基于ANSYS的大兴井田采空区地基稳定性分析与治理方法研究

论文摘要

煤炭资源的开采,形成大规模的采空区。随着可供建筑地面严重不足,采空区问题已成为我国基础工程建设的制约因素。针对采空区建筑地基稳定性的问题,本文以铁法大兴井田采矿地质条件为背景,利用传统的地质历史分析方法,进行采空区地基稳定性分析;以有限元理论为基础,选取合理参数,运用ANSYS分析软件进行了深入研究,并对采空区治理方法进行定量分析与探讨。研究认为:在采空区中间区地基虽沉降量较大,但倾斜、曲率、水平变形较小,地基相对稳定,随着接近采空区边缘沉降虽小,但其他各变形均有增大趋势,地基稳定性渐差;采空区处理应采取地上建筑物抗变形设计和地下地基处理相结合的方式,互补不足,以保证建筑物的长期稳定。研究结果表明:准确的数值模拟,可以反映出采空区地基的变化规律,并且可以为采空区地基处理提供可靠依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 地表移动预计理论研究现状
• 1.2.2 建筑荷载作用下采空区地基稳定性研究现状
• 1.2.3 采空区处理技术研究现状
• 1.3 论文的研究内容与研究方法
• 1.4 论文的研究意义
• 2 矿区概况
• 2.1 概述
• 2.1.1 交通位置
• 2.1.2 井田自然概况
• 2.2 地质环境条件
• 2.2.1 水文气象
• 2.2.2 地形地貌
• 2.2.3 地层岩性
• 2.2.4 煤层赋存情况及煤的特性
• 2.2.5 井田构造与地震
• 2.2.6 水文地质条件
• 3 采空区的形成及地表沉陷规律
• 3.1 开采引起上覆岩层移动变形规律
• 3.1.1 岩体内的应力状态
• 3.1.2 地下开采引起的岩层移动
• 3.1.3 上覆岩层的移动形式
• 3.2 开采引起的地表移动和破坏
• 3.2.1 地表移动特征
• 3.2.2 地表变形的分类
• 3.2.3 影响地表变形的因素
• 3.3 地表移动盆地边界的确定
• 3.3.1 地表移动边界的划分
• 3.3.2 圈定边界的角参数值
• 3.3.3 大兴矿地表移动角量参数的确定
• 4 基于有限元理论的采空区地基稳定性数值模拟分析
• 4.1 有限元理论的基本原理
• 4.2 弹塑性非线性理论模型
• 4.2.1 非线性力学理论
• 4.2.2 弹塑性有限元数值分析方法
• 4.3 计算模型的建立
• 4.3.1 ANSYS 数值模型的建立
• 4.3.2 计算参数的选择
• 4.3.3 边界条件的处理和计算范围选择
• 4.4 地基稳定性评价标准
• 4.5 计算结果分析
• 4.5.1 不同位置的附加荷载对地基稳定性的影响
• 4.5.2 同一位置施加不同大小荷载对地基稳定性的影响
• 4.5.3 结果分析
• 5 采空区治理方法研究
• 5.1 地表建筑物抗变形结构设计方法
• 5.1.1 开采沉陷对建筑物的影响
• 5.1.2 建筑物的抗变形措施
• 5.1.3 探讨水泥粉煤灰碎石桩（CFG 桩）在采空区的应用
• 5.2 采空区地基的处理方法
• 5.2.1 采空区地基处理方法分类
• 5.2.2 注浆法治理采空区特点
• 5.3 采空区注浆理论
• 5.3.1 渗透注浆理论
• 5.3.2 劈裂注浆理论
• 5.3.3 裂隙岩体的注浆理论
• 5.4 注浆液性质的研究
• 5.4.1 注浆液的基本性能
• 5.4.2 注浆固结体的性质
• 5.4.3 注浆材料的分类
• 5.4.4 采空区注浆材料的技术要求
• 5.5 注浆量的预测及注浆带的选择
• 5.5.1 注浆量的预测
• 5.5.2 注浆带选择
• 5.6 工程实例介绍
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献