采空区围岩稳定性影响因素分析_邵勇

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1、公路２０１５年５月第５期ＨＩＧＨＷＡＹＭａｙ．２０１５Ｎｏ．５文章编号：０４５１－０７１２（２０１５）０５－０２２９－０４中图分类号：Ｕ４５１．２文献标识码：Ａ采空区围岩稳定性影响因素分析邵勇１，阎长虹２，汤小平１（１．连云港职业技术学院连云港市２２２００６；２．南京大学地球科学与工程学院南京市２１００９３）摘要：采用数值模拟的手段分析了采空区围岩稳定性影响因素，主要分析了围岩的黏聚力、摩擦角、弹性模量、泊松比及地表坡度对围岩稳定性的影响，计算结果表明，物理力学参数中黏聚力对围岩的稳定性影响最大，泊松比

2、最小。另外地表坡度对围岩稳定性的影响存在一个临界值，当地表坡度在小范围变动时围岩稳定性变化不大，达一定临界值时稳定性骤然下降，模拟分析可以为采空区围岩稳定性评价提供理论参考。关键词：采空区；物理力学参数；地表坡度；敏感性；分析我国矿产资源富饶，但已于２０世纪进行了大量１模型的建立及初始条件的开采，并留下了众多的采空区，由于当时的技术、为了方便计算分析，在分析各因素对围岩稳定安全意识等原因，大量采空区支护结构失效，导致了性影响时采用平面模型，当作平面问题来分析，数值［１－４］滑坡、地面塌陷等灾害，因此对采

3、空区围岩的稳模型如图１所示，采空区尺寸为２０ｍ（宽度）×５ｍ［５］定性研究显得尤为重要。邱贤德等采用有限元软（高度），模型尺寸为２００ｍ（长度）×１００ｍ（高度），件Ａｎｓｙｓ模拟计算了某具体工程，分析了采空区不采空区埋深为４５ｍ（采空区顶面据地表距离）。模［６］稳定部位及提出了加固措施。赵奎等利用块体稳型尺寸各个方向均比采空区大１０倍以上，可以消除定性理论分析了采空区块体稳定性的随机性及模糊边界效应。模型底部采用全约束即约束水平向与垂性，并将之应用到具体工程中，对浙江某金矿的采空直向的变形，模型两侧采

4、用水平约束条件，围岩为单［７］区围岩的稳定性进行了评价。朱友群等分析了采一岩体。空区在未处理、注浆处理及加筋处理等３种条件下的稳定性，得出加固后采空区围岩应力发生了重分布，以及证明了注浆处理及加筋处理的可靠性。谭红艳［８］等采用洞顶坍塌堵塞法及普氏塌落拱法对某小型采空区的稳定性进行了计算，评价了这两种方法的适用性，并对该采空区的稳定性进行了评价。目前对采空区围岩稳定性评价的方法有模糊数学法、力学公式计算法、数值模拟法，其中数值图１数值模型模拟法操作简单，目前在工程稳定性分析中已经３Ｄ围岩初始物理力学参数

5、：重度为２３．５０ｋＮ／ｍ３，得到广泛应用，因此本文采用ＦＬＡＣ对采空区围岩进行稳定性分析，主要分析围岩的物理力学参弹性模量为５．３ＧＰａ，泊松比为０．２８，黏聚力为数及采空区地表坡度对稳定性的影响，对围岩的０．４１ＭＰａ，摩擦角为３６°。分析各因素影响程度时，弹性模量、泊松比、黏聚力、摩擦角等４种因素的单独变化某一因素数值，其他因素数值不变，变化系敏感性，将各因素对围岩稳定性的影响程度进行数分别为０．８、０．９、１．０、１．１、１．２，见表１。由于计算了排序。另外分析不同采空区地表坡度对围岩稳工况较多

6、，文中不一一给出每种工况的围岩变形、应定性的影响程度。力等信息，而主要给出初始工况的围岩计算结果。收稿日期：２０１４－０９－０２—２３０—公路２０１５年第５期表１围岩物理力学参数变化变化率重度／（ｋＮ／ｍ３）弹性模量／ＧＰａ泊松比黏聚力／ＭＰａ摩擦角／（°）０．８１．８８４．２４０．２２０．３３３０．１６０．９２．１２４．７７０．２５０．３７３３．１８１．０２．３５５．３００．２８０．４１３６．００１．１２．５９５．８３０．３１０．４５３８．６３１．２２．８２６．３６０．３４０．４９４１．０８图２为围岩

7、沉降云图，从图２中可以看出，沉降从图５的围岩塑性区分布图可以看出，塑性区主要发生在采空区上部，其中位移采空区冒落带的主要分布在采空区的上方及下方，这与应力释放区围岩位移较大，最大位移达２４．４４２ｍｍ，地表最大域相一致，围岩塑性区绝大部分为受拉区，受剪区域沉降为１．６６ｍｍ，此时的围岩安全系数为１．５９，处较少，约占采空区面积的２４％，据此也可以判断围于稳定状态。岩基本处于稳定状态，这与稳定系数的计算结果是一致的。图２围岩垂直位移云图图３为围岩垂向应力云图，采空区上部及下部图５围岩塑性区分布图围岩应力释

8、放较大，高达８５％以上，说明采空区形图６为围岩的剪应变增量云图，其中剪应变增成后，围岩的应力产生了较大的调整，而这些也是围量较大值主要分布在采空区冒落带，说明围岩是稳岩产生较大变形的部位，对围岩的稳定性有较大影定的。响，易形成坍塌，而在采空区两侧产生了应力集中现象，应力增大约３０％。图６围岩剪应变增量云图图３围岩垂直应力云图２稳定性影响因素分析图４为围岩水平向应力云图，图４中显示，水平２．１物理力学参数的影响向应力释放较大部位呈“Ｘ”形分布