采空区地面沉降有限元和离散元联合分析

黄 远

(江苏省水文地质工程地质勘察院，江苏 淮安 223005)

1 概述

煤炭作为最重要的化石能源之一，经过长期的开采，已有矿区资源日益枯竭，形成大量的采空区。随着城市的发展，越来越多的公路、铁路和建构筑物，不可避免地要穿越采空区。采空区上覆岩体的位移和变形直接影响既有建构筑物的整体稳定性[1]。在借鉴前人研究成果的基础上，结合工程实例，通过数值模拟对采空区破坏进行研究。

2 数值模型设计

采空区为地下固体矿产开采后的空间及其围岩失稳而产生位移、开裂、破碎垮落，直到上覆岩层整体下沉、弯曲所引起的地表变形和破坏的区域或范围。地下空间受破坏的过程中，所在地层进行了一系列的扰动使得受力状态不断地改变，原始应力场发生一定程度的改变形成新的附加应力，因为附加应力的干扰，会对破坏空间周边一定范围内的岩体造成扰动，发生变形和破坏，同时波及到上面的地层中，从而使得上方的岩土体中受力状态发生变化。而且这种演化过程非常复杂，受到许多因素的影响，尤其是地层在多次扰动下的应力重新分布问题，是生产实践中的难点，用传统的理论分析并不能有效的解决，而通过数值模拟来分析，这些主要影响因素和并发问题基本上都可以得到相应的解决。

2.1 软件介绍

在当今对工程地质问题的分析中，有下面几种经常采取的模拟分析手段：有限差分法、有限元法、数值流型法、离散元法。……