中国矿业大学变形监测整理.docx

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中国矿业大学变形监测整理

变形监测及沉陷工程学

第一章

1.变形监测的概念和意义。

变形：

变形体在外力作用或内力平衡受到破坏情况下，物体在形状，大小，空间位置等方面变化的空间状态和时间特征。

变形的分类：

（1）自身形变（伸缩，错动，弯曲，扭曲）

（2）刚体位移（整体平移，整体转动，整体升降，整体倾斜）

意义：

（1）科学意义

（2）使用意义

2.变形监测的特点。

（1）精度要求变化大

（2）重复观测周期变化大

（3）综合运用各种观测方法

（4）数据处理要求高

（5）多学科的配合

3.变形观测手段：

（1）大地测量

（2）专门测量

（3）摄影测量及遥感

（4）空间测量方法

第二章

1.岩石的物理性质。

质量指标：

（1）岩石的密度

（2）相对密度

体积指标

（1）空隙性

（2）碎胀性及碎胀系数

水理性质

（1）含水性

（2）吸水性

（3）透水性

（4）软化性

（5）抗冻性

（6）膨胀性

2.物体上任一点的绝对或相对位移，线性尺寸的变化，称之为该物体的变形。

3.建筑物变形的特征表现：

建筑物的沉降，倾斜，位移，裂缝，挠曲

4.建筑物变形按类型分静态变形动态变形。

速度分长周期变形短周期变形瞬时变形

5.大坝变形的影响因素

（1）水位因子

（2）温度因子

（3）时效因子

6.地下水开采引起地面变形的因素

（1）含水层水位变化的影响

（2）地层性质及结构影响

（3）地面位置的影响

（4）时间的影响

第三章

1.平面监测网

布设形式：

三角网边角网三边网导线网GPS网等

变形监测网三类点：

基准点工作点变形监测点

两种等级：

首级次级

布网原则：

（1）变形观测网应为独立控制网。

（2）变形观测控制点应埋设在沉降范围外，同时也不能将基准点布设在网的边缘。

（3）布网图形的选择（与变形体的形状相适应）。

2.沉降监测网一般布设为符合网或闭合网。

3.变形监测网的特点:

（1）精度高，速度快。

（2）监测网数学模型包括静态和动态几何模型。

（3）变形监测网需要有足够的灵敏度和可区分性。

（4）经济性和高质量。

（一定周期复测）

4.优化设计四类分类法

（1）零类优化设计（基准设计）大地坐标系统和数据

（2）一类优化设计（构形问题）

（3）二类优化设计（观测权的分配问题）

（4）三类优化设计（网的改进和加密问题）

5.观测目的：

（1）检查施工

（2）监控建筑物安全（3）研究变形

1.大坝主要检测内容。

水平位移检测（近坝区岩体水平位移检测，坝体表面横向和纵向水平位移检测）。

竖向位移检测（近坝区岩体竖向位移，坝体竖向位移检测）。

2.桥梁变形观测设计与实现。

检测内容：

（1）主缆线性检测

（2）风力效应检测（3）温度效应检测（4）交通荷载效应检测

第四章

1.原始实测值可靠性分析

（1）观测资料的整理和整编（检核，数据表填写，分布图的绘制）

（2）原始资料统计分析

（3）原始实测值得逻辑分析

①一致性分析②相关性性分析

第五章

1.均匀沉降对建筑物没有影响，造成建筑物损坏的沉降为不均匀沉降。

2.建筑物倾斜原因：

（1）土层厚薄不均，软硬不均

（2）勘察不准，设计有误，基底压力大

（3）建筑物重心与基底的形心偏离过大

（4）地基土软弱，基础埋深小

3.建筑物纠偏原则:

（1）情况做周密的调查

（2）分析倾斜原因

（3）临时加固处理

（4）加强观测，在建筑物上多设观测点

（5）若地基土尚未完全稳定，采用“锚杆静压桩”制止进一步沉降

（6）考虑地基土的剩余变形，纠偏导致基础对沉降的影响

4.建筑物纠偏方法：

（1）顶升纠偏：

①托换法②补偿法

（2）迫降纠偏：

①掏土迫降②加压③抽水④浸水

（3）综合纠偏：

①顶升迫降②混合迫降③卸载牵拉纠偏

5.大坝

（1）土石坝

（2）混凝土坝，浆砌石坝：

①重力坝②拱坝③支墩坝

6.大坝破坏原因：

（1）自然因素

（2）对大坝的勘测，规划和设计中，难免有不符合客观实际之处，大坝本身存在不同程度的缺陷和弱点

（3）施工质量较差，造成大坝中存在不同程度的隐患

（4）管理不善，使大坝遭到人为和生物的破坏

7.大坝检测的意义

（1）及时防止事故发生，保证工程安全

（2）通过观测验证，有利于设计理论水平的提高

（3）掌握水情和工程变化规律，为正确管理提供科学依据

（4）早起做好防治工作，以延长大坝的寿命和保证安全使用

（5）控制施工进度，保证工程质量

8.大坝检测工作的基本要求

（1）巡视检查

（2）仪器观测

（3）资料分析

9.大坝维修:

经常性的

（1）养护修理

（2）岁修（3）大修（4）抢修

原则：

（1）经常性养护

（2）随时维修（3）养重于修（4）修重于抢

10.地表沉降的危害：

（1）毁坏建筑物和生产设施

（2）不利于建设事业和资源开发

（3）造成海水倒灌

11.地下水人工回灌条件：

（1）水文地质条件

（2）回灌水源条件（温度和浑浊度）

（3）回灌方案经济可行性

12.地下水回灌方法：

（1）地面入渗法

（2）管井注入法

13.滑坡：

斜坡岩土体沿连续的破坏面向下滑移的过程和现象。

14.滑坡的影响要素：

（1）作用力：

①岩土体重力的影响

②动水压力和静水压力影响

③黏土和黏土岩膨胀力的影响

④地震力的影响

（2）人类活动：

①高边坡

②排水工程和灌溉工程

③修建道路开挖斜坡

④开山炸石放炮震动

⑤在斜坡上人工加载

15.边坡滑移的预测预报：

（1）仪器检测法

（2）实验数据法

（3）检测数据法

16.边坡防治措施：

（1）减少下滑力，增大抗滑力

（2）增大边坡岩体强度

（3）人工建造支挡物

第六章

1.岩层移动：

矿体地下开采围岩的重力平衡状态受到破坏，应力重新分布，直到新的平衡。

2.岩层破坏的形式：

①弯曲②垮落③滚动④片帮（煤的挤出）⑤岩石沿层面的滑移⑥底板岩层的隆起

3.岩层移动破坏形成3带

（1）垮落带：

工作面开采达到一定宽度时引起上附岩层顶板垮落的岩层移动区域。

①分区性（破碎程度的变化）

②碎胀性

③可压缩性

④垮落带高度主要取决于采出厚度和上附岩层的碎胀系数

⑤导水又导沙

（2）裂缝带：

在采空区上附岩层中产生裂痕，离层及断层，但忍保持层状结构的那部分岩层。

①导水不导沙

②导水裂缝隙带高度与岩性密切相关

（3）弯曲带：

裂缝带以上至地表的区域

①岩层保持整体性和层状结构，隔水性好

②移动过程连续而有规律，不存在或极少存在离层裂痕

③在竖直面内，各部分的移动值相差很小

④当开采深度大时，弯曲带高度远大于导水裂缝带宽度

2.在水体上采煤时，将采动岩体底板分为三代

（1）底板采动导水破坏带

（2）底板阻水带

（3）底板承压水导升带

3.地表移动：

地下采空区达到一定范围时，岩层移动发展到地表，使地表移动和变形。

4.地表变形主要有一下3种形式：

（1）地表移动盆地

（2）裂缝及台阶

（3）塌陷坑（漏斗式，井式，坛式）

5.塌陷坑出现的原因：

（1）急倾斜煤层浅部开采，煤层露头处，露头煤柱抽冒形成。

（2）浅部开采厚度大的煤层，采用房煤柱式或水力采煤时，由于开采厚度不均匀，导致覆岩层破坏高度不同，使地表产生漏斗状塌陷坑。

（3）在含水层下采煤时，导水裂缝带波及水体，使水沙溃入井下，从而产生塌陷坑。

（4）开采影响老窖，溶洞等，使岩溶塌陷，在地表形成塌陷。

6.地表移动盆地是在工作面推进过程中逐渐形成的。

动态移动盆地：

在工作面推进过程中形成的盆地。

地表下沉盆地平底：

地表下沉值将不再增加，而形成的最大下沉区域。

7.开采的充分性。

（1）充分采动：

使地表下沉值达到该地质采矿技术下应有的最大值的采空区面积为临界开采面积。

（2）超充分采动：

当地表达到充分采动后，开采工作面再继续推进时，地表将有多个点的下沉值达到该地质采矿条件下应有的最大下沉值。

（3）非充分采动：

当采空区尺寸小于该地质采矿条件下的临界开采尺寸时，地表最大下沉值达到该地质采矿条件下应有的最大值。

8.地表移动盆地主断面：

在地表移动盆地内，通过地表最大下沉点所作的沿煤层走向或倾向的垂直断面。

9当地表达到充分采动时，垂直于充分采动方向的主断面有无数个。

10.地表移动盆地主断面的特征：

（1）主断面上地表移动盆地的范围最大。

（2）在主断面上地表移动最充分，移动量最大。

（3）在主断面上，不存在垂直于主断面方向的水平移动。

11.描述地表移动盆地形态和范围的角量参数：

（1）边界角：

在充分采动或接近充分采动的条件下，地表移动彭迪主断面上盆地边界点至采空区边界的连线与水平线在矿柱一侧的夹角。

（2）移动角：

地表移动盆地主断面上三个临界变形值中最外的一个临界变形值至采空区边界的连线与水平线在矿柱一侧的夹角。

（3）裂缝角：

在充分采动或接近充分采动的条件下，在地表移动主断面上，移动盆地最外侧的地表裂缝至采空区边界的连线与水平线在矿柱一侧的夹角称为裂缝角。

（4）松散层移动角

（5）充分采动角：

充分采动的条件下，在地表移动盆地的主断面上，移动盆地平底的边缘在地表水平线上的投影点和同侧采空区边界连线与煤层在采空区一侧的夹角称之为充分采动角。

（6）最大下沉角：

在倾斜主断面上，由采空区的中点和地表移动盆地最大下沉点（非充分采动或充分采动）或地表移动盆地平底中心点（超充分采动）在地表水平上投影点的连线与水平线之间在煤层下山方向一侧的夹角。

12.开采沉陷观测站的分类：

（1）按设置的地点分①地表移动观测站：

测点布设在地表，主要研究地表移动和变形规律。

②岩体内部观测站

③专门观测站

（2）时间长短分①长期观测站②短期观测站

（3）按布站形式分①网站观测站②线状观测站

13.地表移动观测站的设计原则：

（1）观测线应设置在地表移动盆地的主断面上。

（2）设站地区，观测期间不受临近开采的影响。

（3）观测线的长度要大于地表移动盆地的范围。

（4）观测线上的测点应有一定的密度。

（5）观测站的控制点要设在移动盆地范围之外，埋设要牢固。

（6）测点埋设要牢固，设在移动范围内的观测点与地表同步移动。

14.观测站所需要的资料：

（1）设站地区的井上井下对照图和采掘计划图。

（2）设站地区的地质和水文资料。

（3）开采工作面设计资料。

（4）地区井上井下测量资料

（5）矿井或邻近矿区已有的开采沉陷资料。

15.沿着走向主断面设置的观测站称之为走向观测线，沿着倾向主断面设置的称之为倾向观测线。

●16.地表移动观测站的设计内容：

（1）目的和任务

（2）设站地区的地形，地物及地质采矿条件。

（3）开采沉陷参数。

（4）观测线位置长度的确定，测点及控制点数目，位置及其编号。

（5）工作测点和控制点的构造，测点及控制点数目，位置及编号。

（6）观测内容及所用的仪器，与矿区控制网的连接方法，精度要求，连测的起始数据，定期观测时间方法及精度要求，有关地表采动影响的测定，编录方法。

（7）经费预算。

（8）观测成果的整理方法及分析步骤，所要获得的成果。

17.观测站设计图包括观测站设计平面图和剖面图。

内容

（1）设站地区的地形，地物，地质构造，岩层柱状，煤层产状。

（2）已有的和新设计的采区巷道。

（3）现有的和新设计的保护煤柱轮廓线。

（4）观测线的平面位置，沿滚测线的断面图。

18.观测站设计包括：

测站位置，观测线长度，观测点数及密度确定。

19.观测站中埋点的要求：

（1）在观测期间能可靠保存，并和地表牢固结合，不受冻土影响。

（2）便于观测。

（3）费用低。

20.地表移动观测站的观测工作：

（1）连接测量：

确定观测站与开采工作面之间的位置关系。

（2）全面测量：

确定观测点的初始位置及高程。

（3）日常观测工作：

首次和末次全面观测之间恰当增加的水准测量工作。

●21.观测站成果整理：

（1）地表移动盆地的范围，形状，大小，以及各种角值参数。

（2）地表移动盆地主断面上的移动变形分布及其特征，移动变形最大值及其位置。

（3）工作面推进过程中移动变形的发展过程及其相应地表移动动态参数。

（4）地表移动过程中，地表移动速度变化与工作面的相应关系。

（5）地表移动各个阶段的延续时间及地表移动延续总时间。

（6）工作面开始回采到地表开始下沉的时间。

（7）地表移动预测参数。

22.覆岩移动变形监测的方法：

（1）巷道观测法：

在采场上方一定距离内的巷道设计观测站，观测地下开采后的巷道内的移动变形。

（2）钻孔观测法：

在采场上部设置钻孔，在钻孔不同层位上设置观测点，通过观测点的移动变形，从而获得覆岩移动变形规律。

23.地表沉陷规律：

地下开采引起的地表移动和变形的大小，空间分布形态及其与地质采矿条件的关系。

24．地表移动规律的前提条件：

（1）深厚比H/M≥30。

（2）地质采矿条件正常，无大的构造，采用正规的采煤作业。

（3）单一煤层开采，不受邻区开采影响。

25.地表沉陷规律的特征点：

（1）最大下沉点O，此点的下沉值最大。

（2）移动盆地边界点A、B,其下沉值为零，可根据边界角确定边界点A、B。

（3）拐点E，即移动盆地主断面上下沉曲线凹凸变化的分界点，即曲率为零的点。

拐点的位置一般位于采空区边界上方略偏向采空区内侧。

26．非充分采动

27.充分分采动：

（1）下沉曲线上最大下沉点O的最大下沉值已达到该地质采矿条件应有的最大值。

（2）倾斜、水平移动曲线没有明显变化，仅仅最大值达到该地质采矿条件下最大值。

（3）在最大下沉点O处，水平变形和曲率变形值均为零，在盆地中心区出现了两个最大负曲率和最大压缩变形值，位于拐点E和最大下沉点O之间。

（4）拐点E的下沉约为最大下沉值的一半。

（5）

28.超充分采动：

（1）下沉盆地出现平底，各店下沉值近乎相等，并达到该地质采矿条件下的最大值。

（2）在平底区内，倾斜、曲率和水平变形均为零或趋于0，各种变形主要分布在采空区边界上方附近。

（3）最大倾斜和最大水平移动位于拐点处；最大正曲率、最大拉伸变形位于拐点和边界点之间；最大负曲率、最大压缩变形位于拐点和最大下沉点O之间

（4）盆地平底区内水平移动理论上为零，实际存在残余水平移动。

29.倾斜非充分采动时：

（1）下沉曲线、倾斜曲线和曲率曲线：

下沉曲线上山部分的下沉曲线比下山的要陡，范围要小；最大下沉点向下山方向偏离；下沉曲线的两个拐点偏向下山方向。

（2）水平移动曲线：

随着煤层倾角的增大，指向上山方向的水平移动值逐渐增大。

（3）水平变形曲线：

最大拉伸变形在下山方向，水平变形为零的点与最大水平移动点重合。

（4）水平移动曲线和倾斜曲线、水平变形曲线和曲率曲线不再相似。

30.矿山开采沉陷的主要影响因素：

（1）覆岩力学性质、岩层层位的影响。

（2）松散层对地表移动特征的影响。

（3）煤层倾角的影响。

（4）开采厚度与开采深度的影响。

（5）开采尺寸大小的影响。

（6）重复开采的影响。

（7）开采方法及顶板管理方法的影响。

31.煤层倾角的影响。

马鞍形→抛物线→椭圆形→塌陷漏斗

第八章

●1.有限单元法：

将具有无限多个自由度的连续体理想化为只有有限个自由度的单元集合体。

优越性在于：

处理复杂介质、复杂的结构、复杂的边界条件及荷载条件。

●2.有限元的分析步骤：

（1）岩体离散化

（2）选取位移模型式

（3）计算等效节点力

（4）整体分析。

3.有限单元法中从地质模型到计算模型的过渡：

（1）预测区工程地质岩组柱状分析。

（2）预测区内工程地质剖面分析。

（3）对预测剖面垂直层理方向进行剖分。

（4）计算模型范围的划定。

（5）边界条件的确定。

●4.边界单元法：

与有限单元法相似，它把积分方程式作为建立公式的基础。

边界单元法将边界上的广义位移或广义力作为独立变量，以满足场方程的奇异函数（基本解）作为加权函数，用格林定理把所考虑问题的控制微分方程式变换成边界上的积分方程式，然后以与有限元法相同的方法进行离散，之后进行分析。

优点：

输入数据少，计算时间短；不仅模拟线性问题，还可以求解非线性问题。

5.离散单元法：

将研究区域划分为独立的多边形块体单元，单元受节理等不连续面的控制，在以后的运动过程中，单元节点可以分离，也可以分开。

涉及4个方面：

（1）动态松弛法

（2）力和位移计算的循环

（3）分格检索

（4）数据结构

第九章

1.保护煤柱：

专门留在井下不予以采出、旨在保护其上方岩层内部和地表的各种保护对象不受开采影响的那部分矿产资源。

缺点：

（1）浪费煤炭资源，缩短矿井服务年限

（2）由于煤层被分为多个块段，难以布置正规工作面，采掘工作复杂化，增大掘进工作量，造成采掘连续紧张，影响煤炭企业的可持续发展。

2.保护煤柱的留设需求：

（1）矿井无可靠抵抗变地表形措施的工业场地建筑物，远离工业场地的矿井主要通风机等。

（2）国务院明令保护的文物、纪念性建筑物。

（3）目前条件下采用不搬迁或就地重建等方式进行采煤在技术上不可能或经济上不合理，而搬迁又无法实现或在经济上严重不合理的建筑物。

（4）造成对重要建筑物地基严重破坏的。

（5）地表下面潜水位较高，而不能自流排泄或采用人工排泄方法经济上不合理的。

（6）重要的大型水工建筑工程。

（7）高速公路、机场跑道。