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第11期 张俊英：采空区地表建筑地基稳定性模糊综合评价方法 ,1369 的，事实上，采空区稳定与不稳定之间难以划定明 (5)煤层倾角，随着倾角加大，地表移动与变 确的界限，从一方到另一方中间经历了一个从量变 形变得复杂化，移动盆地向下边界偏移：当倾角大于 到质变的连续过渡过程，这种不确定性适合用模糊 45°后，不出现充分采动的情况，因此倾角加大采空 数学理论来解决[)，应用模糊数学发展起来的综合 区稳定性越来越差， 评判法被越来越多地应用到一些工程综合决策中， (6)覆岩岩性.采空区上覆岩层的组成、结构 韩武波运用专家分析法和层次分析确定了黄土区大 及其物理力学性质对地表移动与变形影响较大；当 型露天矿排土场水土流失的评价因子，建立了排土 覆岩岩性为坚硬、中硬和软弱时开采后地表下沉系 场水土流失评价指标体系和评价模型，并据此对平 数有明显的区别，坚硬时下沉系数小，软弱时下沉系 朔安太堡露天矿南排土场不同复垦时期的水土流失 数大；与之对应开采结束后的采空区地表残余沉降 危害进行了评价可，赵奎应用模糊理论研究了岩金 当覆岩坚硬时就大，覆岩软弱时就小，从而也决定着 矿山采空区及残留矿柱回采稳定性].文献[7-10] 采空区稳定性的差与好， 对不同目标进行了综合评价，笔者在多年研究基础 (7)地质构造情况，当断层倾角大于20°，落差 上，根据采空区地表新建建筑地基稳定性研究对象 大于10m时，断层对岩层和地表移动有明显的影 的诸多影响因素，确定其评价因子，分析各因子相互 响，断层露头正上方地表会产生较大裂缝，出现台 关系及对目标的影响程度从而确定其权重，建立稳 阶，断层等地质构造对采空区地表建筑的影响表现 定性模糊综合评价模型，结合工程实际情况进行综 在两方面：其一在断层露头区域地表残余沉降中易 合评价 产生台阶状裂缝，对新建建筑危害较大：其二断层等 1稳定性主要影响因素 地质构造复杂区域，势必开采时要残留许多不规则 煤柱，这些煤柱随着时间的推移会逐渐破坏，造成地 影响采空区稳定性的因素是十分复杂的，笔者 表产生较大的不均匀沉降.因此，地质构造复杂区 根据采空区稳定性对象的特殊性，结合十余年采空 域的采空区稳定性就差， 区地基稳定性评价的实验研究成果，确定影响采空 (8)表土层厚度，表土层的物理力学性质远低 区地基稳定性的主要因素如下， 于基岩层，表土层可以使基岩的不均匀移动与变形 (1)地表拟建（建筑物）状况，拟在采空区地表 得到缓和，对于采空区地表，基岩上部如有较厚的 建设大型工业建（构）筑物、还是普通民用建筑物，建 表土层，便会使地表残余沉降变形趋于平缓，对新建 筑物高度、层数、及占地范围，采用浅基础还是深基 建筑有利；相反，如基岩直接出露地表，地表残余沉 础，荷载大小情况等，这些拟建建筑物状况决定着对 降变形分布不均匀，对新建建筑危害也较大，表现为 地下采空区的影响程度， 采空区稳定性就差些， (2)开采方式，长壁垮落法全采是目前应用最 2主要因素的隶属度确定 普遍、覆岩破坏最严重、地表沉陷最充分的开采方 式，这种采空区相对也是最稳定的：正规条带开采采 隶属度是刻画模糊性的指标，是表现主要因素 空区稳定性次之；房柱式及小窑穿巷式、刀柱式采空 对目标隶属关系不确定性大小的数量指标，由于采 区稳定性最差，这些采空区地表既使没有新增荷载， 空区地表建筑地基稳定性是一个十分复杂的系统行 一般也是处在不稳定状态 为，另外地表拟建状况等因素为描述性的定性因素， (3)开采深度与采厚（即深厚比H/m).一般 因此采用模糊数学中隶属度的概念，将主要因素对 来讲，深厚比小对地表建筑比较敏感，也即稳定性 稳定性影响程度进行定量化处理，该值可用(0,1) 差；随着开采深度增大，地表残余沉降趋向均匀，地 区间的数值来表示：当某一因素隶属度接近0，表示 表新增荷载对采空区影响也趋小，稳定性增强：随着 其对采空区地基稳定性的作用为最不利，即可能造 采厚的增加，采空区垮落裂缝带也随之增大，覆岩破 成采空区地基处于不稳定状态：而当某一因素隶属 坏程度加剧，地表荷载作用下稳定性也变差， 度接近1，表示其对采空区地基稳定性的作用为没 (4)开采结束时间，对于地表充分塌陷的采空 有影响.各因素的隶属度确定如下： 区而言，开采结束时间越长地表残余沉降也越小；对 (1)地表拟建（建筑物）状况.采空区地表拟建 于不能充分塌陷的采空区而言，如回采率较低、顶板 大型工业建筑（最大荷载大于500kPa,或最大高度 坚硬时未能充分垮落的采空区，即使开采结束数十 大于100m)时隶属度为0，中型工业建筑（最大荷载 年后也难以判定采空区稳定 大于300kPa,或最大高度大于50m)时隶属度为的．事实上采空区稳定与不稳定之间难以划定明 确的界限从一方到另一方中间经历了一个从量变 到质变的连续过渡过程这种不确定性适合用模糊 数学理论来解决［4］．应用模糊数学发展起来的综合 评判法被越来越多地应用到一些工程综合决策中． 韩武波运用专家分析法和层次分析确定了黄土区大 型露天矿排土场水土流失的评价因子建立了排土 场水土流失评价指标体系和评价模型并据此对平 朔安太堡露天矿南排土场不同复垦时期的水土流失 危害进行了评价［5］．赵奎应用模糊理论研究了岩金 矿山采空区及残留矿柱回采稳定性［6］．文献［7－10］ 对不同目标进行了综合评价．笔者在多年研究基础 上根据采空区地表新建建筑地基稳定性研究对象 的诸多影响因素确定其评价因子分析各因子相互 关系及对目标的影响程度从而确定其权重建立稳 定性模糊综合评价模型结合工程实际情况进行综 合评价． 1 稳定性主要影响因素 影响采空区稳定性的因素是十分复杂的笔者 根据采空区稳定性对象的特殊性结合十余年采空 区地基稳定性评价的实验研究成果确定影响采空 区地基稳定性的主要因素如下． （1） 地表拟建（建筑物）状况．拟在采空区地表 建设大型工业建（构）筑物、还是普通民用建筑物建 筑物高度、层数、及占地范围采用浅基础还是深基 础荷载大小情况等这些拟建建筑物状况决定着对 地下采空区的影响程度． （2） 开采方式．长壁垮落法全采是目前应用最 普遍、覆岩破坏最严重、地表沉陷最充分的开采方 式这种采空区相对也是最稳定的；正规条带开采采 空区稳定性次之；房柱式及小窑穿巷式、刀柱式采空 区稳定性最差这些采空区地表既使没有新增荷载 一般也是处在不稳定状态． （3） 开采深度与采厚（即深厚比 H／m）．一般 来讲深厚比小对地表建筑比较敏感也即稳定性 差；随着开采深度增大地表残余沉降趋向均匀地 表新增荷载对采空区影响也趋小稳定性增强；随着 采厚的增加采空区垮落裂缝带也随之增大覆岩破 坏程度加剧地表荷载作用下稳定性也变差． （4） 开采结束时间．对于地表充分塌陷的采空 区而言开采结束时间越长地表残余沉降也越小；对 于不能充分塌陷的采空区而言如回采率较低、顶板 坚硬时未能充分垮落的采空区即使开采结束数十 年后也难以判定采空区稳定． （5） 煤层倾角．随着倾角加大地表移动与变 形变得复杂化移动盆地向下边界偏移；当倾角大于 45°后不出现充分采动的情况因此倾角加大采空 区稳定性越来越差． （6） 覆岩岩性．采空区上覆岩层的组成、结构 及其物理力学性质对地表移动与变形影响较大；当 覆岩岩性为坚硬、中硬和软弱时开采后地表下沉系 数有明显的区别坚硬时下沉系数小软弱时下沉系 数大；与之对应开采结束后的采空区地表残余沉降 当覆岩坚硬时就大覆岩软弱时就小从而也决定着 采空区稳定性的差与好． （7） 地质构造情况．当断层倾角大于20°落差 大于10m 时断层对岩层和地表移动有明显的影 响断层露头正上方地表会产生较大裂缝出现台 阶．断层等地质构造对采空区地表建筑的影响表现 在两方面：其一在断层露头区域地表残余沉降中易 产生台阶状裂缝对新建建筑危害较大；其二断层等 地质构造复杂区域势必开采时要残留许多不规则 煤柱这些煤柱随着时间的推移会逐渐破坏造成地 表产生较大的不均匀沉降．因此地质构造复杂区 域的采空区稳定性就差． （8） 表土层厚度．表土层的物理力学性质远低 于基岩层表土层可以使基岩的不均匀移动与变形 得到缓和．对于采空区地表基岩上部如有较厚的 表土层便会使地表残余沉降变形趋于平缓对新建 建筑有利；相反如基岩直接出露地表地表残余沉 降变形分布不均匀对新建建筑危害也较大表现为 采空区稳定性就差些． 2 主要因素的隶属度确定 隶属度是刻画模糊性的指标是表现主要因素 对目标隶属关系不确定性大小的数量指标．由于采 空区地表建筑地基稳定性是一个十分复杂的系统行 为另外地表拟建状况等因素为描述性的定性因素 因此采用模糊数学中隶属度的概念将主要因素对 稳定性影响程度进行定量化处理．该值可用（01） 区间的数值来表示：当某一因素隶属度接近0表示 其对采空区地基稳定性的作用为最不利即可能造 成采空区地基处于不稳定状态；而当某一因素隶属 度接近1表示其对采空区地基稳定性的作用为没 有影响．各因素的隶属度确定如下： （1） 地表拟建（建筑物）状况．采空区地表拟建 大型工业建筑（最大荷载大于500kPa或最大高度 大于100m）时隶属度为0中型工业建筑（最大荷载 大于300kPa或最大高度大于50m）时隶属度为 第11期 张俊英： 采空区地表建筑地基稳定性模糊综合评价方法 ·1369·