[发明专利]薄松散层采煤沉陷区地基稳定性评价方法及装置

说明书

本发明实施例提供一种薄松散层采煤沉陷区地基稳定性评价方法及装置，方法包括：将薄松散层采煤沉陷区的地基分为上部覆盖的表土层和下部的基岩层，基于Boussinesq地基模型计算出表土层的附加应力；获取表土层和基岩层之间分界面的上部表土微单元层范围内总的应变势能和总的竖向附加应力，以及下部基岩微单元层范围内总的应变势能和总的竖向附加应力；根据应变势能守恒条件和附加应力平衡条件，求解基岩层的附加应力分量表达式中的系数；将系数带入所述基岩层的附加应力分量表达式中，获取基岩层的附加应力；将表土层和基岩层的附加应力应用于薄松散层采煤沉陷区地基稳定性评价。本发明实施例提高沉陷区地基稳定性评价的精度。

技术领域

本发明属于采煤沉陷区地基稳定性评价技术领域，尤其涉及一种薄松散层采煤沉陷区地基稳定性评价方法及装置。

背景技术

由于井下煤层的开采，对应地表出现了大规模、大范围的采空塌陷区。合理开发利用采煤沉陷区土地资源，分析评价采煤沉陷区空间稳定性已经是沉陷区综合利用的迫切要求。随着基础建设的加速实施与城镇建设的不断发展，可供建筑用地严重不足，部分地区工业厂房和住宅楼不得不建在采煤沉陷区上。在建筑物荷载作用下，有可能使原本处于相对平衡状态的裂缝带岩体重新“活化”，使垮落带岩体再压密、地下残留空洞再冒落，导致地表产生附加移动和变形，进而使新建建筑物沉降、局部开裂、倾斜，甚至倒塌。

为保证建筑房屋不受到地基移动与变形的影响，在沉陷区构建建筑物之前就必须对这些老采空区空间稳定性进行分析。目前比较成熟且应用最为广泛的地基稳定性评价方法为附加应力分析法。附加应力分析法，原理如图1所示，是通过地基受建筑物荷载作用产生的扰动深度与采空区冒裂带发育的最大高度的重叠情况来判建筑物地基是否处于稳定状态，并确定建筑物尺寸与层数。根据附加应力法的原理，研究建筑物载荷是否会对沉陷区覆岩“活化”造成影响的关键是弄清拟建建筑物载荷的影响深度与冒裂带的相对位置关系。当建筑物载荷影响深度和导水裂隙带发育高度有重叠时，如图1中的c所示，就有可能造成老采空区的“活化”，并由此判断出沉陷区地基空间不稳定。图1中的a为建筑物载荷影响深度和导水裂隙带发育高度没有重叠的情况，沉陷区地基空间稳定。图1中的b为建筑物载荷影响深度和导水裂隙带发育高度刚好接触的情况。

现有技术中采煤塌陷区建筑荷载影响深度的计算使用到地面附加应力。其中，关于沉陷区兴建建筑物引起的地基附加应力的求解往往将下伏地层看成均质各向同性体，应用Boussinesq地基模型进行简化求解。而实际上，对于表土层较厚的地基，可以将表土层看作均质、各向同性、单一介质，应用常规的布辛涅斯克地基附加应力求解方法等即可计算出表土层较为准确的附加应力。在松散层较薄，表土层覆盖厚度较小的情况下，地基附加应力将穿过表土层并进入基岩层，而在双层介质内与介质表面，即由表土层和基岩层组成的两种不同刚度的介质内和介质表面的应力扩散与集中规律也将与厚松散层应力传播机制有所差异。此时，将地基下方看作均质、各向同性、一层单一介质对地基的附加应力进行求解导致附加应力的求解不准确，从而使得基于附加应力得到的采煤塌陷区建筑荷载影响深度不准确，严重影响地基稳定性评价结果的精度。若参考该地基稳定性评价兴建建筑物，对地面建筑工程带来一定的安全隐患，影响到建筑物的安全使用，威胁使用者的人身与财产安全。

发明内容

为克服上述现有的薄松散层采煤沉陷区地基稳定性评价方法评价结果精度低的问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种薄松散层采煤沉陷区地基稳定性评价方法及装置。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种薄松散层采煤沉陷区地基稳定性评价方法，包括：

将薄松散层采煤沉陷区的地基分为上部覆盖的表土层和下部的基岩层，基于Boussinesq地基模型计算出所述表土层的附加应力；

获取所述表土层和所述基岩层之间分界面的上部表土微单元层范围内总的应变势能和总的竖向附加应力，以及所述分界面的下部基岩微单元层范围内总的应变势能和总的竖向附加应力；