分析煤层开采地表移动的一种新型边界元方法.pdf

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1、JournalofEngineeringGeology工程地质学报1004—9665／2014／22(2)一0319_07分析煤层开采地表移动的一种新型边界元方法术肖洪天①E-中琦②孙凌志①(①山东科技大学土木建筑学院，山东省土木工程防灾减灾重点实验室青岛266590)(②香港大学土木工程系香港)摘要煤系地层为成层分布的沉积岩，煤层的开采会引起地表大规模的沉陷，发展适应此类介质的分析方法一直是本领域的研究热点。本文发展了一种新型的边界元方法来分析煤层开采引起的地表移动。该边界元方法基于层状材料基本解，采用4～8变结点单元离散边界

2、，并采用有效的数值方法计算各类奇异积分。然后，用有解析解的算例验证建议数值方法。最后。采用新型边界元方法分析煤层开采引起的地表移动。本文所建议的方法在分析煤层开采引起的地表沉陷时具有较高的计算精度和效率。关键词煤层开采岩层移动地表沉陷层状材料基本解新型边界元法中图分类号：TD821文献标识码：ANEWBoUNDARYELEMENTMETHoDFoRANALYSISOFSURFACESUBSIDENCEDUEToCoALMININGXIAOHongtian①YUEZhongqi②SUNLingzhi①((~CollegeofCiv

3、ilEngineeringandArchitecture，ShandongKeyLaboratoryofCivilEngineeringDisasterPrevention&Mitigation，ShandongUniversityofScience&Technology．Qingdao266590)((~DepartmentofCivilEngineering，TheUniversityofftongKong，HongKong)AbstractRockandcoalincoalbearingformationbelongtol

4、ayeredsedimentaryrocks．Theirlarge—scalesubsidencemayoccurbecauseofcoalmining．Thus，itisoneofresearchhighlightstodevelopananalyticaltoolsuitablefortheselayeredrocks．ThispaperpresentsanewBoundaryElementMethod(BEM)foranalysisofthesurfacesubsidenceduetocoalmining．TheBEMus

5、esthefundamentalsolutionoflayeredmaterials，4～8nodedelementstodiscretizetheboundaries．andeffectivenumericalmethodstocalculatethesingularintegrals．Anexamplewithexactsolutionsisusedtoverifythenumericalmethod．Finally，thenumericalmethodisusedtoanalyzeinsitusurfacesubsiden

6、ceduetocoalmining．TheresultshowsthattheproposedBEMcananalyzethesurfacesubsidenceduetocoalminingwithhigheficiencyandgoodaccuracy．KeywordsCoalmining，Stratamovement，Surfacesubsidence，Fundamentalsolutionsoflayeredmaterials，NewREM收稿日期：2012-05—20；收到修改稿日期：2013—12—26．基金项目：国家

7、自然科学基金项目(41172242)，山东省自然科学基金项目(ZR2011EEMO01)，山东科技大学考研创新团队支持计划(2012KYTD104)资助．第一作者简介：肖洪天，男，博士，教授，博士生导师，从事岩石力学数值方法研究．Email：xiaohongtian@tsinghua．org．ca22(2)肖洪天等：分析煤层开采地表移动的一种新型边界元方法321c(P)(P)=∑{∑tT(Qo)J。ur(p，Q)(Q)d．s(Q)}e=1n1一∑{∑(Q)(P，Q)(Q)ds(Q)}e1l‘(4)式中，Q为单元内的场点；Q为单元

8、的结点。采用图2矩形板：a：-+a／2边简支和y=+_b／2边自由高斯数值方法计算式(4)中的非奇异积分；对于式Fig．2Arectangularplate：twooppositeedgessimply(4)中的弱奇异积分，从奇异点出发，将单元划分为suppor