上层煤采厚再加上煤层间距。
4.3工程荷载及地基稳定性老采空区 “活化”是影响采空区场地稳定性的重要因素之一，本场地对可能导致采空区“活化”的主要因素就是拟建建筑物载荷，根据本工程实际，下面将采用两种方法综合对其进行分析。
4.3.1 有限元数值分析方法利用二维弹塑性有限元法，应用摩尔库伦准则，对该采空区的稳定性进行分析，计算模型以实际情况为基础，并进行抽象简化，模型长×高=300×84，模型见图4图4 二维有限元开采模型模型岩土层的工程地质参数主要分两步确定：一根据岩石实验数据，再运用权值分类法求的场地内岩体力学参数；二是运用反演拟合法，及根据评价区煤层开采的沉陷实测数据，然后根据第一步计算的岩体力学参数进行反复的试算、调整，直到计算的结果与实测的结果基本一致为止，即认为材料参数符合要求。
根据以上两步得到的岩组力学参数见表2。
名称（MPa）泊松比（g/ cm3）（MPa）（°）粘土7.82 0.2 1.84 1.081 18.34 风化砂岩454.0 0.3 2.558 1.10 20 泥岩234.0 0.24 2.430 1.44 26.7 砂岩1560.0 0.2 2.579 1．56 12.7 煤层100 0.3 1.86 0.35 23.1 泥岩202.0 0.26 2.450 1.40 30.0 煤层208 0.22 1.274 0.30 24.0 泥岩306.0 0.26 2.479 1.53 18.0 模拟总体分两步进行，一是模拟煤层的开采及沉陷过程，二是模拟开采沉陷稳定后再建建筑物的地表移动情况（在第二部中建筑物基础深度达到第二层风化的砂岩）。