高速公路下伏采空区安全深度的数值模拟研究

作     者：郭庆彪 郭广礼 吕鑫 张义颖 GUO Qingbiao;GUO Guangli;LYU Xin;ZHANG Yiying

作者机构：安徽理工大学空间信息与测绘工程学院安徽淮南232001 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2021年第49卷第10期

页      面：193-200页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0815[工学-水利工程] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金青年基金资助项目(51904008) 安徽省重点研究与开发计划资助项目(202104a07020014) 

主　　题：高速公路下伏采空区 安全深度 车辆荷载 

摘      要：基于高速公路穿越煤矿采空区的工程案例逐渐增多,当采空区埋深小于某阈值时,车辆外荷载可能诱使下伏覆岩结构失稳、活化,威胁行车安全。为保障采空区上方高速公路的安全运营,本文在顾及车辆荷载具有周期循环动态加载特性的基础上,结合数值模拟实验研究了不同路堤高度、路面刚度、车辆载重及行车速度等多工况条件的车辆荷载扰动深度,基于回归统计分析给出了车辆荷载扰动深度经验表达式,并提出了高速公路下伏采空区安全深度的确定方法。研究结果表明:随着路堤高度、路面刚度及行车速度的增加,荷载扰动深度逐渐减小,而随着车辆载重的增加,荷载扰动深度逐渐增大;荷载扰动深度与路堤高度之间呈线性相关,与路面刚度、车辆载重及行车速度之间呈非线性相关;经验公式计算值相较于数值模拟实验值的残差介于0~2.8 m,均方根误差约为0.95 m;高速公路下伏采空区安全深度应大于车辆荷载扰动深度与导水裂隙带高度之和。最终,将上述研究成果应用于武云高速,结果表明武云高速下伏采空区的安全深度应超过104 m,该值小于研究区域最浅采空区埋深(158 m),即武云高速外荷载不会导致下伏采空区结构失稳、活化。