FUZZY MODELS FOR ESTIMATION OF SURFACE GROUND SUBSIDENCE

In this paper,the mathematical theory of fuzzy probability is used for theproblems of rock mass mechanics due to excavation,especially mining.A mathematicalmodel is developed for the movement and deformation of rock mass on the basis of theassumption that the displacement and deformation of rock mass is a fuzzy event,and fromthis model theoretical formulas are derived for calculating the displacement of rock massdue to excavationThe theories of both the two-and three-dimensional problems are developed and appliedto the analysis of engineering problems in excavation.The agreement of the theoreticalresults with the field measurements shows that our model is satisfactory and the formulaeobtained are valid and thus can be effectively used for predicting the displacements anddeformations and the safety evaluation of the buildings on the ground surface.

MEMS传感器在岩溶塌陷物理模拟试验监测中应用研究

针对岩溶塌陷地下土体位移监测难度大的问题,提出了一种基于微电机系统(Micro-Electro Mechanical Systems,MEMS)传感器的监测方法。采用时域积分算法处理MEMS加速度数据,先去除噪声和直流分量,通过多项式拟合去除趋势项,从而获取位移监测数据,通过定距试验分析算法误差。设计了2组室内模型试验,一组将MEMS传感器集中布设于稳定区,另一组多布设于塌陷区,对不同埋深土体的位移进行监测,结合粒子图像测速设备(Particle Image Velocimetry,PIV)实测数据分析误差,验证利用MEMS传感器监测土体位移的适用性和实用性。结果表明:根据MEMS的加速度时程,通过时域积分算法能有效获得土体的位移,MEMS传感器可用于岩溶塌陷的实时监测;分析得到岩溶塌陷地下土体位移规律,土体位移的变化与塌陷源位置相关,随着土体高度的增加,位移逐渐减小,而处于塌陷源正上方的土体水平位移几乎为0;工程中可针对已经发生的塌陷和有可能发生的塌陷2种工况,分别将MEMS传感器埋设在稳定区和塌陷区,进行实时监测,保障生命财产安全。提出的方法为岩溶塌陷的监测提供了新的思路,也为MEMS传感器在岩土工程中的应用奠定了基础。

近水平煤层开采上覆岩层运动与沉陷规律相关研究

将近水平煤层开采的上覆岩层运动与地表沉陷作为一个整体系统进行研究,论述了采场上覆岩层的运动规律和裂隙拱的形成及发展变化过程。并结合地表沉陷的GPS观测,确定了针对具体地质条件的地表移动变形边界角、移动角,找到了井下工作面推进位置与地表下沉速度之间的关系。

地下开采引起地表沉陷预测的弹性薄板法

基于弹性力学中的薄板弯曲理论,在岩体移动领域建立了地表下沉预测分析的层状模型。通过单元开挖给出了地下工程开挖引起岩体移动变形分析的二维和三维问题理论计算公式,推导了山区地下采矿引起地表下沉的理论公式并用于贵州水城矿务局汪家寨煤矿地下开采引起地表下沉的预测分析。在分析过程中,采用Matlab软件进行数值积分计算和图形绘制。通过工程实例计算分析表明,理论计算结果与矿山现场实测资料二者吻合的很好。

厚覆盖层条件下地下采矿引起的地表变形陷落特征模型试验研究

以某金属矿山为原型,运用地质力学模型试验,深入分析了厚覆盖岩层条件下地表变形陷落随不同开采水平的变化规律、不同开采水平下地表变形陷落范围的变化规律以及地表变形陷落随时间的变化规律。试验采用数码相机数字化近景摄影测量方法来量测采矿过程中地表及上、下盘岩体中的位移。本试验模拟了复杂的地质条件和自然崩落法的采矿过程。地表最大下沉位移主要集中在断层F1,F4之间的区域。采场顶板围岩具有明显的流变特性,蠕变曲线具有较明显的减速蠕变阶段、稳定蠕变阶段以及变形稳定阶段。在目前开采条件下,蠕变曲线都呈变形收敛形态。相对最终稳定时的总位移量,开采完毕瞬时位移占10%～35%,减速蠕变阶段所产生的位移约占43%～72%,稳定蠕变阶段所产生的位移占15%～25%,不难发现,绝大部分地表下沉位移主要发生在减速蠕变阶段。减速蠕变阶段约为7～8 d,最终变形稳定阶段约为46～50 d。通过对试验结果的深入分析,从-270 m水平起采明显优于从-200 m水平起采。根据试验结果,所提出的最优起采深度已被矿方所采用。

我国采动地裂缝形成机理研究进展

煤矿区采动地裂缝可对岩土工程的稳定及土地生态安全造成严重威胁,研究其形成机理有助于实现矿区资源与环境协调开发。根据采动地裂缝的力学成因进行分类,系统梳理了不同类型采动地裂缝形成机理研究进展,分析了采动地裂缝的影响因素与研究方法,讨论了相关的关键科学问题。分析认为,岩层破断与表土层形变过程尤其是基岩与松散层接触面的应力-应变机制、动态地裂缝多周期形成机理、顾及多因素耦合影响效应的力学模型构建、多技术手段的综合运用、深部开采与生态脆弱矿区高强度开采以及煤炭开采新技术引起的地裂缝形成机理等将是未来研究的难点与发展趋势。

浅埋暗挖地铁站厅洞室开挖过程物理模型试验及土体变形规律研究

据相似材料大比尺三维概念物理模型理论,高仿真度制作了成型盾构隧道地铁站厅洞室开挖试验物理模型。模拟了双盾构隧道之间开挖站厅洞室的全过程,研究站厅洞室、横通道开挖过程中模型地表沉降,土体的变形,盾构隧道及站厅洞室周围特征点的位移。模拟并研究混凝土加固桩对土体位移的影响,总结出土体的动态力学特征和变形规律,得出一些有益的认识和结论。对研究在已建成地铁双隧道间拓展开挖站厅空间的施工具有重要的参考意义。

塌陷灾害与塌陷工程学

论述主要由于人类工程活动而引起的塌陷灾害及塌陷工程学。叙述塌陷灾害给城市建设、工程建筑,生态平衡及社会环境等方面造成的严重后果。阐述塌陷工程学的内涵、研究内容、目的及研究方法,以及与岩石力学、结构力学,建筑设计、施工等工程科学和社会学等学科的关系。

深基坑开挖地表移动变形分析的Fuzzy模型

采用模糊数学中的模糊测度理论导出了深基坑开挖引起的周围地表移动变形问题分析的数学模型,并用该模型对深基坑开挖引起的周围地表移动变形工程实例进行了具体的计算分析。将理论分析结果与现场实测资料比较,二者吻合得较好。这一结果表明,导出的模糊测度理论模型适用于预测分析城区深基坑开挖引起周围地表移动变形问题。

程潮铁矿东区地表塌陷规律及东主井错动机理

针对程潮铁矿东主井附近岩层错动角超出设计范围的实际情况,首先采用现场调查、地表移动监测手段进行东区地表塌陷规律的分析,其次采用岩层深部变形观测、调查分析和FLAC数值模拟手段进行东主井地表变形破坏机理的研究。研究表明,东主井附近地表开裂破坏的直接原因是滑坡引起的,实际的错动角为63.0°。

铁法矿区巨厚火成岩覆岩下开采地裂缝形成机理研究

采用实地调查和数理统计的方法对采动地裂缝进行分类,并分析不同类型地裂缝的主要成因。针对铁法矿区巨厚火成岩覆岩采动诱发的地裂缝问题,采用平衡拱-梁理论建立了火成岩体断裂破坏的力学模型,利用FLAC3D数值软件模拟计算了巨厚火成岩覆岩采动过程中应力分布规律和地表裂缝发育的机理。

软岩地层深部开采地表下沉分析

针对软岩地层深部地下大面积开采岩体移动变形预测问题,利用弹塑性力学理论建立了相应的预测分析理论模型。用所建立的弹性理论模型对某铁矿地表移动变形进行了计算分析,并将理论预测结果和实测资料进行了对比。文中用弹塑性有限元法分析了不同弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角等物理力学参数对地表下沉的影响;对软岩地层深部开采地表移动进行了计算分析。结果表明,弹性模量对地表下沉影响较大,而其他参数影响较小。结果表明,弹塑性力学方法适用于分析软岩地层大面积开挖岩体移动预测问题。

文家坪磷矿岩体移动预计分析

针对文家坪磷矿地下开采岩体移动变形问题,给出了用于预测分析地下开采引起地表移动变形的双曲正切函数模型。并采用该模型对文家坪磷矿1277采区地表岩体移动变形进行了具体的计算分析。文中将理论结果与现场观测的结果进行了对比,二者吻合较好。

长壁开采引起地表沉陷的分析法

基于弹性力学中的薄板弯曲理论,在岩体移动领域建立了地表下沉预测分析的层状模型。通过单元开挖给出了地下开采引起岩层移动变形的二维及三维理论计算公式,推导出大宁矿山区地下采矿引起地表下沉公式,运用积分法得出图形。通过工程分析,理论计算结果和现场实测相一致。

环境岩土力学及其发展

对环境岩土力学及环境岩土工程及发展进行了综述分析，重点介绍了矿山地下开采带来地表沉陷的环境岩土工程问题。

谈岩溶地面塌陷原因及形成机理

根据现场调查、工程钻探及地球物理勘探等成果,对深圳市同乐村岩溶地面塌陷开展了岩溶地面塌陷的成因和形成机理分析研究,为岩溶地面塌陷治理提供了技术支持。

新疆伊北矿区典型浅埋深厚煤层开采地面沉陷机理研究

新汶矿业集团伊犁四号矿井深处新疆伊北矿区,主要可采煤层上覆易冒落的不稳定顶板,无厚而坚硬的基本顶存在,属于典型浅埋深厚煤层开采矿井。为研究该矿区地面沉陷机理和相应的运动参数,全面掌握采空区对地面的影响,采用理论分析、模拟计算、数据实测和位移反分析理论相结合的方法,通过浅埋深大采高采煤工艺对本矿区地表产生的裂隙及沉陷,分析了地表沉陷机理,得出了"三带"观测参数和伊北矿区地表沉陷变形静态盆地的岩移参数,并为伊北矿区"三下"采煤提供有参考价值的技术参数。

大当量爆炸地冲击毁伤效应的理论与试验研究Ⅲ:深埋洞室地冲击效应模拟试验研究

为厘清开挖扰动和大当量爆炸地冲击扰动对深埋洞室破坏的影响机制,采用自主研制的深埋洞室地冲击效应模拟试验系统,开展从地应力加载、洞室开挖到地冲击扰动加载全过程的相似模型试验。试验模拟了600 m埋深洞室开挖过程,以及封闭爆炸当量90 kt、比例爆距为133 m/kt^(1/3)时的地冲击扰动诱发工程破坏现象。试验成功模拟了颗粒弹射、板裂和块体激活等现象。得到冲击扰动作用下洞周应力、应变和位移的变化规律以及深部洞室的破坏机制。证实了比例爆距为133 m/kt^(1/3)时,洞室处于轻微破坏区。此外,通过开展重复地冲击扰动下的洞室稳定性研究,成功模拟岩爆、板裂、掌子面坍塌等工程灾害,得到重复地冲击扰动下洞室的破坏机制。试验的成功开展,为大当量地下爆炸作用下深埋洞室防护和安全范围确定奠定了重要的基础。

急倾斜多煤层开采地表沉陷分区与围岩破坏机理——以木城涧煤矿大台井为例

为了研究急倾斜多煤层开采条件下地表及围岩移动变形特点,以木城涧煤矿大台井急倾斜多煤层开采为研究对象,进行了相似材料模拟研究.揭示了地表移动变形规律和围岩垮落、破坏机理,得出了不同区域移动变形的大小及主要特点,并与实地观测数据进行了对比分析.结果表明:该条件下开采,地表沉陷盆地可分为露头塌陷区、整体沉陷区、渐变沉陷区和轻微沉陷区,浅部开采形成的地表分区格局对整个采动影响区的地表移动变形起到了控制作用,浅部开采覆岩破坏以陷落和张裂为主要特征,深部开采以离层带裂隙顺层通达地表和台阶错落下沉为主要特征.

急倾斜矿体分步充填开采对地表沉陷的影响

为了研究金川镍矿急倾斜矿体利用充填法开采出现的地面沉陷问题,基于三矿区多期地表岩移GPS监测数据,阐明了F17以东地下开采引起地表岩体移动的总体显现特征,在此基础上,分析了出矿量和地表沉陷盆地体积之间的关系,运用ADINA软件,对不同充填开采条件下围岩应力场、位移场变化特征进行了探讨.研究结果表明:三矿区地表沉陷盆地正在形成,其几何形态明显受到控矿断层的控制;当矿体几何形态和采矿方式较稳定时,地表沉陷盆地体积(T)和矿山出矿量(Q)在一定时段内具有一定的相关关系;影响地表沉陷的主要因素是从开采进路形成至充填阶段的围岩收敛变形和间柱的采断;多进路开采较单进路开采条件下的地表沉陷量大.