采空区上方路基沉降预测和合理过渡路面结构研究

发布时间：2017-06-22 19:10

  本文关键词：采空区上方路基沉降预测和合理过渡路面结构研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着国民经济的高速发展,对交通运输能力的要求越来越高,公路作为交通运输的主要载体,发挥着不可替代的作用。在矿产业发达的城镇,越来越多的公路不可避免地穿越采空区,采空区的存在可能导致公路路基产生较大的沉降,甚至出现路面开裂、大面积坍塌等破坏,造成重大交通事故,严重威胁人民群众的生命财产安全。为减少采空区域公路正常运营过程中灾害的发生,减少经济损失,在采空区修建公路前,必须对采空区路基沉降进行比较准确的预测。本文以河南省新密关口至登封张庄段高速公路的修筑和改建为研究背景,考虑了采空区分布位置对路基沉降的影响、不同路面结构形式抵抗采空区破碎变形和软土固结沉降的能力以及标准轴载作用下采空区上方路面结构的响应。取得的主要结论如下：(1)分析了采空区位于路基正下方时,不同开采深度对采空区上方路基产生的最大沉降的影响以及采深一定时采空区水平位置对路基最大沉降的影响；得出了该种地质条件下采空区的临界安全区域。(2)通过对比分析四种不同路面在采空区岩土破碎和下层黄土固结沉降作用下产生的不均匀沉降,得出柔性路面结构更能适应这种变形,推荐碎石基层路面作为采空区过渡期路面结构。(3)分析了交通荷载作用下采空区上方路面弯沉和受力层应力的变化；对比分析了四种过渡路面在标准轴载作用下产生的路面沉降和受力层内的最大拉应力；得出在采空区上方的复杂地基上,柔性基层路面比半刚性基层路面更合理。
【关键词】：采空区 安全区域 沉降预测 固结沉降 过渡路面
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题的研究景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 采空区开采沉陷预计理论与研究现状11-12
• 1.2.2 采空区与上方道路相互作用机理研究现状12-13
• 1.2.3 采空区地基治理与采空区公路抗变形结构研究现状13-14
• 1.3 存在的问题14
• 1.4 本文研究内容14-16
• 2 依托项目的地质背景16-21
• 2.1 交通概况16
• 2.2 地形地貌16
• 2.3 气象水文条件16-17
• 2.3.1 气象条件16-17
• 2.3.2 水文条件17
• 2.4 地质构造及地层岩性17-19
• 2.4.1 地层岩性分布17-18
• 2.4.2 地质构造18
• 2.4.3 不良地质现象18-19
• 2.5 煤矿开采情况19-21
• 3 采空区上方路基沉降数值分析21-34
• 3.1 有限元软件介绍21-23
• 3.2 几何模型的建立23-24
• 3.2.1 模型地层的划分23
• 3.2.2 模型几何尺寸的确定23-24
• 3.3 本构模型和材料参数的选取以及边界条件的设置24-25
• 3.3.1 本构模型的选取24
• 3.3.2 材料参数确定24-25
• 3.3.3 边界条件的设置25
• 3.4 采空区安全临界区域的确定25-34
• 3.4.1 采深对路基表面中心点最大沉降的影响25-30
• 3.4.2 采空区水平位置的变化对路基中心点沉降的影响30-31
• 3.4.3 采空区路基中心点的位移随时间的变化规律31-32
• 3.4.4 三点法预测的沉降分析32-34
• 4 不同路面结构在采空区岩体破碎和软土固结作用下的沉降分析34-45
• 4.1 沉降理论34-36
• 4.1.1 沉降分析34-35
• 4.1.2 分层总和法35-36
• 4.2 拟定的采空区过渡路面36-37
• 4.3 地层的划分和几何模型的建立37-38
• 4.3.1 地层的划分37-38
• 4.3.2 模型几何尺寸38
• 4.4 本构模型和材料参数的选取38-43
• 4.4.1 本构模型的选择38-39
• 4.4.2 材料参数确定39-41
• 4.4.3 采空区三带高度的确定和材料参数的折减41-43
• 4.4.4 边界条件43
• 4.5 四种不同路面结构的不均匀沉降分析43-45
• 5 采空区上方不同路面结构在交通荷载作用下的响应分析45-52
• 5.1 标准轴载作用下采空区上方道路结构响应分析45-47
• 5.1.1 力学模型的建立45-46
• 5.1.2 路面结构各层力学参数的选取46
• 5.1.3 荷载图式以及大小的确定46-47
• 5.2 计算结果与分析47-50
• 5.2.1 不考虑采空区时路面结构的响应47-48
• 5.2.2 采空区出现的深度对路面弯沉和基层底部拉应力的影响48
• 5.2.3 不同路基填筑高度时路面结构的响应48-50
• 5.3 四种路面结构在在交通荷载作用下的弯沉和应力的对比分析50-52
• 6 结论与展望52-54
• 6.1 结论52
• 6.2 展望52-54
• 7 参考文献54-57
• 作者简介57-58
• 致谢58

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本文编号：472805