建筑载荷下采空区地基变形有限元分析.docx

建筑载荷下采空区地基变形有限元分析
建筑载荷下采空区地基变形有限元分析
摘要：
在采煤过程中，采空区存在工程地质问题。采空区地基变形的分析与评估是矿山安全生产的重要内容之一。本文使用有限元方法分析了建筑载荷下采空区地基变形情况，结合实际矿山的煤柱剩余形变数据，验证了有限元分析结果的准确性。研究表明，采空区对地基承载力和稳定性的影响是不可忽略的，合理设计采空区支护及地基处理方案是保障建筑物安全使用的基础。
关键词：采空区；地基变形；有限元分析
引言：
煤炭资源是我国重要的能源之一，但采矿活动也造成了一系列的地质问题，其中采空区是最典型的地质问题之一。在采空区下的地基变形问题是建筑物利用率和安全性评估的关键因素之一，因此合理地评估和控制采空区地基变形具有重要意义。有限元方法作为数值计算方法的一种，已被广泛应用于结构、材料和岩土工程领域。有限元分析通过数值模拟和计算，可以快速准确地得出受力物体的应力、应变和变形情况，对于采空区地基变形分析具有重要的应用价值。
方法：
本文采用有限元方法分析建筑载荷下采空区地基变形情况。首先，利用ANSYS软件建立含采空区的地基有限元模型，采用8节点三维实体元素进行模拟，模拟矿山中钢筋混泥土建筑物基础和采空区之间的相互作用。其次，对模拟过程中的力学模型进行验证，将模拟结果与实际测量到的采空区地表变形数据进行对比分析。最后，根据分析结果提出改善采空区地基变形的建议和措施。
结果：
通过有限元分析，我们得到了采空区地基变形的主要特征。结果显示，在建筑载荷作用下，采空区周围的地基会出现不同程度的垂直和水平位移。随着建筑物载荷的增加和时间的推移，采空区地面下陷会变得越来越严重，可能会引起基础沉降和建筑物倾斜等问题。与实测数据对比分析表明，有限元分析结果的精确度较高，可以用于矿山地质环境下的采空区地基变形分析。
讨论与结论：
本文通过有限元方法对建筑载荷下采空区地基变形进行了分析，结果表明采空区会对地基承载力和稳定性产生影响，因此需要合理设计采空区支护及地基处理方案。在矿山建筑物工程设计中考虑采空区对地基建筑物的影响，是保证建筑物安全使用的重要因素之一。本文的研究成果可以为采矿工程中采空区地质环境分析和地质灾害预测提供参考。
参考文献：
[1]朱新荣,杜明慧,周勇,等.深部与超深部煤矿采空区应力-应变规律模拟与实验研究进展[J].岩石力学与工程学报,2017,36(12):2519-2530.
[2]刘芳,胡孟明,谢柏华,等.煤柱钢筋混凝土建筑物受采动裂缝的承载力分析[J].岩土力学,2017,38(6):1798-1804.
[3]李欣,陈建平.基于有限元法的采矿工程中隧道管间锚固力研究[J].采矿与安全工程学报,2018,35(5):952-957.
[4]郑建明,倪孝坤,陈家夫,等.煤矿采空区结构影响评价新进展[J].中国矿业大学学报,2007,36(2):216-221.
[5]刘利明,李振兴,郭志刚,等.高应力条件下钢筋混凝土柱截面应力应变分析[J].中南大学学报(自然科学版),2013,44(5):1974-1981.