1、山西省是我國(guó)以煤炭為中心的能源重化工基地。煤炭工業(yè)的發(fā)展給山西帶來(lái)了繁榮，成為山西的支柱產(chǎn)業(yè)。隨著煤炭的大規(guī)模開(kāi)采，許多地區(qū)形成了大面積、大規(guī)模的采空區(qū)，已成為我省高速公路、現(xiàn)代化鐵路、機(jī)場(chǎng)、引黃水利工程、西氣東輸工程等重大基礎(chǔ)工程建設(shè)及小城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃的制約因素。因此，開(kāi)展老采空區(qū)建筑地基穩(wěn)定性的研究，對(duì)我省礦區(qū)環(huán)境的治理、礦區(qū)土地的利用及重大基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和小城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。老采空區(qū)建筑地基的變形和破壞規(guī)律及其穩(wěn)

2、定性評(píng)價(jià)在國(guó)內(nèi)外都屬于一個(gè)較新的課題，尚沒(méi)有形成完善的基礎(chǔ)理論體系，許多理論實(shí)踐方面的關(guān)鍵問(wèn)題，例如老采空區(qū)在建筑物荷載作用下地基發(fā)生沉降變形的機(jī)理及其受力狀態(tài)、采空區(qū)上覆巖體的不連續(xù)性和可變性、巖體破碎后力學(xué)強(qiáng)度的損傷、老采空區(qū)建筑地基的穩(wěn)定特性及其變形破壞規(guī)律等問(wèn)題，至今未能很好地解決。這些理論問(wèn)題如不解決，必將限制采空區(qū)地基處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用。本文開(kāi)展的研究工作，對(duì)老采空區(qū)建筑地基處理工程的設(shè)計(jì)以及該技術(shù)的推廣應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)作

3、用。 本課題以山西省霍州礦務(wù)局辛置煤礦老采空區(qū)為試驗(yàn)研究基地，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、相似材料模擬實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬計(jì)算方法，系統(tǒng)地探討建筑物荷載大小、相對(duì)位置及老采空區(qū)采深、采深采厚比、上覆松散層厚度等對(duì)建筑物地基穩(wěn)定性的影響，探討老采空區(qū)建筑地基的穩(wěn)定性及其變形破壞規(guī)律。取得的主要研究成果如下： (1)根據(jù)相似材料模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算結(jié)果，探討了不同地質(zhì)采礦條件下的覆巖移動(dòng)和地表變形規(guī)律，分析了采空區(qū)埋深、上覆松散層厚度等對(duì)采空區(qū)“

4、三帶”下沉量及地表移動(dòng)和變形量的影響。 (2)運(yùn)用分形幾何理論，研究了采動(dòng)巖體分形裂隙網(wǎng)絡(luò)的演化規(guī)律，分析了充分下沉區(qū)、非充分下沉區(qū)以及采空區(qū)“三帶”巖體裂隙發(fā)育的差異，建立了巖體碎脹系數(shù)、覆巖下沉系數(shù)與采動(dòng)巖體分形維數(shù)的相關(guān)關(guān)系。 (3)運(yùn)用損傷力學(xué)理論，研究了采動(dòng)覆巖巖體的損傷破壞規(guī)律，分析了充分下沉區(qū)、非充分下沉區(qū)以及采空區(qū)“三帶”巖體損傷的差異，建立了損傷變量與工作面推進(jìn)距離的相關(guān)關(guān)系。 (4)根據(jù)相似材

5、料模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了采動(dòng)破壞后采空區(qū)及其上覆地層的四種巖體結(jié)構(gòu)類型，分析了老采空區(qū)覆巖“活化”的機(jī)理。應(yīng)用R-S理論，建立了老采空區(qū)單巖塊絞接力學(xué)模型，分析了塊裂結(jié)構(gòu)巖體的失穩(wěn)形式，并確立了其力平衡條件。 (5)根據(jù)相似材料模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算結(jié)果，系統(tǒng)地研究了建筑物荷載的大小、作用位置及采空區(qū)采深、采深采厚比、松散層厚度等對(duì)老采空區(qū)建筑地基穩(wěn)定性的影響，確立了各影響因素的主次關(guān)系，探討了老采空區(qū)建筑地基穩(wěn)定及其變形破壞的一般規(guī)