基于ansys的采空区地基稳定性分析与评价

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1、18能源技术与管理2010年第1期doi：10．3969Q．issn．1672—9943．2010．01007基于ANSYS的呆窑区地基稳定性分析与评价杨德智，陈雨：，宋丽英，，景勃双。(1．黑龙江科技学院，黑龙江哈尔滨l50027；2．沈阳铁道勘察设计院有限公司，辽宁沈阳110013；3．胜利石油管理局，山东东营257237)[摘要]为了解决稳沉之后采空区在上覆荷载作用下地基稳定性的问题，以铁法大隆井田采矿地质条件为背景，以有限元理论为基础，建立基本数学模型，运用ANSYS分析软件进行采空区地基

2、稳定性分析。结果表明：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；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必要的参考。[关键词]采空区；地基稳定性；ANSYS软件；数值模拟[中图分类号]TD325[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2010)01O18低压塑性土，沉降量应小于300iTlrfl，对于高压塑0引言性土，沉降量应小于400mm。地下矿产被采

3、出后留下的空洞区及其围岩变标准2：当地表倾斜≤3mm／m；地表水平变形失稳产生位移、开裂、破碎垮落，直至上覆岩土形42mm／m和地表曲率40。2(X10-3m一)时，地基层整体弯曲、下沉所引起的地表变形与破坏的地的稳定性可以满足建设的要求。区，统称为采空区⋯。随着可供建筑地面的不足，在采空区上方施加建筑荷载以后，如果采空一些工业厂房和住宅楼必须建在采空区的上方，区地表移动和变形参数符合这两条标准，则认为那么在上部荷载作用下，有可能使原本处于相对采空区建筑地基基本稳定。平衡状态的冒裂带岩体重新“活化

4、”，使冒裂带岩2地表移动变形计算方法体再压密、地下残留空洞再冒落，导致地表产生附加移动和变形，进而使新建筑物沉降、局部开裂、地表变形分为两种移动和三种变形。两种移倾斜甚至倒塌。本文是在收集、研究现有地质资料动是垂直移动(下沉)和水平移动；三种变形是倾和矿产资源开发利用方案及相关文件的基础上，斜、曲率(弯曲)和水平变形(压缩变形和拉伸变通过野外地质灾害调查，采用ANSYS模拟软件，形)。取一组断面来分析各类变形，如图1、2所示。以铁法矿大隆井田采矿地质条件为背景，对采空设A、B为主断面上移动前的两点

5、，A、B为区在上覆荷载的作用下的地基稳定性进行综合预移动终止后的相应位置，Z为A、B两点间的距离，测评价。由图1可知：垂直移动△叼=协(1)1地基稳定性评价标准水平移动~8=8a—sB(2)-研究表明，采空区覆岩结构的失稳和各种采倾斜(3)动裂隙、空隙压密是造成采空区地基“活化”、沉降水平变形-△(4)变形主要原因。因此，采空区建筑地基稳定性评价式中，△、△为垂直移动和水平移动，mm；i标准主要应考虑采空区在附加荷载作用下是否会为倾斜，mm／m；EA、为A、B两点水平移动分量，“活化”以及在附加荷

6、载作用下的地表残余变形。mm0根据建设部颁布的《建筑地基基础设计规范》在图2中，设A、B、C为主断面上移动前的三及煤炭工业局制定的《建筑物、水体、铁路及主要点，A、B、c为移动终止后的相对位置，由图2可井巷煤柱留设与压煤开采规程》，确定以下两条标知：准作为判别老采空区建筑地基稳定与否的标准。AB段的倾斜：=(一伽)／zA，相当于A、B标准1：当建筑物高度小于100m时，对于中中点1处的倾斜。2010年第1期杨德智，等基于ANSYS的采空区地基稳定性分析与评价19BC段的倾斜：(叼一)／z肼，相当于

7、B、C中3模拟分析点2处的倾斜。1、2两处的倾斜差△，除以1、2两点间的距3．1计算模型的建立离，即得平均的倾斜变化，并以此作为平均曲本次的采空区数值模拟是以铁法大隆矿采矿率，则B点的曲率为：地质条件为原型[3-43，地层从上到下依次简化为六K=(iA—iBc)／Z卜。=Ai层。曲率半径可从下式求得：本次工作将在如图3所示的1、2、3位置分别尺，{=1O00／KR=10001／△施加60kPa、120kPa、200kPa、240kPa的线荷载，长度为60m，也就是模拟60ITI长的3层、6层、l0

8、层、12层建筑物，并以模拟基础的方向作为路径，建立关于竖直位移和水平位移的分布图和分布曲线，以此研究讨论不同位置的荷载以及同一位置不同的荷载作用下采空区地基的变形移动规律，并对地基的稳定性作出评价。图1地表移动盆地变形分析嗡—_—_—一—≥=二一：1I一／I(T：：／2一，≯。图3计算模型示意图3．2模拟结果分析1△，7AB图4是在位置1施加200kPa荷载，模拟1OAlAB层建筑的ANSYS分析图。图410层荷载作用下位置1水平位移和竖直位移图、曲线能源技术与管理2010年第1期