地下煤矿开采对高速公路路基路面变形影响研究

发布时间：2020-08-27 11:46

【摘要】：我国煤炭资源十分丰富,煤炭为我国的工业以及其他领域的发展提供了重要能源。随之而来问题是,国内下穿公路的采空区现象越来越多,由于煤层被采出,地表发生下沉,使得路基失稳、路面开裂,加上雨水渗入,公路路基破坏加剧,进而影响正常行车安全。针对这些路基路面破坏的现象,本研究以重庆南川至万盛高速公路路段下方采煤活动为依托,利用FLAC3D软件数值模拟,对地表以及路面变形规律进行了分析,主要做了以下几个方面的工作:(1)对3种不同深厚比的煤层进行模拟,结果表明:煤层深厚比越小,地表下沉会越大。岩层等值线会以70°的影响变形角沿着上覆岩层延伸至地表,两侧变化曲线呈对称分布,各岩层在地表形成的沉降区域大于实际的采空区面积。位于采空区中心对应的地表位置下沉最大。(2)对不同煤层倾角进行模拟分析,结果表明:岩层的移动是一个连续动态的过程,地表变形量和煤层倾角呈线性关系,倾角越大时,地表受煤层开采影响范围越大,竖直方向变形要比水平方向剧烈。(3)从不同车速频率对路面变形的分析,结果表明:受煤层开采影响的变形路面,在受到行车荷载作用时,对路面变形影响最大的车速为60km/h,随着作用时间的增加,路面的下沉变形将增大。(4)模拟不同载重车辆对采空区路面扰动的二次变形的影响,结果表明:车辆轮压越大,路面下沉越严重,在1.17MPa轮压作用下,路面下沉最大为36.4mm。路面各结构层的应力随着深度的增大逐渐降低,当深度达到0.48m时,在竖直方向的应力已经很小。(5)分析沿路线纵向100m范围路面下沉情况,结果表明:当采煤工作面经过路基下方,沿路线纵向的下沉会出现左右对称的不均匀沉降,在采空区中心位置对应的路面沉降最大。确定地下煤层开采对地表影响的等级范围,为以后拟建公路的布线、方案比选提供依据。(6)用积分计算法对地表和路面的变形进行验算,建模结果和理论计算结果相一致,得出对路面变形影响最小的变形容许值,即:地表倾斜小于等于3.0mm/m,地表水平变形小于等于2.0mm/m。对于高速公路的路面下沉值应小于等于25mm,如果超过容许值,需要在变形路段范围进行离层注浆加固。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U418;TD823
【图文】：

技术路线图,技术路线,数值计算分析,最大变形值

重庆交通大学硕士学位论文确定高速公路通过的地表最大变形值，给出有效的治理措施。1.3.3 本文技术路线本研究在广泛查阅文献的基础上，采用数值计算分析和软件模型分析相结合的方法进行研究，采用的技术路线如图 1-1 所示。

剖面图,剖面图,岩层顶板,顶板

使路基土中的间隙增大，道路线性在平面、不利于安全行车，甚至诱发交通事故[18]，本章就路面变形破坏方面进行的研究。覆岩层移动规律坏机理岩层顶板的破坏，是由于煤层被逐渐采出，经过层直接作用在顶板上，使周边围岩的初始应力状超过顶板的自身强度时，顶板将发生断裂破坏，而充填采空区。岩层顶板发生断裂后，会诱发上覆围岩整体的开。此时充填到采空区的大小不一的破碎岩石会被力作用，根据稳定后各岩层的变形特征和破坏程如图 2-1 所示。

照片,构筑物,照片,煤层倾角

(c) 路面开裂 (d) 路基断裂图 2-7 采空区地表及构筑物破坏照片Fig. 2-7 photographs of surface and structure damage in goaf3 影响地表变形因素3.1 煤层倾角对地表变形的影响由于地壳的构造运动，煤层在受到地壳运动过程中会发生断裂或变形，所采的煤层倾角不可能完全处于水平状态，煤层倾角α不同，地表变形规律不表最大下沉值为 W，随着倾角的增大，地表下沉盆地会沿着采空区边界向更方蔓延，而煤层下方的变形移动角β将逐渐减小，煤层上方的变形移动角变明显。由于下沉盆地范围的扩大，沉降角θ的值也将减小，如图 2-8 所示，最降角的表达式为： 90 k (中：

【参考文献】