珲春市某国道下伏多层缓倾煤层采空区地表沉降变形研究

论文摘要

我国既是煤炭开采大国,也是煤炭消费大国,煤炭开采造成的生态恶化及塌陷事故上期存在,难以遏止。同时,我国经济高速发展,公路和铁路建设近年来也以前所未有的速度推进,随着修建的道路越来越密集,一些地区的公路和铁路不可避免地要穿行于煤炭开采区域,跨越采空区地表。采空区地表因煤矿开采、岩层遭受破坏导致的移位、沉陷及倾斜,会导致路面被撕裂,造成的路基沉陷,大面积陷落情况时有发生,对交通安全造成极大的危害。拟建331国道新华至英安段K11+740到K12+520段需穿越英安煤矿区东北侧、宝山煤矿区西侧,英安煤矿和宝山煤矿在此区域长时间地下大面积开采造成现今该区域大量采空区,现已出现区域内地面塌陷、房屋开裂、农田下沉积水等现场,严重威胁当地群众生产生活。所以,对其采空区的覆盖范围,波及的范围,地面岩石的变形及产生位移情形予以系统的研究显得尤为重要。本文以拟建331国道新华至英安段K14+000到K11+740段及附近区域地面沉陷为研究对象,在收集整理大量文献和调查资料的基础上,完成了论文的研究内容。首先分析研究了研究区的地质环境条件,如地层岩性、地质构造、水文地质条件、煤层开采现状及采空区分布等。根据现场调查结果,整理了研究区已有的地表变形现象及其分布情况,并探究了其变形机理。然后,以概率积分法作为理论基础,运用MATLAB软件编程分别计算了研究区典型路段各个采空区的地表沉陷值,再通过叠加得到典型路段全部煤层开采稳定后的总沉降值。其后,在调查搜集到的采空区资料的基础上,选取FLAC3D（有限差分数值模拟软件）建立采空区数值模型并进行分析,得到了采空区的应力及变形规律,并与概率积分法结果做了对比分析,验证数值模拟的可靠性。最后,对本文取得的研究成果进行了总结,并提出了今后研究应该做出的改进。

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ABSTRACT

第1章绪论

1.1 前言

1.2 选题依据及研究意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 开采沉陷研究现状

1.3.2 公路下伏采空区地表沉陷研究

1.4 主要研究内容

1.5 技术路线

第2章研究区地质环境概况

2.1 研究区概况

2.2 气象水文

2.3 地层岩性

2.4 地质构造与地震

2.4.1 地质构造

2.4.2 地震

2.5 水文地质条件

2.6 煤层开采概况及采空区分布特征

2.6.1 煤层开采概况

2.6.2 重点路段岩层及采空区分布

第3章采空区地表沉陷机理及现场调查分析

3.1 采空区地表沉陷规律及特征

3.1.1 采空区覆岩破坏的基本概念

3.1.2 采空区上覆岩石的移动变形形式

3.1.3 采空区地表变形特征

3.2 研究区地表变形现象分析

3.2.1 地面塌陷

3.2.2 地裂缝

3.2.3 房屋损坏

第4章概率积分法计算地表变形

4.1 概率积分法基本原理

4.2 概率积分法预计公式

4.3 计算参数的选取

4.4 计算范围

4.5 地表变形计算结果

4.5.1 地表最大变形量

4.5.2 残余变形量

4.6 小结

第5章研究区地表变形数值模拟

5.1 数值模拟方法选择

5.2 FLAC3D简介

5.3 数值模型的建立

5.3.1 几何模型

5.3.2 力学模型

5.3.3 材料参数

5.3.4 边界条件

5.4 数值模拟结果分析

5.4.1 应力场特征分析

5.4.2 剪应变增量及塑性区分布特征分析

5.4.3 形变特征分析

5.5 数值模拟与概率积分法的对比分析

第6章结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简介及在学期间所取得的科研成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 成武

导师: 陈剑平

关键词: 公路下伏采空区,地表变形,概率积分法

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,矿业工程,建筑科学与工程

单位: 吉林大学

基金: “国道丹阿线(G331)新华至英安段煤矿采空区地质灾害勘查”项目

分类号: TU433;TD327

总页数: 85

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珲春市某国道下伏多层缓倾煤层采空区地表沉降变形研究

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