丰盛场地下工程开挖引起地质环境变形与应力效应数值模拟

发布时间：2020-01-21 22:31

【摘要】：由于隧道和煤矿开采等地下工程的实施，使得很多原本稳定的地下环境出现了或可能出现破坏，并最终导致如地面塌陷、地裂缝、地面沉降、地表水资源漏失等地质灾害的发生和潜在发生可能增大。弄清围岩与地下工程的相互作用是解决这些问题的关键，也是推动隧道向纵深发展和安全使用的保证，迫切需要深入的研究和探索。 本文以重庆巴南区丰盛场工程背景为依托，采用数值模拟软件MIDAS/GTS为工具，建立了大型三维山体地质模型。在其基础上对地下工程在不同埋深、不同岩性的情况下地下和地表环境的应力及位移场变化情况进行了计算、比较和分析。通过研究，得出以下主要结论: (l)采用MIDAS/GTS数值模拟的手段，等比建立了丰盛场三维地质模型，建立了丰盛场背斜地质构造几何模型，对地下工程施工过程进行数值模拟。根据MIDAS/GTS建模技术，通过确定物理力学参数、初始条件、边界条件、材料的本构关系、单元网格类型等，建立隧道的平面几何模型，并以隧道开挖的不同埋深为敏感性因素进行了数值模拟，得出了不同埋深下的应力场和位移场的分布以及变化规律; (2)以丰盛场三维地质模型为基础，根据工程地勘报告等为依据，在模型中相应位置模拟丰盛场煤矿矿道以及其矿区开挖，其中矿道和采空区部分穿过背斜核部、两翼软弱围岩等关键区域。模拟计算后，其中拱顶最大位移量为62.2mm，拱底最大回弹51.7mm，地表最大沉降达到166.6mm。随着埋深的增大，围岩破坏区域呈渐进扩大趋势；地下工程开挖对山体的地下及地表扰动区域以及地表变形等进行了结果分析，得出相应结论。 (3)在工程实际开挖模型的基础上，保持开挖顺序、埋深和地质结构不变，通过改变其岩性，考察工程在相同施工和地质结构的条件下，不同岩性的影响。在对计算结果进行对比分析后，得到在不同岩性下，矿道和采空区周围围岩的变形量大小，泥岩5.2m、泥灰岩1.03m、灰岩0.39m、砂岩0.485m.然后分别根据各岩性对地表位移的影响，总结其变化规律。 (4)通过以上结果和分析，，找出隧道最敏感的埋深和工程最优、最差的施工岩性参数范围，为实际工程提供参考。 通过上述研究，本文不仅对丰盛一矿采空区段的对山体的安全稳定性影响因素有了系统的分析，还着重根据实际情况进行了数值模拟分析，对地表的应力变化和变形规律有了深入的研究，为评价丰盛场的设计方案提供了理论依据，保障了今后煤矿的施工和运营安全，对同类工程也有参考价值。
【图文】：

技术路线图

丰盛场整体地形平面图
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U451.2

【参考文献】

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本文编号：2571738