豐盛場地下工程開挖引起地質(zhì)環(huán)境變形與應(yīng)力效應(yīng)數(shù)值模擬

發(fā)布時(shí)間：2020-01-21 22:31

【摘要】：由于隧道和煤礦開采等地下工程的實(shí)施，使得很多原本穩(wěn)定的地下環(huán)境出現(xiàn)了或可能出現(xiàn)破壞，并最終導(dǎo)致如地面塌陷、地裂縫、地面沉降、地表水資源漏失等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生和潛在發(fā)生可能增大。弄清圍巖與地下工程的相互作用是解決這些問題的關(guān)鍵，也是推動(dòng)隧道向縱深發(fā)展和安全使用的保證，迫切需要深入的研究和探索。本文以重慶巴南區(qū)豐盛場工程背景為依托，采用數(shù)值模擬軟件MIDAS/GTS為工具，建立了大型三維山體地質(zhì)模型。在其基礎(chǔ)上對地下工程在不同埋深、不同巖性的情況下地下和地表環(huán)境的應(yīng)力及位移場變化情況進(jìn)行了計(jì)算、比較和分析。通過研究，得出以下主要結(jié)論: (l)采用MIDAS/GTS數(shù)值模擬的手段，等比建立了豐盛場三維地質(zhì)模型，建立了豐盛場背斜地質(zhì)構(gòu)造幾何模型，對地下工程施工過程進(jìn)行數(shù)值模擬。根據(jù)MIDAS/GTS建模技術(shù)，通過確定物理力學(xué)參數(shù)、初始條件、邊界條件、材料的本構(gòu)關(guān)系、單元網(wǎng)格類型等，建立隧道的平面幾何模型，并以隧道開挖的不同埋深為敏感性因素進(jìn)行了數(shù)值模擬，得出了不同埋深下的應(yīng)力場和位移場的分布以及變化規(guī)律; (2)以豐盛場三維地質(zhì)模型為基礎(chǔ)，根據(jù)工程地勘報(bào)告等為依據(jù)，在模型中相應(yīng)位置模擬豐盛場煤礦礦道以及其礦區(qū)開挖，其中礦道和采空區(qū)部分穿過背斜核部、兩翼軟弱圍巖等關(guān)鍵區(qū)域。模擬計(jì)算后，其中拱頂最大位移量為62.2mm，拱底最大回彈51.7mm，地表最大沉降達(dá)到166.6mm。隨著埋深的增大，圍巖破壞區(qū)域呈漸進(jìn)擴(kuò)大趨勢；地下工程開挖對山體的地下及地表擾動(dòng)區(qū)域以及地表變形等進(jìn)行了結(jié)果分析，得出相應(yīng)結(jié)論。 (3)在工程實(shí)際開挖模型的基礎(chǔ)上，保持開挖順序、埋深和地質(zhì)結(jié)構(gòu)不變，通過改變其巖性，考察工程在相同施工和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的條件下，不同巖性的影響。在對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析后，得到在不同巖性下，礦道和采空區(qū)周圍圍巖的變形量大小，泥巖5.2m、泥灰?guī)r1.03m、灰?guī)r0.39m、砂巖0.485m.然后分別根據(jù)各巖性對地表位移的影響，總結(jié)其變化規(guī)律。 (4)通過以上結(jié)果和分析，，找出隧道最敏感的埋深和工程最優(yōu)、最差的施工巖性參數(shù)范圍，為實(shí)際工程提供參考。通過上述研究，本文不僅對豐盛一礦采空區(qū)段的對山體的安全穩(wěn)定性影響因素有了系統(tǒng)的分析，還著重根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，對地表的應(yīng)力變化和變形規(guī)律有了深入的研究，為評價(jià)豐盛場的設(shè)計(jì)方案提供了理論依據(jù)，保障了今后煤礦的施工和運(yùn)營安全，對同類工程也有參考價(jià)值。
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