建筑載荷作用下采空區(qū)覆巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性判據(jù)及應(yīng)用

郭文兵，楊偉強(qiáng)，馬志寶，溫 蓬，劉 玄，白二虎

(1.河南理工大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454000;2.煤炭安全生產(chǎn)與清潔高效利用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 焦作 454000)

煤炭資源的持續(xù)開采，造成我國采煤沉陷區(qū)域持續(xù)大規(guī)模增加，同時(shí)伴隨國家城鎮(zhèn)化的持續(xù)推進(jìn)，工程用地緊張和沉陷區(qū)面積擴(kuò)大的矛盾日益凸顯。將采煤沉陷區(qū)開發(fā)為工程建設(shè)用地是緩解上述矛盾的有效途徑之一，對此相關(guān)學(xué)者從不同角度進(jìn)行了大量研究。

丁陳建將采空區(qū)地基穩(wěn)定性的相關(guān)因素作為評價(jià)指標(biāo)建立BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并采用訓(xùn)練后的模型對工程實(shí)例進(jìn)行預(yù)測評價(jià)，驗(yàn)證了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在采空區(qū)地基穩(wěn)定評價(jià)過程中的可行性和正確性。賈磊等通過建立基于盲數(shù)理論的評價(jià)模型對采空區(qū)地基穩(wěn)定程度進(jìn)行定量評價(jià)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法描述過于絕對化的問題，為工程實(shí)踐提供了新的方法和思路。針對于老采空區(qū)穩(wěn)定性影響因素的隨機(jī)性和模糊性，另一部分學(xué)者將模糊理論廣泛應(yīng)用于采空區(qū)地基穩(wěn)定評價(jià)研究，為沉陷區(qū)域新建建(構(gòu))筑物地基穩(wěn)定性評價(jià)提供了技術(shù)和理論支撐。

滕永海等對老采空區(qū)地基穩(wěn)定性評價(jià)方法進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，提出了從建筑物載荷影響深度和采動(dòng)覆巖破壞高度相對關(guān)系及地表殘余移動(dòng)變形與建筑物抗變形能力相互關(guān)系2個(gè)方面對老采空區(qū)地基穩(wěn)定進(jìn)行評價(jià)，并且該評價(jià)方法被廣泛應(yīng)用指導(dǎo)工程實(shí)踐。在此研究的基礎(chǔ)之上，研究人員對于建筑物載荷作用下采動(dòng)覆巖穩(wěn)定性和沉陷區(qū)地表殘余變形2個(gè)研究方面分別進(jìn)行了深入研究，其中鄧喀中等結(jié)合采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)的劃分，將長壁開采老采空區(qū)的“活化”類型進(jìn)行了分類，并給出了導(dǎo)致老采空區(qū)“活化”的主要因素，指出了沉陷區(qū)域的穩(wěn)定性主要是由于采動(dòng)覆巖的巖層結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)和破碎巖體的壓縮變形造成的，以此為基礎(chǔ)推導(dǎo)出了載荷作用下地表殘余變形公式。

綜上所述，相關(guān)學(xué)者對于老采空區(qū)地基穩(wěn)定性的研究主要集中于優(yōu)化算法的應(yīng)用、建筑載荷的擾動(dòng)深度和采動(dòng)覆巖破壞高度的相對關(guān)系，及地表殘余變形跟建筑物抗變形能力的相互關(guān)系的判斷。對建筑物載荷作用下采空區(qū)是否會發(fā)生“活化”，上述研究忽略了采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)特征及其承載能力，筆者在前人的研究基礎(chǔ)之上，通過對采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)特征和巖體中附加應(yīng)力分布特征進(jìn)行分析，建立“載荷作用下采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型”，確定其失穩(wěn)判據(jù)，并應(yīng)用于工程實(shí)踐。

1 載荷作用下采動(dòng)覆巖模型建立

地表載荷作用下，采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性將直接決定了沉陷區(qū)域地表移動(dòng)變形，從而影響建(構(gòu))筑物的安全性。因此對于地表載荷作用下采空區(qū)的穩(wěn)定性研究，主要內(nèi)容為地表載荷和采動(dòng)覆巖的相互作用，接下來從采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)和地表載荷附加應(yīng)力分布規(guī)律2個(gè)方面進(jìn)行分析。

1.1 采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)特征分析

采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)特征可從豎直和水平2個(gè)方向進(jìn)行分析。采動(dòng)覆巖豎直方向的覆巖破壞規(guī)律根據(jù)已有研究成果表明，煤層上覆巖層受采動(dòng)影響，采動(dòng)覆巖將在豎直方向上形成“三帶”(彎曲下沉帶+裂隙帶+垮落帶)、“兩帶”(裂隙帶+垮落帶)或“一帶”(垮落帶)模式(圖1)。其中，彎曲下沉帶巖體范圍內(nèi)巖體相比原巖破壞程度低，呈現(xiàn)整體連續(xù)性變形；裂隙帶內(nèi)巖體發(fā)生破壞，破斷成塊但相互鉸接，具有一定的承載能力；垮落帶內(nèi)巖體破壞嚴(yán)重，多為破碎巖體。

圖1 采動(dòng)覆巖豎直方向結(jié)構(gòu)示意

已有研究成果表明，采動(dòng)覆巖在水平方向一般由于采空區(qū)周邊煤壁支撐效果，導(dǎo)致在采空區(qū)周邊范圍內(nèi)垮落不充分，從而形成砌體梁結(jié)構(gòu)，如圖2所示，其中，和分別為下部巖體對于巖塊C和巖塊D的支撐力。

圖2 采動(dòng)覆巖水平方向結(jié)構(gòu)示意

綜上所述，針對建筑物載荷作用下采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性研究應(yīng)集中于采空區(qū)周邊及上位的破斷鉸接巖塊。

1.2 載荷作用下應(yīng)力分布

有限范圍的均布載荷作用下，根據(jù)彈性理論，當(dāng)考慮為平面問題時(shí)，地基附加應(yīng)力(kPa)為

(1)

式中，為地表載荷，kN/m；為任意點(diǎn)與載荷邊界豎直方向的夾角。

將式(1)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行可視化處理，地基附加應(yīng)力分布如圖3所示。

圖3 建筑物載荷在豎直方向附加應(yīng)力分布示意

從圖3可以看出，在均布載荷作用下，由于地基土的擴(kuò)散能力，附加應(yīng)力不僅發(fā)生在荷載作用范圍之下，而且分布在荷載作用范圍以外相當(dāng)大的區(qū)域內(nèi)，并呈現(xiàn)出“氣泡”狀分布。在荷載分布范圍內(nèi)任意點(diǎn)沿垂線方向，深度愈大，愈小，在荷載邊緣以外任意點(diǎn)沿垂線隨深度從0開始向下，先加大后減少；均布載荷作用下，在距離基礎(chǔ)底面不同深度的各個(gè)水平方向上，作用范圍中心點(diǎn)下軸線處的最大，并且隨著距離中軸線愈遠(yuǎn)，愈小。

根據(jù)圣維南原理，當(dāng)研究深度超過力作用范圍1～2倍時(shí)，可將均布載荷簡化為作用于作用范圍中心處的集中載荷，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)水平方向上的附加應(yīng)力分布形式簡化為三角形分布，其簡化方式及結(jié)果如圖4所示。

圖4 建筑物載荷在水平層位的附加應(yīng)力分布示意

(2)

=cot

(3)

(4)

(5)

1.3 載荷作用下采動(dòng)覆巖模型力學(xué)分析

基于上述對采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)和地基附加應(yīng)力的分析表明：載荷作用下采動(dòng)覆巖的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)主要為相互鉸接巖塊；地表荷施對于采空區(qū)的擾動(dòng)主要來源于上部，對于采動(dòng)覆巖影響自上而下，并且采動(dòng)覆巖當(dāng)中距離地表最近的鉸接巖塊，承載了自身及其上部直至地表載荷，因此認(rèn)為該位置處鉸接巖塊的失穩(wěn)將直接導(dǎo)致地表的突然沉降。因此地表載荷對于采空區(qū)穩(wěn)定性的影響，主要研究對象確定為采動(dòng)覆巖當(dāng)中的距離地表最近的鉸接巖塊的穩(wěn)定性。

根據(jù)采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)特征和載荷在巖體中的應(yīng)力傳遞特征，建立了載荷作用下采動(dòng)覆巖受力模型，如圖5所示。模型當(dāng)中為點(diǎn)坐標(biāo)的值；和為鉸接巖塊原有的附加載荷，kN；為水平推力，kN；，和為支撐力，kN；和為破斷塊體長度，m。

圖5 載荷作用下采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型

根據(jù)已有研究成果將地表載荷作用形式簡化為三角形分布，同時(shí)結(jié)合關(guān)鍵塊的滑落失穩(wěn)和回轉(zhuǎn)失穩(wěn)的判別公式建立條形載荷作用關(guān)鍵塊失穩(wěn)模型。

在模型當(dāng)中取Σ=0，Σ=0，由于巖塊長度由其受力條件決定，巖層由于覆巖的層狀特征，周期來壓步距可以做出判斷，因此可假設(shè)==。

(6)

(-)-F

(7)

F=+(+1)

(8)

F=

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

其中，F，F為分別為模型所受外部力對點(diǎn)求取的力矩和右側(cè)塊體所受的外部力對點(diǎn)求取的力矩；，分別為左側(cè)塊體和右側(cè)塊體所受外部力的等效集中力；，為等效集中力的等效系數(shù)。根據(jù)幾何關(guān)系可知=sin，=(sin+ sin)，=，=(-sin)/2，=/，其中，為塊體回轉(zhuǎn)角度。

(14)

(15)

根據(jù)砌體梁全結(jié)構(gòu)計(jì)算得到≈/4，并且+=++得

(16)

(17)

通過建立建筑物下采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型及關(guān)鍵塊的受力分析，得到了鉸接巖塊咬合處的水平推力和相對剪切力為覆巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析奠定了基礎(chǔ)。

2 載荷作用下覆巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

地表加蓋建筑物以前，采動(dòng)覆巖保持一種相對穩(wěn)定狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)符合砌體梁結(jié)構(gòu)“S-R”模型，即

(18)

(19)

式中，和分別為“砌體梁”的滑落失穩(wěn)和回轉(zhuǎn)失穩(wěn)判別式；為破斷巖塊的塊度；為破斷巖塊之間摩擦角；為破斷巖塊抗壓強(qiáng)度。

基于建筑物載荷作用下采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性模型，結(jié)合砌體梁穩(wěn)定性條件對建筑物載荷作用下采動(dòng)覆巖的穩(wěn)定性進(jìn)一步分析。

2.1 滑落失穩(wěn)分析

基于載荷作用下采動(dòng)覆巖模型力學(xué)分析可知當(dāng)鉸接巖塊鉸接處的摩擦力大于支撐力時(shí)，此結(jié)構(gòu)不發(fā)生滑落失穩(wěn)，即必須滿足以下條件：

tan≥

(20)

式中，為在建筑物載荷作用下“砌體梁”模型滑落失穩(wěn)判據(jù)。

載荷作用下采動(dòng)覆巖模型滑落失穩(wěn)的分析，主要研究外部載荷對于覆巖結(jié)構(gòu)的影響，化簡得

(21)

采動(dòng)覆巖未受地表載荷作用時(shí)，其結(jié)構(gòu)符合：

(22)

并且根據(jù)已有研究成果表明，tan一般取0.3，且0

(23)

根據(jù)式(23)可知，和與地表載荷成正比例函數(shù)(=，=)，且系數(shù)(,)為正數(shù)，因此和地表載荷的關(guān)系如圖6所示。

圖6 載荷作用下采動(dòng)覆巖滑落失穩(wěn)判別示意

基于上述的對于滑落失穩(wěn)的探討，可以看出當(dāng)巖層穩(wěn)定以后，采動(dòng)覆巖受地表載荷的影響，將不再發(fā)生滑落失穩(wěn)。因此采動(dòng)覆巖在地表載荷作用下，發(fā)生的失穩(wěn)模型主要為回轉(zhuǎn)失穩(wěn)。

2.2 回轉(zhuǎn)失穩(wěn)分析

基于滑落失穩(wěn)分析，采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)失穩(wěn)主要形式應(yīng)表現(xiàn)為回轉(zhuǎn)失穩(wěn)。地表載荷作用下，結(jié)構(gòu)不發(fā)生回轉(zhuǎn)失穩(wěn)需滿足，關(guān)鍵塊鉸接處的擠壓應(yīng)力,產(chǎn)生的壓強(qiáng)應(yīng)小于巖石的抗壓強(qiáng)度，即

≤

(24)

根據(jù)已有實(shí)驗(yàn)成果，可取0.3。

(25)

式中，為地表載荷作用下鉸接巖塊回轉(zhuǎn)失穩(wěn)判別值。

依據(jù)建立的地表載荷作用下覆巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性模型，可以看出地表載荷作用下關(guān)鍵塊的回轉(zhuǎn)失穩(wěn)主要與破斷巖塊的塊度、回轉(zhuǎn)角、承載層原有上覆載荷及地表載荷有關(guān)。沉陷區(qū)域未新建建筑物時(shí)，采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)符合以下條件：

(26)

通過對的化簡可以得到

(27)

當(dāng)0.5sin<

(28)

同理可得，和地表載荷的關(guān)系如圖7(a)所示，根據(jù)式(28)和圖7(a)，可以看出在0.5sin<

圖7 載荷作用下采動(dòng)覆巖回轉(zhuǎn)穩(wěn)定判別示意

當(dāng)<0.5sin或>sin時(shí)(即<0.5sin或>sin)時(shí)：

(29)

同理可得，和地表載荷的關(guān)系如圖7(b)所示，根據(jù)式(28)和圖7(b)，塊度達(dá)到一定條件(<0.5sin或>sin)時(shí)，伴隨壓力的增大，失穩(wěn)的可能性不斷增大。

基于上述探討可知，在地表載荷作用下，采動(dòng)覆巖存在的砌體梁結(jié)構(gòu)將不會反生滑落失穩(wěn)；而在地表載荷作用下，當(dāng)鉸接巖塊的回轉(zhuǎn)角度及破斷巖塊的塊度符合一定條件(<0.5sin或>sin)時(shí)，采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)將會隨著地表載荷的增大，采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的可能性逐漸增大。

3 工程實(shí)例計(jì)算

3.1 工程地質(zhì)條件

某擬建項(xiàng)目場地位于蘆溝煤礦采空區(qū)上方，如圖8所示，擬建區(qū)域橫跨多個(gè)工作面采空區(qū)且西南部下方存在未開采區(qū)，因此確定老采空區(qū)對地表擬建建筑物的影響情況，需對該區(qū)域采動(dòng)覆巖穩(wěn)定性進(jìn)行分析論證。擬建區(qū)域下方為蘆溝煤礦某長壁工作面，主采煤層為山西組二煤，煤層傾角13°，采用炮采放頂煤采煤工藝。工作面平均埋深約387.8 m，開采厚度約6 m，采場上覆巖層包含了砂質(zhì)泥巖、粗粒砂巖、泥巖、中粒砂巖、粉砂巖、細(xì)粒砂巖和表土層厚7.5 m，上覆巖層巖性綜合評價(jià)為中硬巖層。

圖8 工程示意

3.2 理論計(jì)算

3.2.1 采動(dòng)覆巖破壞高度

采動(dòng)覆巖破壞高度(導(dǎo)水裂縫帶高度)與許多地質(zhì)采礦條件有關(guān)，目前尚無確定的具體表達(dá)式，因此計(jì)算大多采用經(jīng)驗(yàn)公式。根據(jù)分析求得的覆巖巖性(中硬)、煤層埋藏條件及采煤方法，采用《“三下”指南》中給出的緩傾斜厚煤層放頂煤導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，所以該工作面采動(dòng)覆巖破壞高度為

(30)

=20+10

(31)

式中，為導(dǎo)水裂隙帶高度，m；為煤層開采厚度，m。

根據(jù)所給導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算公式，按中硬巖性計(jì)算導(dǎo)水裂隙帶高度，得導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度的范圍為69.8～130.0 m。同時(shí)，已有研究成果表明蘆溝煤礦32101放頂煤工作面的導(dǎo)水裂縫帶高度為109.8 m，裂采比為17.2?；跀M建區(qū)域附近巖層賦存條件，以此裂采比計(jì)算擬建場地下方長壁工作面的導(dǎo)水裂縫帶的高度為104.3 m。綜上所述，采用經(jīng)驗(yàn)公式法和工程類比法，最終確定導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度(采動(dòng)覆巖破壞高度)為104.3 m。

3.2.2 采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)分析

基于上述對采動(dòng)覆巖破壞高度的計(jì)算結(jié)果，為確定研究對象位置(距離地表最近的鉸接巖塊位置)，采用3DEC數(shù)值模擬軟件對采動(dòng)覆巖的運(yùn)移特征及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。

根據(jù)擬建區(qū)域附近的地質(zhì)鉆孔資料(圖9)，建立3DEC數(shù)值計(jì)算模型。為在工作面推進(jìn)方向達(dá)到充分采動(dòng)，設(shè)計(jì)工作面推進(jìn)長度560 m；為減小模型邊界條件的影響，在工作面左右兩側(cè)保留220 m巖體，最終建立模型尺寸為1 000 m×1 m×408 m(長×寬×高)如圖10所示。為真實(shí)模擬工作面上方采動(dòng)覆巖破壞運(yùn)移規(guī)律，模擬工作面分28步開挖完成。

圖9 覆巖柱狀

圖10 3DEC數(shù)值計(jì)算模型

數(shù)值模型中塊體本構(gòu)模型選用摩爾-庫倫模型，節(jié)理本構(gòu)模型選為庫倫滑移模型。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模型校對，確定上覆巖層的物理力學(xué)參數(shù)見表1，工作面推進(jìn)結(jié)束后，其采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)如圖11所示。

表1 巖層物理力學(xué)參數(shù)

根據(jù)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11所示，得到采動(dòng)覆巖破壞范圍內(nèi)最上部的鉸接巖塊結(jié)構(gòu)位于煤層上方54.1 m處，并且該鉸接巖塊下部存在允許鉸接巖塊結(jié)構(gòu)失穩(wěn)空間。因此最終確定研究對象為埋深320.4 m處采動(dòng)影響形成的鉸接巖塊結(jié)構(gòu)。

圖11 采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)

3.2.3 載荷作用下覆巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性評價(jià)

通過關(guān)鍵層理論對研究對象和文獻(xiàn)[27]的巖層碎脹系數(shù)，進(jìn)行巖塊破斷長度、鉸接結(jié)構(gòu)承受載荷和研究對象下方的空間進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2，表中，為開切眼位置破斷巖塊長度；為終采線位置破斷巖塊長度；為開切眼位置破斷巖塊塊度；為終采線位置破斷巖塊塊度；為破斷巖塊下部可下沉空間；為開切眼位置破斷巖塊回轉(zhuǎn)角度；′為終采線位置破斷巖塊回轉(zhuǎn)角度。

表2 采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性評價(jià)參數(shù)

首先根據(jù)鉸接巖塊的長度和巖塊回轉(zhuǎn)角度進(jìn)行回轉(zhuǎn)失穩(wěn)條件判別，發(fā)現(xiàn)鉸接巖塊結(jié)構(gòu)符合>sin，因此在地表載荷作用下將可能出現(xiàn)回轉(zhuǎn)失穩(wěn)。擬建工程中建筑物的設(shè)計(jì)高4層，為長20 m，寬16 m，基礎(chǔ)埋深1.5 m，單層建筑物平均面積荷載為17 kPa。

根據(jù)擬建區(qū)域建筑位置和不可采區(qū)域相對關(guān)系(圖8)，擬建建筑物處于開切眼位置。當(dāng)載荷中心位于關(guān)鍵塊鉸接處時(shí)，作用采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)上的合力最大，即對采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響最大，綜上所述，并出于安全考慮，取=-30.8。基于上述分析，將得到的傾向和走向的工程數(shù)據(jù)分別代入回轉(zhuǎn)失穩(wěn)判別式(25)對新建建筑物的穩(wěn)定性進(jìn)行評價(jià)。

在采空區(qū)開切眼位置處，出現(xiàn)采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的條件為：建筑物載荷≥2 290 kPa。按照擬建工程設(shè)計(jì)高4層，單層平均面積載荷為17 kPa，擬建工程建筑物載荷遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)所允許承載載荷，因此認(rèn)為擬建工程安全可行。

4 現(xiàn)場實(shí)測驗(yàn)證

4.1 觀測區(qū)域概況

新建建筑物在2020年11月已經(jīng)建成竣工，因此將新建建筑物區(qū)域作為觀測區(qū)域，采用2020年11月—2021年10月獲取的覆蓋觀測區(qū)域的Sentinel-1A衛(wèi)星IW模式影像為數(shù)據(jù)源進(jìn)行PSInSAR處理，獲得研究區(qū)域地表沉降演變特征，研究區(qū)域概況如圖12所示。

圖12 觀測區(qū)域

4.2 觀測結(jié)果及分析

根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)由衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)測2020年11月—2021年10月1 a內(nèi)平均地面沉降速率地形圖(圖13)，可以看出研究區(qū)域整體沉陷下沉的趨勢，平均沉降速率主要集中在0～20 mm/a。

圖13 研究區(qū)域內(nèi)沉降速率

從圖14(a)可以看出，研究區(qū)域內(nèi)每個(gè)月的地表沉降量在-10～10 mm，平均值為0.87 mm，沉降相對平穩(wěn)，無突然沉降現(xiàn)象。2020年11月—2021年10月一年內(nèi)地表累計(jì)沉降量分布在20～5 mm，平均值(9.61 mm)大于標(biāo)準(zhǔn)差(8.24 mm)，如圖14(b)所示，沉降平均值±標(biāo)準(zhǔn)差為負(fù)值，表明研究區(qū)域內(nèi)整體呈現(xiàn)下沉趨勢。基于上述分析，確定在新建建筑物作用下，沉陷區(qū)域下方采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)未發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。

圖14 研究區(qū)域內(nèi)PS目標(biāo)點(diǎn)下沉量頻率分布直方圖

5 結(jié) 論

(1)通過系統(tǒng)分析豎直和水平兩方向采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)特征和載荷作用下巖體內(nèi)附加應(yīng)力分布特征，提出了“載荷作用下采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型”，并給出了地表載荷作用下采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)當(dāng)中的主要研究對象，即采動(dòng)覆巖中最上部存在鉸接巖塊巖層。

(2)基于砌體梁結(jié)構(gòu)的“S-R”失穩(wěn)條件，分析了荷載作用下采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，得到在上部載荷的作用下采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)不會發(fā)生滑落失穩(wěn)，在塊度達(dá)到一定條件(<0.5sin或>sin)時(shí)，隨著載荷的增大，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的可能性增大，最終發(fā)生回轉(zhuǎn)失穩(wěn)，并給出了判別公式。

(3)根據(jù)擬建區(qū)域采空區(qū)地質(zhì)采礦條件以及擬建建筑物設(shè)計(jì)參數(shù)，利用“載荷作用下采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型”及其穩(wěn)定性判別公式，評估了采空區(qū)地表工程建設(shè)的安全性。采用PSInSAR技術(shù)對建設(shè)區(qū)域地表沉降特征分析表明，建設(shè)區(qū)域地表整體呈緩慢下沉趨勢，無突然沉降現(xiàn)象，證明了理論分析的合理性。