引水隧洞及下覆采空区安全稳定性研究

论文摘要

近年来,由于工程建设的需要,在某些地质、地形条件特殊地段,许多基础工程如公路、铁路、水利、水电工程设施等不得不穿越采空区上方或建立在采空区上方,然而采空区顶板的冒落以及上覆岩层的下沉将直接影响到上覆岩层中的相关工程的安全稳定运行。因此有必要对采空区与其上覆岩层中或地表上的相关工程的安全稳定性进行研究。本文以引水隧洞与下覆铅锌矿采空区为研究对象,运用“三带”理论对采空区的冒落范围进行计算分析,并应用ANSYS数值模拟软件对引水隧洞与采空区的安全稳定性进行模拟研究,主要内容如下：(1)查阅国内外相关文献资料,了解国内外关于采空区与上覆岩层中或地表的相关工程安全稳定性研究的现状及方法。(2)通过现场调研以及收集到的资料,对采空区及引水隧洞相对位置关系以及所处的工程地质条件进行分析。(3)论述了采空区围岩的破坏机理以及上覆岩层的破坏、冒落机理,运用“三带”理论对采空区冒裂带影响进行计算分析,确定采空区冒裂带响范围。计算结果为采空区冒裂带高度远在引水隧洞之上,有些区段处于采空区的冒落带范围内。一旦采空区失稳,冒裂带发展到引水隧洞所处的位置,引水隧洞将被破坏。(4)运用ANSYS数值模拟软件对采空区与引水隧洞安全稳定进行模拟分析,结果表明采空区的存在,引水隧洞不管是从受力状态还是位移量来看,均处于不安全状态,必须对采空区进行处理。(5)对采空区用浆砌石支撑柱加固处理后进行模拟,结果表明采空区加固处理后,引水隧洞的局部是稳定的,整体来说引水隧洞处于不安全状态,整体上需充填处理。(6)采空区在加固的基础上充填,再进行模拟,采空区和引水隧洞的受力状态得到了明显改善,位移量明显较小。充填后,能够确保引水隧洞的安全稳定运行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 开采沉陷的研究现状
• 1.2.2 采空区稳定性分析研究方法
• 1.2.3 数值模拟方法及相关程序
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 本文研究技术路线
• 第二章 工程地质条件
• 2.1 引水隧洞工程地质条件
• 2.1.1 地形地貌
• 2.1.2 地层岩性
• 2.1.3 地质构造
• 2.1.4 水文地质
• 2.1.5 引水隧洞围岩分类
• 2.1.6 工程地质评价与支护
• 2.2 采空区工程地质条件
• 2.3 引水隧洞与采空区的相对位置关系
• 第三章 采空区的影响范围计算分析
• 3.1 采空区上覆岩层移动的基本形式
• 3.2 采空区上覆岩层破坏及移动的力学模式
• 3.3 采空区的三带划分
• 3.4 影响引水隧洞的采空区范围计算
• 3.5 采空区围岩冒裂带高度的计算
• 3.6 下游采矿对引水隧洞的影响分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 引水隧洞与采空区的安全稳定性数值模拟分析
• 4.1 数值分析方法的选择及其基本步骤
• 4.1.1 数值分析方法的选择
• 4.1.2 有限元法的分析过程
• 4.1.3 ANSYS程序分析过程
• 4.2 计算参数及模型的选取
• 4.2.1 岩体基本物理力学指标
• 4.2.2 计算模型
• 4.2.3 力学模型
• 4.2.4 初始地应力的模拟
• 4.3 数值模拟结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 采空区处理后数值模拟分析
• 5.1 采空区的加固处理及模拟分析
• 5.1.1 采空区的加固处理
• 5.1.2 采空区的加固处理后模拟分析
• 5.2 采空区充填处理后模拟分析
• 5.3 采空区充填后冒裂带的计算
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文结论
• 6.2 对今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B