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采动区建筑物地基、基础和结构协同作用理论与应用研究

作　者: 谭志祥
导　师: 邓喀中
学　校: 中国矿业大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 采动区建筑物地基基础结构协同作用移动变形附加应力
分类号: TU470.3
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

在现场实测、相似材料试验、数值模拟和理论分析的基础上,本文综合应用矿山开采沉陷学、矿山岩体力学、材料力学和数理科学等多学科的知识,建立了采动区建筑物地基、基础和上部结构协同作用力学模型,该模型将采动区建筑物移动变形和各种附加应力如地基反力、弯矩、剪力及水平应力等的计算集于一体,并编制了相应的计算程序,为今后采动区建筑物的保护和设计提供了理论基础和计算工具; 本文还系统地研究了采动区建筑物移动变形与地表移动变形之间的关系,分析了不同因素影响下建筑物各种附加应力的变化规律; 基于现场实测资料建立了不同类型建筑物裂缝宽度与地表变形之间的各种关系式,绘制了不同长高比建筑物破坏等级评定诺谟图,并提出了房屋裂缝角的概念。基于研究成果,本文提出了采动区建筑物保护的新措施,并进行了实例应用研究。

全文目录

1 绪论  10-23
  1.1 建筑物下采煤保护措施  10-15
    1.1.1 井下采矿措施  11-12
    1.1.2 地面建筑物结构保护措施  12-14
    1.1.3 覆岩离层注浆  14-15
  1.2 采动区建筑物损坏等级评定标准  15-18
  1.3 采动区建筑物地基、基础和结构协同作用问题  18-21
  1.4 主要研究内容、技术路线和课题意义  21-23
    1.4.1 主要研究内容  21
    1.4.2 研究技术路线  21-22
    1.4.3 研究意义  22-23
2 采动区建筑物移动变形特性研究  23-43
  2.1 地表移动变形对建筑物的影响  23-24
    2.1.1 地表下沉和水平移动的影响  23
    2.1.2 地表倾斜变形的影响  23
    2.1.3 地表曲率变形的影响  23-24
    2.1.4 地表水平变形的影响  24
  2.2 采动区建筑物与地表移动变形之间关系分析  24-28
    2.2.1 建筑物与地表下沉之间的关系  24-25
    2.2.2 建筑物与地表倾斜之间的关系  25
    2.2.3 建筑物与地表曲率之间的关系  25-27
    2.2.4 建筑物与地表水平变形之间的关系  27-28
  2.3 建筑物移动变形与地表移动变形关系实测研究  28-42
    2.3.1 地质采矿条件  28-29
    2.3.2 建筑物观测站情况  29-31
    2.3.3 建筑物移动变形规律分析  31-42
  2.4 本章小结  42-43
3 采动区建筑物破坏规律及评定标准实测研究  43-58
  3.1 建筑物裂缝与地表倾斜关系  46-47
  3.2 建筑物裂缝与地表曲率关系  47-48
  3.3 建筑物裂缝与地表水平变形关系  48-49
  3.4 建筑物裂缝规律总体分析  49-50
  3.5 建筑物裂缝与地表曲率、水平变形的综合关系  50-52
  3.6 建筑物裂缝与建筑物变形之间关系  52-53
    3.6.1 民房裂缝与民房变形之间单因素关系  52
    3.6.2 民房裂缝与民房变形之间双因素关系  52-53
    3.6.3 建筑物裂缝与建筑物变形之间综合关系  53
  3.7 建筑物破坏评定标准  53-54
    3.7.1 不同长高比建筑物破坏等级评定诺谟图  53-54
    3.7.2 普通民房破坏等级评定标准  54
  3.8 由民房临界变形值确定综合移动角  54-56
  3.9 房屋裂缝角  56-57
  3.10 本章小结  57-58
4 开采对建筑物动态影响的相似材料模拟试验  58-72
  4.1 模型设计  58-60
    4.1.1 模拟条件及相似系数确定  58-59
    4.1.2 模型材料的选取及配比情况  59
    4.1.3 模型开采与观测  59-60
  4.2 模拟结果分析  60-70
    4.2.1 建筑物下沉变化规律  60-63
    4.2.2 建筑物倾斜变化规律  63-65
    4.2.3 建筑物曲率变化规律  65-67
    4.2.4 建筑物水平移动变化规律  67
    4.2.5 建筑物水平变形变化规律  67-69
    4.2.6 建筑物移动变形之间关系  69-70
  4.3 本章小结  70-72
5 开采引起的建筑物附加应力数值模拟研究  72-82
  5.1 有限元程序ADINA 简介  72-74
    5.1.1 材料模式描述  72-74
    5.1.2 应力输出情况  74
  5.2 计算模型及参数  74-75
  5.3 模拟计算结果分析  75-81
    5.3.1 建筑物移动变形与地表移动变形关系  76-78
    5.3.2 建筑物附加地基反力分布规律  78-79
    5.3.3 建筑物体内附加水平应力分布规律  79-81
  5.4 本章小结  81-82
6 采动区建筑物地基、基础和结构协同作用力学模型  82-94
  6.1 采动区建筑物地基、基础和结构协同作用力学模型  84-91
    6.1.1 基本假定  84-85
    6.1.2 基本微分方程  85-86
    6.1.3 边界条件  86
    6.1.4 微分方程的解  86-89
    6.1.5 建筑物移动变形计算  89-90
    6.1.6 建筑物附加应力计算  90-91
  6.2 应用程序开发  91
  6.3 计算示例研究  91-93
    6.3.1 地表下沉、倾斜、曲率曲线变化规律  91-92
    6.3.2 建筑物下沉与地表下沉关系  92
    6.3.3 建筑物地基反力分布曲线  92-93
  6.4 本章小结  93-94
7 采动区建筑物附加应力变化规律研究  94-114
  7.1 建筑物移动变形与地表移动变形关系  94-97
    7.1.1 建筑物下沉与地表下沉关系  94-95
    7.1.2 建筑物倾斜与地表倾斜关系  95
    7.1.3 建筑物曲率与地表曲率关系  95-97
  7.2 建筑物附加地基反力分布变化规律  97-106
    7.2.1 建筑物附加地基反力动态变化规律  97-99
    7.2.2 各种因素对附加地基反力的影响  99-106
  7.3 建筑物体内附加应力变化规律  106-112
    7.3.1 建筑物体内附加弯矩动态变化规律  106-107
    7.3.2 建筑物体内附加剪力动态变化规律  107
    7.3.3 建筑物体内附加水平应力动态变化规律  107-109
    7.3.4 各种因素对建筑物体内附加应力的影响  109-112
  7.4 本章小结  112-114
8 基于地基、基础与结构协同作用的建筑物保护措施  114-121
  8.1 目前采动区建筑物保护措施合理性分析  114-117
    8.1.1 第一类保护措施的特点及合理性分析  114-115
    8.1.2 第二类保护措施的特点及合理性分析  115-117
  8.2 采动区建筑物保护措施的改进  117-120
    8.2.1 建筑物附加内力计算方法的改进  117-118
    8.2.2 采动区建筑物保护设计新思路  118-120
  8.3 本章小结  120-121
9 工程实例应用研究  121-126
  9.1 井上下情况  121-122
    9.1.1 地质采矿条件  121
    9.1.2 地面建筑物概况  121-122
  9.2 开采方案的确定  122-123
  9.3 房屋加固设计  123-125
  9.4 本章小结  125-126
10 主要结论与展望  126-129
  10.1 主要结论  126-128
  10.2 展望  128-129
致谢  129-130
参考文献  130-135
附录一程序代码  135-139
博士期间发表文章及获奖情况  139

采动区建筑物地基、基础和结构协同作用理论与应用研究

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