【摘要】：在礦產(chǎn)資源豐富的地方,越來越多的公路不得不修建在采空區(qū)四周或穿越采空區(qū)。采空區(qū)會(huì)影響其上覆巖層的屬性,采空區(qū)道路在受到自重和外荷載作用會(huì)產(chǎn)生大面積的地表變形,進(jìn)而引起路面開裂,嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)大面積坍塌等破壞,影響公路的正常運(yùn)營(yíng)同時(shí)造成惡劣的社會(huì)影響。為保證采空區(qū)公路的正常運(yùn)營(yíng),本文以河南某線采空區(qū)高速公路的修建和改建工程為背景,考慮交通荷載、采空區(qū)與路基相對(duì)位置等影響因素,分析采空區(qū)上方路基的沉降規(guī)律。本文的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:(1)對(duì)采空區(qū)公路沉陷路段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘并鉆探取樣,結(jié)合實(shí)驗(yàn)室分析得到巖層的分布情況,運(yùn)用分層求和法對(duì)采空區(qū)路基沉降進(jìn)行理論分析。(2)基于現(xiàn)場(chǎng)勘查來進(jìn)行軟件模擬,針對(duì)有無采空區(qū)兩種狀態(tài),研究標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下采空區(qū)上覆巖體的沉降變化規(guī)律。結(jié)果表明在動(dòng)荷載作用周期內(nèi),采空區(qū)的存在加快了上覆巖體進(jìn)入塑性變形的時(shí)間,而且越靠近采空區(qū)的巖層進(jìn)入塑性變形的時(shí)間越短,反之越長(zhǎng)。存在采空區(qū)時(shí),上覆巖層沉降呈現(xiàn)出由減小到平穩(wěn)最后再次減小的過程,符合采空區(qū)三帶劃分。(3)改變采空區(qū)相對(duì)于路基在豎向和橫向上的位置,分析不同位置時(shí)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下的路基沉降規(guī)律。結(jié)果表明:當(dāng)采空區(qū)深度在20~60m(路基水平面為0m)變化時(shí),路基的沉降變化較大,60~80m時(shí)路基沉降無顯著變化;采空區(qū)橫向位置在-18~10m(道路右坡腳向右為正)時(shí),路基的沉降急劇減小,10~15m時(shí)沉降變化緩慢。由此可確定標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下采空區(qū)路基的臨界安全區(qū)域。(4)通過交通量調(diào)查確定該公路段上作用的重載,研究重載和標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下采空區(qū)道路的路基沉降變形。結(jié)果表明重載作用下的采空區(qū)道路路基比標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下的路基達(dá)到破壞的時(shí)間更短,而且產(chǎn)生的不均勻沉降量數(shù)值更大。因此對(duì)于采空區(qū)道路要注意對(duì)重載車輛進(jìn)行限行。(5)選定現(xiàn)場(chǎng)沉陷較大的試驗(yàn)段,埋設(shè)沉降觀測(cè)設(shè)備,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)路段進(jìn)行路基沉降監(jiān)測(cè),并將其與軟件模擬結(jié)果對(duì)比。結(jié)果表明:監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果變化趨勢(shì)一致。本文對(duì)采空區(qū)路基沉降的研究可用于前期采空區(qū)道路路線的規(guī)劃中,對(duì)采空區(qū)道路運(yùn)營(yíng)期間的維修和養(yǎng)護(hù)具有重要的參考意義。
[Abstract]:In mineral-rich areas, more and more roads have to be built around or across goaf. Goaf will affect the properties of overlying strata. Under the action of self-weight and external load, the road in goaf will cause large-area surface deformation, and then cause pavement cracking, even large-area collapse and so on. It affects the normal operation of the highway and causes bad social effects at the same time. In order to ensure the normal operation of the goaf highway, this paper takes the construction and reconstruction of the highway in the goaf of Henan province as the background, considering the influence factors such as the traffic load, the relative position of the goaf and the roadbed, and so on. The settlement law of roadbed above goaf is analyzed. The research contents and conclusions of this paper are as follows: (1) on-the-spot exploration and drilling sampling are carried out on the road subsidence section in goaf, and the distribution of rock strata is obtained by combining with laboratory analysis. The method of layer summation is used to analyze the settlement of roadbed in goaf. (2) the software simulation is carried out based on field survey, aiming at the two states of goaf or not, the law of subsidence change of overlying rock mass in goaf under the action of standard axial load is studied. The results show that in the period of dynamic loading, the existence of goaf accelerates the time for overlying rock mass to enter plastic deformation, and the closer it is to goaf, the shorter the time of entering plastic deformation, and vice versa. When there is goaf, the subsidence of overlying strata decreases from decreasing to steady and then decreases again, which accords with the division of three zones in goaf. (3) change the position of goaf relative to roadbed in vertical and lateral direction. The settlement law of roadbed under the action of standard axial load at different positions is analyzed. The results show that when the depth of goaf is 20 m 60 m (the horizontal level of roadbed is 0 m), the settlement of roadbed varies greatly, but the settlement of roadbed does not change significantly when the depth of mined-out area is 60 m. When the lateral position of the goaf is-18 ~ 10 m (the right foot of the road is positive), the settlement of the roadbed decreases sharply, and the settlement changes slowly at the time of 10 ~ 15 m. Thus the critical safe area of mined-out roadbed under standard load can be determined. (4) the heavy load acting on the highway segment can be determined by the investigation of traffic volume, and the settlement and deformation of roadbed in mined-out area under the action of heavy load and standard axial load can be studied. The results show that the failure time of roadbed in mined-out area under heavy load is shorter than that under standard axial load, and the value of non-uniform settlement is larger. Therefore, we should pay attention to traffic restrictions on heavy-duty vehicles in goaf roads. (5) select the test section with large subsidence on the spot, embed settlement observation equipment, monitor the roadbed settlement of the field test section, and compare it with the simulation results of the software. The results show that the trend of monitoring data is consistent with the simulation results. In this paper, the study of roadbed settlement in goaf can be used in the planning of road route in mined-out area, and it has important reference significance for maintenance and maintenance of road in goaf during operation.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：U416.1

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