深厚回填区地表变形及其对铁塔的影响研究

发布时间：2020-06-13 00:13

【摘要】：高压输电线路作为远距离电力输送的主要渠道,线路运行时要求安全可靠、万无一失。深厚回填场地由于回填范围广、回填深度大,回填区在自重应力及大面积回填土的压力作用下将会产生大幅度沉降,地表变形尤为复杂。对输电线路途经深厚回填区的变形进行准确的预测,分析未来的地表变形规律,研究铁塔的稳定性,对输电线路的稳定性进行科学的分析与评价,都是亟待解决的问题。本文以鄂尔多斯典型露天回填场地为背景,对深厚回填区地表变形及其对输电铁塔的影响进行了研究,主要内容如下。本文对鄂尔多斯地区某露天矿的回填材料进行了基本土工试验,测取了回填材料试样的密度、含水率、抗剪强度、最大干密度等工程特性参数,得到了回填土的基本力学性能。并通过室内承压板试验,研究了回填土地基的压实系数、承载能力与沉降量的关系。本文采用FLAC~(3D)有限元软件建立了典型回填场地模型,分析了不同深度的回填区地表变形规律。分析回填区纵向中轴线上的变形结果表明,在不同回填深度下,回填区整体地表变形规律类似,地表竖向下沉呈U型对称分布,最大沉降值随着回填深度的增大线性增长。同时,地表倾斜变形呈现先增大后减小的趋势,曲率变形则会发生方向的改变,地表水平位移值变化较复杂,边缘处水平位移呈波动变化,中间区域变化则较为平缓。采用FLAC~(3D)有限元模拟方法,研究了不同回填层材料性质参数及回填场地材料性质参数对地表下沉的影响。分别获得了在常见取值范围内弹性体积模量、弹性切变模量、密度等土(岩)层物理力学参数对地表下沉的影响规律。采用ANSYS有限元模拟方法,研究了不同地表变形作用(11中地表变形工况)对输电铁塔内力、变形及破坏形态的影响规律,获得了输电铁塔在不同地表变形作用下的极限支座变形值,为输电铁塔在地表变形作用下的安全性评价提供参考。对输电铁塔的极限支座位移值进行折算地表水平变形,并与回填场地的模拟结果进行对比,同时在特殊变形点设置虚拟铁塔,分别分析了输电铁塔在回填场地最不利位置处杆件内力变化情况。考虑输电线路的不利布置,分析了不均匀沉降对导线布置的影响。
【图文】：

煤炭作为我国的第一大能源，需求量相当大。内蒙古等省的许多煤炭产区采用的是露天开采，采后进行大面积回填。典型的露天开采场地如图1-1所示，其平面跨度超过2000米，深度超过200米。由于矿区运营时生产规模大、开采范围广，因此在对矿区改造时，会面临一些回填区域大、回填深度大等问题。图1-1 深厚回填场地Figure 1-1 Deep Backfilling Site与此同时，随着我国城镇化、工业化进程的加快，以及交通路网、输电线路等基础设施建设密度的逐年增大，人们需要利用矿区有限的地域进行城市改造和建筑，因此许多露天矿区经回填后逐渐被列为工业和民用建筑场地，导致一些地区的道路、输电铁塔等建（构）筑物不得不在回填区或穿越回填区而建。露天开采涉及范围广，因此建设高压线路时，途经回填区几乎是一个不能回避的现实

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还将受到地表“动态”变形的影响，即建（构）筑物先受到地表拉伸（正曲率）变形的影响，随着工作面的推进，建筑物还会受地表压缩变形的影响。其破坏过程如图1-2所示。当工作面推离建（构）筑物的距离超过一定值时，建（构）筑物又恢复原状，结果只是产生整体垂直位移。因此，对于输电线路，可以认为只要单个铁塔能够承受上述开采过程中的地表动态变形，，地表的均匀下沉不会对单个铁塔产生危害，但是对于整个输电线路，单个铁塔的下沉会导致导线的应力及铁塔自身及相邻铁塔的应力变化，对输电线路的运行产生安全威胁。（2）地表倾斜引起的建（构）筑物破坏地表倾斜对底面积小、高度大的建筑物或构筑物如烟囱、水塔、高压输电铁塔影响较大。地表的倾斜能使这些高耸构筑物中心发生偏斜，引起应力重新分配。（3）地表曲率引起的建（构）筑物破坏地表曲率有正、负曲率之分。当建筑物受到正或负曲率的影响时，其破坏特征如图1-3所示。在地表负曲率影响下
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM75;TU433

【参考文献】