淺談地下開采引起的建筑物變形與破壞

摘要：在地下開采影響下，建筑物的變形與破壞是由于采空區(qū)上方及其周圍地表產(chǎn)生的移動(dòng)與變形作用于建筑物的基礎(chǔ)，導(dǎo)致建筑物受到附加應(yīng)力的作用而產(chǎn)生的。在不同的地表變形作用下，對(duì)建筑物將產(chǎn)生不同的影響。

關(guān)鍵詞：地下開采 建筑物

1、由下沉引起建筑物的破壞

地表的均勻下沉，僅在超臨界面積開采時(shí)才可能出現(xiàn)。一般地說，在這種條件下對(duì)建筑物危害不大，建筑物只產(chǎn)生位置的變化，即建筑物整體位移。但當(dāng)?shù)乇硐鲁亮枯^大、地下水位又很淺時(shí)，會(huì)形成地面積水坑，這樣不僅影響建筑物使用，而且使其浸泡在水中，降低地基強(qiáng)度，嚴(yán)重時(shí)可使建筑物倒塌。

一般情況下，處于地表移動(dòng)穩(wěn)定后均勻下沉區(qū)的建筑物，在開采過程中，還將受到地表“動(dòng)態(tài)”變形的影響，即建筑物先受地表拉伸(正曲率)變形影響(圖2—1中的1位置)，隨著工作面的推進(jìn)，建筑物受地表壓縮(負(fù)曲率)變形影響(圖2—1中的2位置)，當(dāng)工作面推離建筑物的距離大于0.6H(H是開采深度)時(shí)，建筑物又恢復(fù)原狀(圖2—1中的3位置)，結(jié)果只是產(chǎn)生整體垂直位移。因此，可以認(rèn)為只要建筑物可承受上述開采過程中的地表“動(dòng)態(tài)”變形，則地表的均勻卞沉不會(huì)對(duì)建筑物產(chǎn)生危害。

2、由傾斜引起的建筑物破壞

地表的傾斜往往發(fā)生在移動(dòng)盆地邊緣區(qū)，位于拐點(diǎn)處的地表傾斜最大，其位置大致在煤壁上方。

地表傾斜能使排水系統(tǒng)改變坡度，或是增大或是減小。設(shè)原排水管道坡降為1：90(11.1‰)，而下沉引起的坡度為4×(4×l0-3)，若兩者方向相同，則最終排水管道坡度為：

1/90×1000‰＋4‰=1:66.6=15‰

若兩者方向相反，排水管道破度為

1/90×1000‰－4‰=1:140=7.14‰

管道的坡度改變的允許值，應(yīng)由工程上的要求決定。

傾斜對(duì)鐵路、公路來說也同樣有危害，尤其是對(duì)鐵路線，它有一定的限制坡度。線路坡度的增減將使列車運(yùn)行阻力有所增加，每干分之一的坡度產(chǎn)生的坡度阻力為其重量的干分之一，即每噸重量增加一公斤的阻力，所以必須考慮阻力增加后是否超過該線路允許阻力的問題，換句話說，即不允許超過該線路的限制坡度。

地表的傾斜對(duì)底面積小、高度大的建筑物或構(gòu)筑物，如煙囪、水塔、高壓輸電線鐵塔等影響較大。地表的傾斜能使這些高聳構(gòu)筑物重心發(fā)生偏斜，引起應(yīng)力重新分配。傾斜大時(shí)，構(gòu)筑物的重心落在基礎(chǔ)底面積之外會(huì)使其發(fā)生折斷或傾倒，但這種實(shí)例很少。地表傾斜為4×10-3(1:250)時(shí)，在40米高的煙囪頂端僅偏離中心0.16米。

3、由曲率引起建筑物的破壞

地表曲率有正、負(fù)曲率之分。當(dāng)建筑物受正或負(fù)曲率影響時(shí)，共破壞特征如圖4—1—2所示。在地表負(fù)曲率影響下，建筑物基礎(chǔ)猶如一個(gè)兩端受支承的梁，中間部分懸空，致使建筑物墻體產(chǎn)生八字形的裂縫(圖2—2a)；在地表正曲率影響下，建筑物基礎(chǔ)兩端懸空，使建筑物墻體產(chǎn)生倒八字形的裂縫(圖2—2b)。裂縫傾角一般為60°-70°。

4、由水平變形引起建筑物的破壞

地表的拉伸和壓縮稱為水平變形。它對(duì)建筑物的破壞作用很大，尤其是拉伸的影響，由于建筑物抵抗拉伸能力遠(yuǎn)小于抵抗壓縮的能力，所以在較小的地表拉伸下就能使建筑物產(chǎn)生裂縫。一般在門窗洞口的薄弱部位最易產(chǎn)生裂縫，磚砌體的結(jié)合縫亦易被拉于(圖2—2c)。

地表收縮變形對(duì)建筑物的破壞主要是便門窗洞口擠成菱形，磚砌體墻產(chǎn)生水平裂縫(圖2—2d)，縱墻或圍墻產(chǎn)生褶曲或屋頂鼓起(圖2—2e)。

建筑物的破壞程度與其結(jié)構(gòu)、材料、形狀和施工質(zhì)量等有關(guān)，建筑物的剛度和平面尺寸是主要因素。例如，一棟建筑物長(zhǎng)20米能承受壓縮變形3毫米/米時(shí)，則建筑物要縮短20<0.003＝0.06米。這個(gè)壓縮量主要由磚砌體中的灰縫吸收，所以破壞作用很輕微。反之，對(duì)同樣長(zhǎng)的建筑物在受地表拉伸影響下．即伸長(zhǎng)0.06米，則可能在某些薄弱處出現(xiàn)較寬的裂縫。

根據(jù)平頂山煤田丁組和戊組煤層采后地表移動(dòng)觀測(cè)資料分析，建筑物若位于如圖2—3a所示位置，即在建筑物下留著0.4H寬的煤柱，它將受到拉伸變形的迭加影響。又如建筑物若位于如圖2—3b所示位置，即工作面開采寬度為(0.4-0.6)H時(shí)，壓縮變形就會(huì)增大一倍。

建筑物的破壞往往是幾種變形共同作用的結(jié)果，在一般情況下，地表的拉伸和正曲率同時(shí)出現(xiàn)；地表的壓縮和負(fù)曲率同時(shí)出現(xiàn)。

圖2-3煤柱寬度和開采寬度對(duì)建筑物影響

參考文獻(xiàn)：

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