上覆岩层性质对采空区地表变形影响研究

孙
超等：上覆岩层性质对采空区地表变形影响研究
分析所 用 上覆 岩层 结构 类 型如下 ：
。
１ ）均 匀较 软型 岩层 （ 序 号 １ 取 ）； ２ ）均 匀 中硬型 岩层 （ 序 号 ２ 取 ）；
３ ）均匀 较 硬型岩 层 （ 序号 ３ 取 ）； ４ ）上 软下 硬型岩 层 （ 序号 １ ，３ ； 取 ，２ ） ５ ）上硬 下 软型岩 层 （ 取序 号 ３ ， １ 。 ，２ ） １１均匀较 软 型岩 层 ．
中图分类号：Ｔ ４ ６ Ｕ ５ 文献标 识码 ：Ａ 文章编 号 ：１ ７－ ０ ７ ２ １） ０— ０ ２ ０ ３ ８ ４ （０ ４ ０ ６ — ５ ６ ０
０ 引言 【４ 】
矿体 开采 后 ，开采 区原有 的应 力平 衡状 态被 破 坏 ， 空 区上方 依次形 成塌 落 带、 隙 带及 弯 曲带 ， 采 裂 甚 至发展 到地 表产 生连 续或 非连 续 的地表 变形 ，引 ３ 单 元 ，采 空 区宽 ４ ，采 厚 ５ ０个 ０ｉ ｎ ｍ。开采深 度 为 ４ Ｉ对其 单元 的划 分采 用 了局 部细 化 ， 分为 ２ ０ ５１ 。 Ｔ 划 ０ 个 单元 。上 覆岩 层共 分 为三层 。第 一层 厚 １ ５ｍ，第 二层厚 １ ５ ｍ，第 三层 厚 ３ ０ ｍ，通过 改 变其力 学参
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当上覆岩层结构类型为均匀较软型岩层时， 计
算 结果如 下 ：
图 ４ 开采引起的地表各点水平位移 ｘ（ 均匀较软型 ）
１ 均 匀 中硬 型岩 层 ． ２
当 上覆岩层结构类型为均匀中硬型岩层时， 计
算 结果 如 下 ：
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图 ６ 开采 引起 的地 表各 点沉 降值 ｙ （ 均匀 中硬型 ）
６ ４
防灾科技 学院学报
第 ｌ 卷 ２
０
０
８Ｏ
１ ２０
收稿 日期：２ １ — ０ １ ０ ０ １— ８ 基金项 目：博士科研 启动基金 （６ ００ ；学院青年基 金 （２ｏ １３ ） ８ １３ ） ｊｏ９ｏ １ 作者简介：孙 超 （９ ８ ） １７一 ，男，黑龙江绥 阳人 ，博 士，讲师 ，主 要从 事开采沉 陷、地下结构抗震 等方面研 究
第４ 期
筮 １ 鲞箍 垒 ２ 期
２１ ０ ０年 １ ２月
防
灾 科
技
学
院
学 报
Ｖｏ ．２ ＮＯ ４ １１ ． ．
Ｄｅ ． ｃ２０１ ０
Ｊ ｏ ｎ ｔｔ ｅｏｆＤ ｉａ ｔｒＰｒ ｖｅ ｉ ． ｆＩ ｓｉｕｔ ｓ ｓｅ ｅ ｎｔｏｎ
上 覆 岩 层 性 质 对 采 空 区地 表 影 响研 究 变形
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图 ２ 开采 引起 的竖向变形 ｙ（ 匀较软 型） 均
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图 ５ 开 采引起的竖向变形 ｙ（ 匀中硬 型） 均
数 ，模 拟 不 同的上 覆岩层 性 质对采 空 区上地 表 稳定
的影 响 。采用 的三 种 岩层物 理 力学 参数 见表 １ 。
值 模拟分 析 ，将 采 空 区地 表 沉 陷研 究 简化 为平 面应
变 问题进 行弹 塑性 有 限元分 析 。在 分析 过程 中每 次 计算 分为 两个 步骤 ，第一 步先 计算 矿体 被开 挖前 只 有 自重存 在 时岩层 的应 力状 态 ，从 而求 得计 算模拟 研究 区域 初始 的应 力状态 ，以及 由重力应 力 引起 的 初始变 形 ；第二 步通 过 Ａ Ｙ ＮＳ Ｓ软件 中特 有 的杀死 单元 命令 ，“ 除 ”采 空 区单元 ，从 而模 拟 矿 体被 挖 采 出的过程 ，并 计算此 状态 下 的应 力及变 形 。最后 通 过 ＡＮＳ ＹＳ软件 后处 理 中的 “ 荷 组 ”减 操 作求 载 得 采空 区地 表处 由于 开采 引起 的真 实变 形量 。通过 数 值 模 拟 采 空 区 上 覆 坚 硬 程 度 不 同的 岩 层 及 不 同
发 一系列 的环 境岩 土工 程 问题 ，给矿 区人 民的 生产
生活及 工 程建 设带 来重大 影 响 。采 空区 地表变 形破 坏机理 、影 响 因素 、治理措 施等 方面 研 究工作 日益 受到广 大科 研人 员 的重视 。 本 文采 用大 型有 限元 分析 软件 ＡＮ ＹＳ进 行数 Ｓ
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图 ３ 开采引起的地表各点沉降值 ｙ （ 均匀较软型 ）
孙 超 ，薄景 山 ２ 孙有为
０５０） ６２ １
（ １吉林建筑工程 学院，吉林 长春 １０２； ２防灾科 技学院，河北 三河 ３０ １
摘
要：采 空区引发地表变形 问题是环境岩土工程领域 的重要研 究课题 。本文 以有 限元分析 软件 Ａ Ｓ Ｓ为基 ＮＹ
础 ，通过数值模拟方法研 究 了采 空 区上方 不同性质 岩层 以及 不同上覆 岩层组合形 式对采 空区地表 沉降变形 的 影响。揭 示了上覆岩层性质对采 空区地表变形 的影响规律。 关键词：采空 区；上覆岩层；地表 变形
图 １ 几 何 模 型
表 １ 上覆岩 层物理力学参数
的岩 层 结构组 合形 式 ，分 析研 究 了上覆 岩层 性质 的
变化 对采 空 区地表 变形 的影 响 。
１ 计算模型及模型参数 【 ］ ５
计 算采 用 的几何 模型 如 图 １ 示 。该 模 型水平 所
方 向取 ２ ０ ０ ｍ，分 １０个 单元 ，竖 向取 ６ ０ ０ｍ，分成