鷹手營子礦區(qū)亨達礦山潘家溝采空區(qū)基于數(shù)值模擬的場地穩(wěn)定性評價

荊江帥

（河北省地礦局第四水文工程地質(zhì)大隊，河北 滄州 061000）

亨達礦山潘家溝是規(guī)劃建設用地范圍，經(jīng)過幾十年的地下開采，該區(qū)已經(jīng)成為遺留的采空區(qū)，因采空區(qū)的規(guī)模、形態(tài)、深度等不盡相同，采用數(shù)值計算法模擬實際采空區(qū)的狀態(tài)，進行地表移動變形分析和穩(wěn)定性定量評價。

1 材料模型

將本區(qū)的巖土類型分為：第四系松散覆蓋層、礦層、4層頂板、冒裂帶、6層頂板和底部圍巖6類。采用摩爾－庫侖模型材料模型進行計算，計算時根據(jù)所處位置和界面特性，采用界面處理技術(shù)模擬了不同界面的力學性質(zhì)，能夠較好地反映實際情況。

2 參數(shù)選取

巖土體參數(shù)主要是本次試驗結(jié)果，見表1，參考經(jīng)驗值進行對比選取的。

表1 模擬計算采用的不同位置參數(shù)的取值

3 定解條件

（1）邊界條件。變形問題存在兩種邊界條件：給定位移和外界指定力。模型上部延伸至地表，認為位移不受約束，故給定為自由邊界。模型兩側(cè)豎直的邊界為滑動約束邊界?；瑒蛹s束邊界的水平位移受約束，垂直位移不受約束，水平位移為零。模型底部為完全固定約束邊界，水平位移和垂直位移都受約束，水平位移和垂直位移都等于零。

（2）初始條件。本次計算之前，首先設定模型的初始條件。主要設定模型的初始應力狀態(tài)，由于上部開采區(qū)沒有見地下水，因此不用考慮地下水的影響。

（3）本次剖面選擇。本次在工作區(qū)內(nèi)選取第11剖面作為評價計算剖面，命名為Ⅰ－Ⅰ剖面。

4 計算結(jié)果及其分析

Ⅰ-Ⅰ剖面線穿過勘查評價區(qū)中部偏東部位。采空區(qū)埋深在25m～100m范圍內(nèi)，采空區(qū)剖面線上的水平寬度約66m。計算模型剖面方向控制范圍為337.8m，控制深度為-231.3m，上部邊界為地表。采空區(qū)巖體內(nèi)部、上部有效應力分布不均勻，采空區(qū)上部地表附近、巷道出現(xiàn)明顯的應力集中。拉張破壞點主要位于采空區(qū)及巷道周圍，破壞點向左部移動，冒落帶范圍擴大，巖土體基本都被破壞，冒落帶內(nèi)部出現(xiàn)摩爾庫侖破壞點。水平位移最大值達到102.27mm，自北向南移動，在采空區(qū)垂直上部的地表處位移最大，而采空區(qū)的出現(xiàn)反向位移，說明采空區(qū)內(nèi)部的巖土體向采空區(qū)方向移動。在建筑工況下，采空區(qū)上部剩余沉降量較大，采空區(qū)、冒落帶、裂隙帶存在大量破壞點，摩爾庫侖破壞點分布范圍增大，建筑地基位移增大，局部應力集中出現(xiàn)，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

5 穩(wěn)定性評價

（1）評價依據(jù)和方法。評價方法：首先計算出剖面上不同點的下沉值、傾斜值、水平變形值和曲率值的數(shù)值，然后將數(shù)據(jù)投影到評價區(qū)的平面圖上，采用內(nèi)插法在評價區(qū)內(nèi)繪出各指標的等值線圖，根據(jù)表2對評價區(qū)進行評價。

圖1 下沉值、傾斜值、水平變形值和曲率值的分布圖

除了下沉值(W)通過剖面計算獲得，傾斜值、水平變形值和曲率值采用如下計算公式進行計算。

表2 按照上述計算數(shù)值確定的場地穩(wěn)定性等級評價表

評價原則：采用最壞指標法，只要有1個達到不穩(wěn)定，即認為該處不穩(wěn)定。

（2）評價區(qū)不同指標等值線。在建筑工況下，下沉值、傾斜值、水平變形值和曲率值的分布，如圖1所示。

（3）評價結(jié)果。通過綜合對比，在工作區(qū)內(nèi)圈定穩(wěn)定區(qū)、基本穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)，見圖2。

圖2 穩(wěn)定性評價圖