魏曉剛，麻鳳海，劉書賢

(1.鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院土木建筑工程學(xué)院，河南鄭州450046;2.大連大學(xué)建筑工程學(xué)院，遼寧大連116622;3.遼寧工程技術(shù)大學(xué)土木與交通學(xué)院，遼寧阜新123000)

0 引言

作為以煤炭資源為主要能源的國(guó)家，煤炭資源在我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展一直處于重要的戰(zhàn)略地位。我國(guó)在《能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃綱要 (2004～2020年)》明確提出①國(guó)務(wù)院.2001.能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃綱要 (2004～2020年).:我國(guó)將實(shí)施“堅(jiān)持以煤炭為主體、電力為中心、油氣和新能源全面發(fā)展的能源戰(zhàn)略”;由中國(guó)工程院 (2001)編制的《中國(guó)能源中長(zhǎng)期 (2030、2050)發(fā)展戰(zhàn)略研究》也明確提出:到2050年我國(guó)煤炭資源每年的產(chǎn)量需要控制在30億噸，由此可見煤炭資源目前仍然是我國(guó)核心的主體能源，煤炭資源將依然是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展不可忽略的因素，根據(jù)《能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃綱要 (2004～2020年)》相關(guān)數(shù)據(jù)所得到的我國(guó)能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)圖 (圖1)和能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖 (圖2)可以較為直觀看到煤炭資源在我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要性 (中國(guó)工程院，2011;朱旺喜等，2003;譚志祥，鄧喀中，2006;王金莊，郭增長(zhǎng)，2002)①。

圖1 中國(guó)能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of energy production in China

圖2 中國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of energy consumption in China

從圖1、2可以明顯的看出:我國(guó)煤炭資源在一次能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中所占的比例一直超過70%(煤炭資源所占的比例為76.9%)，在一次性能用消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占的比例接近70%(煤炭資源所占的比例為69.3%)，煤炭資源在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性和關(guān)鍵性顯而易見;隨著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的不斷完善和調(diào)整，煤炭資源作為我國(guó)主要的可靠的能源地位依然不可改變 (國(guó)務(wù)院，2001;中國(guó)工程院，2011;朱旺喜等，2003;譚志祥，鄧喀中，2006;王金莊，郭增長(zhǎng)，2002)。所以如何科學(xué)合理高效的開采出地下煤炭資源是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的迫切需要，但是隨著煤炭資源持續(xù)高效的開采過程，煤炭工業(yè)所帶來(lái)的環(huán)境污染、生態(tài)破壞等災(zāi)害問題也越來(lái)越突出 (來(lái)興平，2004;王來(lái)貴等，2002)。

目前我國(guó)由于地下煤炭開采對(duì)礦區(qū)造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，如果涉及到“三下壓煤” (建筑物下、道路與鐵路下、水體下)問題，所造成的危害及破壞就更大;目前我國(guó)由于“三下壓煤”問題導(dǎo)致地下煤礦資源的開采率遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到40% (國(guó)務(wù)院，2001;中國(guó)工程院，2011;朱旺喜等，2003;譚志祥，鄧喀中，2006;王金莊，郭增長(zhǎng)，2002;來(lái)興平，2004;王來(lái)貴等，2002)，每年由于煤炭開采新增耕地超過7萬(wàn)公頃 (圖3)，地下水的肆意排放超過80億噸，煤炭資源開采過程中所產(chǎn)生的煤矸石每年超過9億噸，由煤矸石所形成的矸石山近1 600余座，占地面積已經(jīng)超過15 000公頃 (朱旺喜等，2003;譚志祥，鄧喀中，2006;王金莊，郭增長(zhǎng)，2002;來(lái)興平，2004;王來(lái)貴等，2002)，煤矸石山的矸石堆積量超過55億噸，并且煤矸石還存在著占用土地資源、破壞植被、污染水體和空氣以及自燃爆炸等各種安全隱患 (梁為民，郭增長(zhǎng)，2000)。

圖3 煤礦開采引起的土地裂縫Fig.3 Land cracks caused by coal mining

根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) (朱旺喜等，2003;譚志祥，鄧喀中，2006;王金莊，郭增長(zhǎng)，2002;來(lái)興平，2004;王來(lái)貴等，2002)，我國(guó)礦區(qū)目前由于地下煤炭資源開采所直接引發(fā)的各類各種災(zāi)害災(zāi)難事件每年超過1萬(wàn)起，由此造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡;并且地下煤炭資源的開采還會(huì)誘發(fā)更嚴(yán)重的次生災(zāi)害 (礦震、煤與瓦斯突出、突水、粉塵爆炸、地面建筑倒塌破壞等)。僅以煤礦開采所引起的地表移動(dòng)變形 (開采沉陷變形)與地面建筑的損傷破壞為例，目前我國(guó)由于礦區(qū)開采沉陷變形引起的地面建筑物倒塌破壞直接經(jīng)濟(jì)損傷達(dá)到50億元，間接損失更是達(dá)到400億元 (譚志祥，2004;郭廣禮，2001;線登洲，2008);由于煤炭開采所造成的土地破壞與荒漠化的面積 (圖3)已經(jīng)超過4萬(wàn)km2，目前仍在以2 000 km2/年的速度高速增加，而采煤所引起的荒漠化與破壞的土地的治理利用率僅僅能達(dá)到15%(來(lái)興平，2004;王來(lái)貴等，2002)。能源短缺的緊迫性與礦山開采安全的剛性制約，使得礦區(qū)煤炭開采過程的地下工程結(jié)構(gòu)與地面建筑的安全性顯得尤為重要。

隨著地下煤炭開采強(qiáng)度和范圍的不斷擴(kuò)大，礦區(qū)出現(xiàn)開采沉陷變形的面積越來(lái)越大。大面積的開采沉陷變形引發(fā)嚴(yán)重的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題，如造成建筑物的損害破壞，水資源污染，交通、通訊、管線設(shè)施等生命線工程受到損害等，給礦區(qū)和資源性城市在資源枯竭后的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)很大的隱患，極大的限制了礦區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。地面建筑物是人類賴以生存的必要條件，一旦遭到破壞，就勢(shì)必造成巨大的不可挽回的損失。隨著礦區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，礦區(qū)地面建筑物在逐漸增多，建筑物下壓煤開采已成為許多礦區(qū)面臨的主要問題，嚴(yán)重制約著礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)?shù)V區(qū)地下煤炭資源被開采后，煤礦采動(dòng)區(qū)的地表會(huì)出現(xiàn)開采沉陷變形，導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)各種不同程度的損害和破壞，輕則需要維修加固，重則需要拆遷重建 (譚志祥，2004;郭廣禮，2001;線登洲，2008)。

煤炭開采后所形成的煤礦采空區(qū)對(duì)于地面建筑是一個(gè)極大的潛在威脅:煤礦開采引起的地表移動(dòng)變形，不僅會(huì)嚴(yán)重降低和破壞建筑物的抗震性能，而且發(fā)生地震時(shí)地面極容易出現(xiàn)裂縫和塌陷。為了最大限度的保證地震發(fā)生時(shí)礦區(qū)地面建筑的抗震安全性，有必要對(duì)煤礦采空區(qū)及地面建筑的地震安全性開展研究 (吳啟紅，2010;張永波，2005;彭欣，2008;王正帥，2011;胡聿賢，2006;歐進(jìn)萍，2003;周福霖，1997;牛宗濤，2008)。

煤炭資源開采活動(dòng)使礦區(qū)地層結(jié)構(gòu)遭受損傷、抵抗破壞能力降低。調(diào)查表明:天然地震、采礦誘發(fā)地震對(duì)煤礦采動(dòng)損傷地層內(nèi)的地下結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重 (夏軍武等，2007，2002;鄭玉瑩等，2012;譚志祥，2004)。采礦活動(dòng)使礦區(qū)地層及建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力降低，對(duì)唐山、大同等礦區(qū)的調(diào)查表明:煤炭開采活動(dòng)明顯改變了煤礦采動(dòng)區(qū)周圍的地震波動(dòng)場(chǎng);煤礦采空區(qū)會(huì)加重地震的破壞，地震對(duì)礦區(qū)地下結(jié)構(gòu)及地面建筑的破壞更為嚴(yán)重。目前的采礦地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中沒有考慮到地震載荷的作用，且我國(guó)尚未有地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范;而對(duì)礦區(qū)建筑物的設(shè)計(jì)工作，沒有較好的將建筑物的抗震性能設(shè)計(jì)與抗變形設(shè)計(jì)統(tǒng)一起來(lái)。因而開展對(duì)礦區(qū)地層、地下結(jié)構(gòu)與地面建筑結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)力響應(yīng)及災(zāi)變控制的研究，具有重要的理論意義與現(xiàn)實(shí)意義。

1 煤礦采動(dòng)建筑安全研究的緊迫性與嚴(yán)峻性

2012年9月7日11時(shí)19分，云南省昭通市彝良縣與貴州省畢節(jié)地區(qū)威寧彝族回族苗族自治縣交界發(fā)生5.7級(jí)地震。新聞媒體以《彝良地震之痛:奪命煤礦采空區(qū)》為題報(bào)道了該地區(qū)95%以上的農(nóng)民自建房屋都不具備抗震的條件，由于煤礦企業(yè)開采形成的煤礦采空區(qū)，更加劇了地震的破壞性。礦區(qū)實(shí)際震害表明:煤礦采空區(qū)嚴(yán)重加劇了地震災(zāi)害荷載的破壞性，煤礦采動(dòng)損傷建筑的保護(hù)問題是礦區(qū)建設(shè)發(fā)展的瓶頸問題 (劉書賢等，2013a，b，2014a，b，c，d，e，2015;魏曉剛，2011，2015;李海軍等，2015)。

自1976年唐山發(fā)生7.8級(jí)大地震以來(lái)，我國(guó)的學(xué)者和科研人員就開始關(guān)注地震作用下煤礦采空區(qū)及地面建筑的安全問題 (胡聿賢，2006;歐進(jìn)萍，2003;周福霖，1997)。在調(diào)查分析煤礦采動(dòng)區(qū)的地震災(zāi)害的基礎(chǔ)上，一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)由于煤礦地下巷道結(jié)構(gòu)及煤礦采空區(qū)的存在，地震波的傳播在發(fā)生改變的同時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響煤礦巷道及巖層的應(yīng)力場(chǎng)分布演化。由于地面建筑物的結(jié)構(gòu)形式、強(qiáng)度儲(chǔ)備等諸多隨機(jī)模糊因素的存在，目前尚不能對(duì)煤礦采空區(qū)對(duì)建筑物的抗震性能的擾動(dòng)規(guī)律進(jìn)行定量分析判斷。因此開展煤礦采動(dòng)區(qū)的地震穩(wěn)定性研究，對(duì)于煤礦采空區(qū)的工程建設(shè)場(chǎng)地的規(guī)劃選擇、地面建筑物的抗震性能具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。由于專業(yè)學(xué)科的限制，煤礦采動(dòng)建筑的地震安全問題具有其特殊性:煤礦采動(dòng)區(qū)由于煤礦開采導(dǎo)致巖 (土)層發(fā)生移動(dòng)變形破斷，巖層的移動(dòng)變形屬于礦山開采沉陷領(lǐng)域，主要涉及到巖體力學(xué)、開采沉陷學(xué)以及采礦工程學(xué);煤礦采動(dòng)建筑物的地震安全屬于土木工程領(lǐng)域，主要涉及到地震工程學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)抗震等學(xué)科;目前國(guó)內(nèi)外采礦工程領(lǐng)域的專家較少涉足結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，而土木工程領(lǐng)域的學(xué)者則對(duì)采礦工程的關(guān)注相對(duì)較少，導(dǎo)致煤礦采動(dòng)建筑的地震災(zāi)變與防控相關(guān)研究發(fā)展受阻。煤礦采動(dòng)建筑物地震災(zāi)變防控問題的特殊性和嚴(yán)峻性導(dǎo)致煤礦采動(dòng) (空)區(qū)的地震安全問題愈發(fā)嚴(yán)重。

我國(guó)礦區(qū)由于高強(qiáng)度、大面積的持續(xù)開采，導(dǎo)致煤礦采空區(qū)建筑物安全問題越發(fā)突出，采煤沉陷區(qū)建筑物損傷破壞現(xiàn)象日益嚴(yán)重①煤科總院唐山分院，徐州礦務(wù)局.1995.徐州莊礦大戶群高潛水位就地重建村莊下采煤技術(shù)研究報(bào)告.(查劍鋒等，2005;蘇仲杰，劉文生，2001;趙德深，2000;楊逾，2007;段敬民，2005;于廣云等，2004;常虹，2013;孫冬明，2010)。加之我國(guó)有80%的礦區(qū)處于抗震設(shè)防區(qū)，所以采煤沉陷區(qū)的建筑物不僅需要承受采煤沉陷的危害，同時(shí)也面臨著地震災(zāi)害的威脅;因此研究采煤沉陷區(qū)建筑物的抗震性能也是礦區(qū)工程建設(shè)迫切需要解決的問題。

地下煤炭資源的開挖對(duì)地下工程圍巖產(chǎn)生擾動(dòng)，使地下原有應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，引起圍巖的應(yīng)力重新調(diào)整，這就使圍巖材料發(fā)生了隨時(shí)間變化的蠕變特性，所以煤礦沉陷區(qū)地表的沉降變形一般持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)。煤礦采空區(qū)會(huì)加重地震的破壞，開采沉陷變形導(dǎo)致建筑物破壞問題異常嚴(yán)峻，嚴(yán)重影響礦區(qū)的環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定，煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物抗震抗開采沉陷變形保護(hù)的研究已成為一個(gè)亟待解決的問題①煤科總院唐山分院，徐州礦務(wù)局.1995.徐州莊礦大戶群高潛水位就地重建村莊下采煤技術(shù)研究報(bào)告.(查劍鋒等，2005;蘇仲杰，劉文生，2001;趙德深，2000;楊逾，2007;段敬民，2005;于廣云等，2004;常虹，2013;孫冬明，2010)。

煤礦采動(dòng)建筑物保護(hù)是涉及采礦、地質(zhì)、巖土、結(jié)構(gòu)、防災(zāi)減災(zāi)等多學(xué)科的綜合性、交叉性問題，采動(dòng)區(qū)建筑物的變形破壞多是由于地下煤炭的開采引發(fā)的開采沉陷，產(chǎn)生了附加應(yīng)力而引起的建筑物發(fā)生傾斜、出現(xiàn)裂縫等一系列問題。由于受到煤礦采動(dòng)區(qū)地質(zhì)條件的物理力學(xué)的性質(zhì)以及煤炭的開采方法、開采面積、開采順序等開采因素的影響，加之建筑物的結(jié)構(gòu)型式、地基土性質(zhì)與承載能力、基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度剛度和整體性、基礎(chǔ)的穩(wěn)定性以及建筑物在煤礦采動(dòng)區(qū)的位置等因素，給理論計(jì)算和力學(xué)模型的建立與分析帶來(lái)了很大的困難。

對(duì)于煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物的損害防治與保護(hù)，國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者等科技工作者都開展了大量的科學(xué)研究工作 (查劍鋒等，2005;蘇仲杰等，2001;趙德深，2000;楊逾，2007;煤科總院唐山分院等，1995;段敬民，2005;于廣云等，2004;常虹，2013;孫冬明，2010)，無(wú)論是從采礦工程(如煤炭資源的各種開采方法以及開采沉陷變形控制)還是從土木工程 (如對(duì)采動(dòng)區(qū)建筑物進(jìn)行加固維修或者是采取相應(yīng)保護(hù)措施)等方面，取得了大量有益的科研成果 (井征博等，2011，2010;吳艷霞，2012;周長(zhǎng)海，2010;張春禮，2009;楊鑫欣，2011;于廣云，2009;段敬民，1998;張永波，2005;吳啟紅，2010;羅一忠，2005;王金東，2013;陳炎光，陳冀飛，1996;Dobry，Gazetas，1986)。但是目前從礦區(qū)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際調(diào)查和觀測(cè)的結(jié)果來(lái)看，地下煤炭資源的開采對(duì)地表建筑物的損害與破壞并非與現(xiàn)有的理論成果相一致(魏曉剛，2011，2015)，甚至與一些理論成果的差異還比較大。煤礦采動(dòng)應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生一定的損傷破壞 (次生損傷)，該量級(jí)的次生損傷在強(qiáng)地震場(chǎng)作用下會(huì)逐漸累積、演化，對(duì)煤礦采動(dòng)區(qū)的建筑物的整體穩(wěn)定性和安全性構(gòu)成極大的威脅。由于地面建筑物的設(shè)計(jì)方法均是單獨(dú)考慮建筑的抗震設(shè)計(jì) (普通地區(qū))或抗變形(煤礦采空區(qū))，而煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物在受到地下煤炭開采擾動(dòng)的條件下是否經(jīng)得起地震的破壞影響，尤其是破壞形式及災(zāi)變演化過程如何尚無(wú)從得知。地下煤炭資源開采引起采場(chǎng)圍巖變形破壞產(chǎn)生采動(dòng)裂隙，采動(dòng)裂隙是礦山一系列災(zāi)害的根源，礦區(qū)建筑物不僅要受到煤炭開采引起的采動(dòng)損害的影響，還要承受地震所產(chǎn)生的震害。基于此，繼續(xù)不斷深入的開展煤礦采動(dòng)損害與地震對(duì)地面建筑的雙重作用致災(zāi)機(jī)理的理論研究就顯得十分重要。

2 煤礦采動(dòng)建筑安全性的研究現(xiàn)狀

2.1 煤礦采動(dòng)建筑安全性研究的不足

目前對(duì)礦區(qū)的建筑物通常采取的保護(hù)措施主要可以分為:(1)通過提高采動(dòng)區(qū)建筑物的整體剛度，來(lái)提高建筑物抵抗開采沉陷變形的能力;(2)通過現(xiàn)有采礦工藝和方法的改進(jìn)，或者直接在地表采取離層注漿的方法來(lái)有效減緩沉降的方法 (查劍鋒等，2005;蘇仲杰等，2001;趙德深，2000;楊逾，2007;煤科總院唐山分院等，1995;段敬民，2005;于廣云等，2004;常虹，2013;孫冬明，2010)。綜合以上因素，巖層移動(dòng)變形對(duì)建筑物的損傷破壞不容忽略，所以需要同時(shí)考慮煤礦采動(dòng)區(qū)地基土—基礎(chǔ)—上部結(jié)構(gòu)的相互作用(夏軍武等，2007，2002;鄭玉瑩等，2012;譚志祥，2004)，將三者視為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)體系，并考慮他們之間的協(xié)同工作關(guān)系 (煤礦采動(dòng)區(qū)土—結(jié)構(gòu)相互作用不僅指地震作用下土—結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用，也指在煤礦采動(dòng)過程中地基—基礎(chǔ)—上部結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)變形作用)，采取合理的保護(hù)措施來(lái)吸收或減緩地表的移動(dòng)變形，提高建筑物自身的抗變形能力，消除開采沉陷變形對(duì)建筑物的危害。

雖然煤礦采動(dòng)損害影響下建筑物保護(hù)理論取得了豐碩的研究成果 (夏軍武等，2007，2002;鄭玉瑩等，2012;譚志祥，2004)，但是，對(duì)于煤礦采動(dòng)損傷建筑的研究主要存在以下不足之處:(1)注重一般自然環(huán)境的研究，對(duì)于煤礦地面復(fù)雜工業(yè)環(huán)境 (煤礦沉陷區(qū))缺乏定量認(rèn)識(shí);(2)注重常規(guī)工業(yè)與民用建筑損傷劣化研究，對(duì)于煤礦地面建筑物嚴(yán)重?fù)p傷劣化程度缺乏定量的系統(tǒng)認(rèn)識(shí);(3)注重單一因素或少量因素作用的研究，對(duì)于地震作用下煤礦采動(dòng)建筑的損傷劣化物理模擬試驗(yàn)和機(jī)理研究缺少系統(tǒng)性;(4)現(xiàn)有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)價(jià)理論注重一般自然環(huán)境，不能體現(xiàn)煤礦地面復(fù)雜環(huán)境 (煤礦沉陷區(qū))的特殊性 (煤礦采動(dòng)致災(zāi)、煤礦采動(dòng)與地震聯(lián)合致災(zāi))及復(fù)雜性。

對(duì)煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物進(jìn)行保護(hù)需要同時(shí)開展煤礦采動(dòng)建筑物抗開采沉陷變形隔震保護(hù)體系的研究 (劉書賢等，2013a，b，c，d，2014a，b，c，d，e，2015;魏曉剛，2011，2015;李海軍等，2015)，抗開采沉陷隔震保護(hù)的原則可概括為:在小于地震設(shè)計(jì)烈度或由于采動(dòng)影響而引起的地表移動(dòng)變形較小時(shí)，建筑物構(gòu)件不開裂或僅產(chǎn)生微小變化;當(dāng)發(fā)生罕遇地震時(shí)或較大的地表移動(dòng)變形時(shí)，允許建筑物在抗開采沉陷隔震保護(hù)體系的保護(hù)下，使抗開采沉陷隔震保護(hù)體系首先發(fā)生破壞，盡量保證建筑物的整體不被破壞。煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物抗開采沉陷隔震保護(hù)體系是針對(duì)地基變形進(jìn)行建筑物保護(hù)設(shè)計(jì)的同時(shí)，還應(yīng)考慮建筑物的抗震性能設(shè)計(jì)。建筑物的抗采動(dòng)保護(hù)與抗地震保護(hù)是對(duì)立統(tǒng)一的，抗震設(shè)計(jì)和抗變形設(shè)計(jì)的共同點(diǎn)是提高建筑結(jié)構(gòu)的抗變形能力 (開采沉陷變形是長(zhǎng)期緩慢的變形，地震則短時(shí)間的劇烈變形破壞)(魏曉剛，2011，2015)。

2.2 煤礦采動(dòng)損害影響下的建筑物災(zāi)變分析

煤炭資源開采后所形成的地下洞室結(jié)構(gòu) (煤礦采空區(qū))在上覆巖層的自重應(yīng)力作用下，煤礦采空區(qū)的巖層結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸產(chǎn)生彎曲、冒落、下沉甚至于破裂現(xiàn)象，在形成“彎曲帶”、“冒落帶”、“裂隙帶”后 (圖4)，煤礦采空區(qū)周圍的圍巖結(jié)構(gòu)體系會(huì)形成暫時(shí)的穩(wěn)定平衡狀態(tài) (何國(guó)清，楊倫，1994)。隨著煤炭資源的持續(xù)開采，巖層移動(dòng)變形破壞的范圍會(huì)不斷擴(kuò)大。在上覆巖層的自重應(yīng)力作用下，煤礦采空區(qū)上覆巖層會(huì)不斷的經(jīng)歷“失穩(wěn)—穩(wěn)定—再失穩(wěn)—再穩(wěn)定”的演化過程，此時(shí)煤礦采空區(qū)的空洞 (隙)的巖層會(huì)逐漸壓實(shí)，波及到地面就表現(xiàn)為地表沉陷。

圖4 煤礦開采形成的三帶Fig.4 Three zones caused by mining subsidence

煤礦采動(dòng)建筑的損傷破壞主要與煤炭開采引起的巖層移動(dòng)變形破斷有關(guān)，煤礦采空區(qū)上覆巖層的移動(dòng)變形不斷波及地表，地表會(huì)產(chǎn)生不同形式的移動(dòng)變形 (通常為開采沉陷變形)。開采沉陷變形在地表的表現(xiàn)形式主要為:下沉、傾斜、地表曲率、地表水平變形、剪切變形以及扭轉(zhuǎn)變形等。

(1)地表下沉對(duì)地面建筑的損傷破壞

巖層的移動(dòng)變形破壞波及地表，引起地表發(fā)生均勻下沉現(xiàn)象的時(shí)候，地面建筑一般只會(huì)產(chǎn)生整體下沉現(xiàn)象，此時(shí)由于地表幾乎不對(duì)地面建筑產(chǎn)生附加應(yīng)力，所以地面建筑的損傷破壞較小;如果煤礦開采區(qū)域的地下水位較高時(shí)，地面建筑基礎(chǔ)所處的環(huán)境則轉(zhuǎn)變?yōu)槌睗竦沫h(huán)境，容易引起基礎(chǔ)強(qiáng)度降低，導(dǎo)致地面建筑破壞倒塌。

(2)地表傾斜對(duì)地面建筑的損傷破壞

煤礦開采引起的地表移動(dòng)變形容易導(dǎo)致建筑物傾斜，此時(shí)地面建筑的重心及中心發(fā)生偏離而產(chǎn)生了傾覆力矩，傾覆力矩對(duì)地面建筑物所產(chǎn)生的附加應(yīng)力是其損傷破壞的災(zāi)害源。

(3)地表曲率變形對(duì)地面建筑的損傷破壞

煤礦開采沉陷變形容易引起地表由初始的平面狀態(tài)向曲面狀態(tài)變化，進(jìn)而破壞了建筑物基礎(chǔ)底面及建筑物荷載之間的力學(xué)平衡狀態(tài) (圖5)。地表曲率變形分為正曲率變形和負(fù)曲率變形，底面建筑物在地表曲率變形的影響下，地基反力會(huì)發(fā)生應(yīng)力重分布現(xiàn)象;如果曲率變形對(duì)底面建筑所產(chǎn)生的附加應(yīng)力 (或剪力)超過了地面建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件 (尤其是基礎(chǔ))的承載能力極限狀態(tài)，則容易引起地面建筑發(fā)生損傷破壞現(xiàn)象。

圖5 地表曲率變形對(duì)建筑物的影響Fig.5 Influence of surface curvature deformation on structure

(4)地表水平變形、剪切變形以及扭轉(zhuǎn)變形對(duì)地面建筑的損傷破壞

煤礦采空區(qū)地表的移動(dòng)變形主要可以分為水平變形、剪切變形以及扭轉(zhuǎn)變形，煤礦采空區(qū)地面建筑物的損傷破壞多為以上幾種變形的單獨(dú)作用或者幾種變形的耦合作用所引起，不同的變形所引發(fā)的建筑物破壞形式有所區(qū)別:水平變形容易引發(fā)建筑物的張拉破壞，尤其是在建筑物的門窗洞口等薄弱部位;剪切變形容易引起建筑物的基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)發(fā)生相對(duì)錯(cuò) (轉(zhuǎn))動(dòng)，繼而引發(fā)建筑物的損傷破壞;扭曲變形則會(huì)引發(fā)建筑物產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，引起建筑物發(fā)生扭曲變形，影響其正常使用。

2.3 煤礦采動(dòng)區(qū)建筑保護(hù)的研究進(jìn)展

波蘭主要是采用條帶開采的方法來(lái)提高煤炭開采的回采率及控制地面下沉，在多年的工程實(shí)踐之后波蘭的條帶開采方法的回采率在保證下沉系數(shù)為0.05～0.1時(shí)基本可以達(dá)到50% ～60%;波蘭在開采完成后對(duì)于采空區(qū)的處理主要是采用密實(shí)水砂充填的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)煤礦采空區(qū)的安全性(劉天泉，1986)。采用水砂充填方法進(jìn)行填充煤礦采空區(qū)時(shí)要求砂子必須滿足以下條件:保證壓縮率為5% ～6%時(shí)，要求含泥率≤10% ～20%，此時(shí)采區(qū)地表的下沉系數(shù)約為0.1～0.15。英國(guó)在進(jìn)行建筑物下采煤的時(shí)候，主要是采取房柱式的開采方法來(lái)保證每天的開采率以及合理的實(shí)現(xiàn)地面建筑物保護(hù)。德國(guó)曾經(jīng)采用破碎后的煤矸石以及爐渣作為煤礦采空區(qū)的填充材料，以減緩地表的移動(dòng)變形和減輕對(duì)建筑物的采動(dòng)損害 (英國(guó)煤炭局，1980)。波蘭還曾經(jīng)利用不同礦山之間的協(xié)調(diào)開采方法、全部回采不留煤柱的開采方法以盡可能的減小和控制煤礦采空區(qū)的移動(dòng)變形，以達(dá)到保護(hù)地面建筑物的目的 (劉天泉，1986)。

20世紀(jì)70、80年代，Sergeant(1992)曾先后分析研究了地下煤炭開采對(duì)地面公路、建筑物的損傷破壞，尤其是在公路下采煤及建筑物下伏采空區(qū)的區(qū)域采取合理的開采方法獲得了大量有益的研究成果;Peng(1992)根據(jù)煤礦采空區(qū)復(fù)雜的工程地質(zhì)條件，在前人研究的基礎(chǔ)上提出了煤礦采空區(qū)建筑物盡可能采取對(duì)稱結(jié)構(gòu)，以保證可以及時(shí)的控制煤礦采動(dòng)引起的開采沉陷變形對(duì)建筑物的損害;Begley等指出要控制煤礦采空區(qū)地表的水平變形和垂直變形可以通過采用Expansion Joints(膨脹接頭)的保護(hù)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。德國(guó)的研究人員對(duì)于煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物的保護(hù)主要是采用彈簧來(lái)抵抗地表的移動(dòng)變形以達(dá)到保護(hù)地面建筑的目的，但是其成本相對(duì)較高 (克拉茨等，1984)。

與國(guó)外的三下采煤技術(shù)及建筑物保護(hù)相比，我國(guó)的煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物保護(hù)的研究工作開展相對(duì)較晚:牛宗濤 (2008)基于礦山開采沉陷理論，通過對(duì)煤礦采動(dòng)損害影響下的建筑破壞的實(shí)地考察，利用有限元數(shù)值軟件對(duì)煤礦采動(dòng)損害建筑進(jìn)行數(shù)值模擬，并與實(shí)際采動(dòng)損害現(xiàn)象進(jìn)行了對(duì)比分析，提出了合理的煤礦采動(dòng)建筑的抗變形加固措施;夏軍武等 (2007，2002)，鄭玉瑩等(2012)和譚志祥 (2004)基于力學(xué)理論及礦山開采沉陷學(xué)，通過理論分析建立同時(shí)考慮上部建筑結(jié)構(gòu)—條形基礎(chǔ)—下部地基的協(xié)同力學(xué)模型，重點(diǎn)探討了煤礦開采過程中上部建筑結(jié)構(gòu)在適應(yīng)地表移動(dòng)變形的過程中結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化過程以及相應(yīng)的影響因素，得到了由于地表移動(dòng)變形導(dǎo)致煤礦采動(dòng)建筑物所產(chǎn)生的附加內(nèi)力的計(jì)算公式，在以上研究基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了安裝在框架結(jié)構(gòu)的主動(dòng)抗變形支座裝置，以保證建筑物可以適時(shí)適應(yīng)地表的移動(dòng)變形。

譚志祥和鄧喀中 (2004)通過理論研究發(fā)現(xiàn)地表移動(dòng)變形對(duì)建筑物損傷破壞主要是以附加內(nèi)力的方式對(duì)建筑物進(jìn)行加載，在此基礎(chǔ)上建立煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物上部結(jié)構(gòu)—基礎(chǔ)—地基的整體力學(xué)模型，并對(duì)地表移動(dòng)變形對(duì)建筑物所產(chǎn)生的附加內(nèi)力進(jìn)行了計(jì)算;查劍鋒等 (2005)在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析研究發(fā)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物的保護(hù)，首先需要控制地表的移動(dòng)變形，而離層注漿減沉技術(shù)則是控制地表沉陷比較理想的技術(shù);蘇仲杰和劉文生 (2001)根據(jù)煤礦采動(dòng)所引起的地表移動(dòng)變形及地面沉降，建立了煤礦采空區(qū)的上覆巖層產(chǎn)生離層的力學(xué)模型，對(duì)其覆巖離層的力學(xué)機(jī)理進(jìn)行了深入全面的探討研究，并對(duì)充填材料與上覆巖層相互作用的機(jī)理進(jìn)行了總結(jié)，確定了合理的離層充填注漿設(shè)備 (系統(tǒng))。趙德深 (2001)研究了煤礦采空區(qū)覆巖離層充填減沉機(jī)理，采用薄板小撓度方法重點(diǎn)分析了煤礦采空區(qū)的上覆巖層離層產(chǎn)生的機(jī)理及控制方法，所得的研究成果可以為控制煤礦采空區(qū)上覆巖層的離層產(chǎn)生及控制地表移動(dòng)變形提供參考和借鑒;蘇仲杰 (2001)針對(duì)煤礦采空區(qū)覆巖離層注漿控制地表移動(dòng)變形尚不完善的問題，利用相似材料開采試驗(yàn)與數(shù)值模擬分析計(jì)算相結(jié)合的方法，重點(diǎn)研究了煤礦采空區(qū)上覆巖層離層發(fā)育機(jī)理、影響因素及控制方法，并將研究成果在礦區(qū)進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用;楊逾 (2007)針對(duì)礦區(qū)垮落帶注巖層移動(dòng)變形破斷的問題，采用粉煤灰漿體對(duì)垮落帶破碎巖體進(jìn)行填充，并研究了充填后巖體的本構(gòu)方程及移動(dòng)變形的計(jì)算方法，并在邯鄲礦區(qū)進(jìn)行了工程應(yīng)用。原煤炭科學(xué)研究總院通過大量的工業(yè)實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)出了盒子房屋，該房屋不僅可以有效的抵御開采沉陷變形所引起的地表移動(dòng)及沉降，并且可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)搬遷，提高了建筑物的可利用性①煤科總院唐山分院，徐州礦務(wù)局.1995.徐州莊礦大戶群高潛水位就地重建村莊下采煤技術(shù)研究報(bào)告.;段敬民(2005)根據(jù)煤礦采動(dòng)所引起的地表沉降特點(diǎn)研制出了一種特殊的建筑物基礎(chǔ)，該基礎(chǔ)為可升降點(diǎn)式基礎(chǔ)，可以較好的抵抗地基不均勻沉降，以達(dá)到保護(hù)煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物的目的。

2.4 煤礦采動(dòng)區(qū)土—結(jié)構(gòu)相互作用研究的不足

煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的相互作用與一般地區(qū)的建筑物三者之間的相互作用機(jī)理不同 (夏軍武等，2007，2002;鄭玉瑩等，2012;譚志祥，2004;劉書賢等，2013a，b，2014a，b，c，d，e，2015;魏曉剛，2011，2015;李海軍等，2015):地下煤炭開采所引起的地表移動(dòng)變形，導(dǎo)致采動(dòng)區(qū)建筑物地基變形。在煤炭開采過程中因?yàn)槊禾块_采所產(chǎn)生的擾動(dòng)效應(yīng)導(dǎo)致地基土基本的物理性質(zhì)和力學(xué)性能隨著煤炭的開采而不斷變化;未采動(dòng)建筑物的地基則由于開采沉陷變形的影響，再加之其上建筑筑物的自重會(huì)再不斷加載到地基土上，導(dǎo)致地基產(chǎn)生應(yīng)力重新分布的現(xiàn)象。采動(dòng)區(qū)建筑地基—基礎(chǔ)之間原來(lái)彼此相互連接或接觸的狀態(tài)，在地表發(fā)生移動(dòng)變形后仍然部分或整體處于相互連接或接觸。而現(xiàn)有采動(dòng)區(qū)建筑物的設(shè)計(jì)計(jì)算中通常不考慮地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的相互作用，并且在結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能計(jì)算時(shí)，往往將上部建筑結(jié)構(gòu)視為絕對(duì)剛性體，同時(shí)將位移邊界條件與力的邊界條件進(jìn)行轉(zhuǎn)換(直接施加強(qiáng)迫位移)，此時(shí)的計(jì)算所得的結(jié)果與實(shí)際之間相距甚遠(yuǎn)。

目前煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物抗開采沉陷變形抵抗地震保護(hù)中涉及到地基土—基礎(chǔ)—上部結(jié)構(gòu)之間相互作用關(guān)系的研究成果很少，并且主要存在以下不足 (夏軍武等，2007，2002;鄭玉瑩等，2012;譚志祥，2004;劉書賢等，2013a，b，2014a，b，c，d，e，2015;魏曉剛，2011，2015;李海軍等，2015;于廣云，2009):

(1)煤礦采動(dòng)區(qū)地基土、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間的相互作用的理論模型和動(dòng)力學(xué)方程尚未建立，并且采動(dòng)區(qū)地基土特有的內(nèi)力變化過程:“地基土變形—基礎(chǔ)切入—應(yīng)力重新分布”這一過程現(xiàn)有理論不能較好的解釋和闡述，即當(dāng)?shù)鼗燎首冃沃饾u增大時(shí)，建筑物基礎(chǔ)的切入量也隨之增大，目前對(duì)地基土、基礎(chǔ)之間相互作用和影響的變形規(guī)律認(rèn)識(shí)不充分，使得實(shí)際計(jì)算出來(lái)的地基土附加反力值與實(shí)際的監(jiān)測(cè)值有較大的差別。

(2)由于地下煤炭開采所引起的開采沉陷變形，在引起將采動(dòng)區(qū)建筑物地基反力實(shí)際上是不對(duì)稱的，而現(xiàn)有的理論通常假設(shè)由于采動(dòng)所引起的建筑物地基反力為絕對(duì)對(duì)稱的，由此而造成理論計(jì)算的誤差偏大。

(3)煤礦采動(dòng)區(qū)地基土的曲率變形導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生曲率變形，由于兩者之間剛度的差異，從而使采動(dòng)區(qū)建筑物存在著加載區(qū)和卸載區(qū)，可能出現(xiàn)嵌入?yún)^(qū)和懸空區(qū);但基礎(chǔ)切入地基量尚無(wú)可實(shí)用的計(jì)算方法，嵌入?yún)^(qū)和懸空區(qū)的長(zhǎng)度也難以確認(rèn)。

(4)煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間的相互作用尚未進(jìn)行深入研究:因?yàn)榻ㄖ飫偠葘?duì)地基反力的和分布的影響很大。而現(xiàn)有的計(jì)算理論是基于采動(dòng)區(qū)建筑物的變形與地基的移動(dòng)變形同步的假定，即不考慮建筑物剛度的大小，均按照地表曲率變形值進(jìn)行計(jì)算。

3 煤礦采動(dòng)損傷建筑物的地震災(zāi)變分析

3.1 煤礦采動(dòng)與地震對(duì)建筑物的成災(zāi)機(jī)制探討

煤礦采空區(qū)巖層的移動(dòng)變形與地震災(zāi)害對(duì)建筑物的破壞有所不同:煤礦開采引起的巖層移動(dòng)變形是長(zhǎng)期緩慢發(fā)展的變形，對(duì)建筑物的破壞也是隨時(shí)間逐漸發(fā)展起來(lái)的;地震災(zāi)害對(duì)建筑物的破壞則是短時(shí)間內(nèi)劇烈的破壞，煤礦開采沉陷變形會(huì)導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生一定的損傷破壞 (次生損傷)，該量級(jí)的次生損傷在強(qiáng)地震場(chǎng)作用下會(huì)逐漸累積、演化，這兩種不同層次的損傷如何演化發(fā)展，目前尚沒有清晰系統(tǒng)的理論。但是煤礦采動(dòng)損害與地震災(zāi)害對(duì)建筑物的損傷破壞具有相同(通)之處:二者對(duì)建筑物的荷載傳遞途徑都是通過“場(chǎng)地—基礎(chǔ)—上部結(jié)構(gòu)”來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的損傷破壞，并且建筑物的破壞過程中都伴隨著建筑物的損傷和能量的耗散演化，因此可以根據(jù)損傷力學(xué)及能量理論，通過分析其荷載傳遞途徑來(lái)建立煤礦采動(dòng)損害以及地震災(zāi)害對(duì)建筑物損傷破壞的內(nèi)在聯(lián)系。

采煤沉陷區(qū)由于巖層的移動(dòng)變形破斷導(dǎo)致其巖層環(huán)境相對(duì)要復(fù)雜些，所以當(dāng)煤礦采空區(qū)發(fā)生地震時(shí)，地震波在煤礦采空區(qū)的傳播更為復(fù)雜:不僅需要考慮地震波從基巖部分傳播入射到煤礦采空區(qū)底部，同時(shí)也要考慮在煤礦采空區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)迎波邊界，并且在煤礦采空區(qū)不同位置的波動(dòng)情況差別較大。綜上可知，煤礦采空區(qū)的破斷巖層屬于松散介質(zhì)，其介質(zhì)的不均勻性及局部幾何的不規(guī)則性對(duì)地震波的傳播影響均較大，需要采取合理的計(jì)算方法對(duì)其進(jìn)行研究。圖6為煤礦采空區(qū)發(fā)生地震時(shí)的地震波傳播示意圖。

圖6 煤礦采空區(qū)地震波傳播示意Fig.6 Sketch of propagate of incident seismic waves in mining areas

3.2 煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物地震動(dòng)力災(zāi)變的研究現(xiàn)狀

國(guó)外關(guān)于建筑物下采煤技術(shù)及煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物保護(hù)等方面的研究工作開展的相對(duì)較早，其中德國(guó)是最早開始煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物保護(hù)相關(guān)理論及技術(shù)的研究，克拉茨 (1984)撰寫的專著《采動(dòng)損害及其防護(hù)》成為德國(guó)建筑物下采煤技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志性里程碑;波蘭、前蘇聯(lián)在煤炭條帶開采技術(shù)方面做出了巨大的貢獻(xiàn);英國(guó)和日本曾經(jīng)對(duì)建筑物下的煤炭資源采用房柱式開采方法進(jìn)行開采。

由于煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物保護(hù)問題屬于三下采煤 (建筑物下、水體下、道路與鐵路下)領(lǐng)域，所以在國(guó)內(nèi)關(guān)于煤礦采空區(qū)建筑物保護(hù)的研究，主要以煤炭院校為核心骨干研究力量;在國(guó)家自然科學(xué)基金的支持下 (表1)，煤礦采動(dòng)區(qū)建筑保護(hù)方面的研究得到了長(zhǎng)足發(fā)展。

原煤炭科學(xué)技術(shù)研究總院唐山分院的崔繼憲研究員較早開始進(jìn)行關(guān)于煤礦采動(dòng)區(qū)建筑的抵抗地表移動(dòng)變形及抵抗地震的雙重保護(hù)研究，是該方面研究的開拓者，之后在中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、青島理工大學(xué)、河南理工大學(xué)、遼寧工程技術(shù)大學(xué)以及大連大學(xué)等學(xué)者相繼開始了該方向的研究工作。

表1 煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物保護(hù)方面的部分國(guó)家自然科學(xué)基金Tab.1 Partial National Natural Science Foundation of China about protection of buildings in coal mining area

表2 國(guó)內(nèi)開展煤礦采動(dòng)建筑保護(hù)的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Tab.1 Key laboratory of China about protection of buildings in coal mining area

目前在中國(guó)的高等院校及研究所 (表2)先后形成了以中國(guó)礦業(yè)大學(xué)夏軍武教授、袁迎曙教授、于廣云教授為代表的江蘇省土木工程環(huán)境災(zāi)變與結(jié)構(gòu)可靠性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室明確提出以開展建筑物抵抗地表移動(dòng)變形和抗地震的雙重保護(hù)研究為該實(shí)驗(yàn)室的重點(diǎn)研究方向;在遼寧工程技術(shù)大學(xué)形成了以劉文生教授、蘇仲杰教授及楊逾教授為代表的以研究礦山開采損害防護(hù)為研究特色的遼寧省礦山沉陷災(zāi)害防治實(shí)驗(yàn)室，其中該校的劉書賢教授也開展了煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物地震災(zāi)變防護(hù)相關(guān)的研究工作，王來(lái)貴教授所帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)主要在煤礦采動(dòng)損傷地層的穩(wěn)定性及演化災(zāi)變方面開展了大量的研究工作;在青島理工大學(xué)則形成了以于廣明教授、王謙源教授為代表的以從事地下開挖損害鑒定、地表沉陷與工程效應(yīng)研究的山東省巖體損害防護(hù)與地表沉陷治理工程技術(shù)研究中心和青島理工大學(xué)礦山充填技術(shù)與地壓控制研究所;在大連大學(xué)形成了以麻鳳海教授為代表的以研究礦山開采沉陷變形及地下結(jié)構(gòu)系統(tǒng)穩(wěn)定為特色的遼寧省復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)災(zāi)害預(yù)測(cè)與防治實(shí)驗(yàn)室;在河南理工大學(xué)則形成了以郭文兵教授為學(xué)術(shù)帶頭人的煤礦采動(dòng)損害與保護(hù)河南省創(chuàng)新型科技團(tuán)隊(duì);在西安科技大學(xué)形成了以伍永平教授為實(shí)驗(yàn)室主任的陜西省巖層控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;山東科技大學(xué)、安徽理工大學(xué)及煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 (尤其是唐山分院)也進(jìn)行了煤礦采動(dòng)損害防護(hù)的大量研究工作。

當(dāng)煤礦采空區(qū)隸屬于地震區(qū)時(shí)，煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物需要同時(shí)承受煤礦采動(dòng)損害引起的開采沉陷變形作用及地震的動(dòng)力破壞作用。目前國(guó)內(nèi)的專家學(xué)者關(guān)于煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物的抵抗開采沉陷變形和抵抗地震動(dòng)的研究已經(jīng)開展了一些研究工作:夏軍武等 (2007，2002)、鄭玉瑩等 (2012)、譚志祥 (2004)通過對(duì)煤礦采動(dòng)區(qū)框架結(jié)構(gòu)抗震性能的研究，指出了在對(duì)煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要同時(shí)考慮煤礦采動(dòng)損害與地震對(duì)建筑物的破壞作用;中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的夏軍武先后主持了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《采動(dòng)區(qū)橋體結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定機(jī)理研究》、《采動(dòng)區(qū)框架結(jié)構(gòu)建筑物整體穩(wěn)定機(jī)理研究》以及教育部跨世紀(jì)人才基金項(xiàng)目《采動(dòng)區(qū)多層建筑物穩(wěn)定機(jī)理研究》，在國(guó)家自然科學(xué)基金的支持下得到了許多重要研究成果 (夏軍武等，2007，2002;鄭玉瑩等，2012;譚志祥，2004):根據(jù)煤礦采動(dòng)區(qū)擾動(dòng)土的破壞實(shí)驗(yàn)，綜合考慮煤礦采動(dòng)區(qū)地基土與上部框架結(jié)構(gòu)之間的相互作用，建立了同時(shí)考慮煤礦采動(dòng)區(qū)上部框架結(jié)構(gòu)—獨(dú)立基礎(chǔ)—地基土的協(xié)調(diào)變形統(tǒng)一體的理論模型，該理論分析模型綜合考慮了煤炭開采過程中所引起的地表移動(dòng)變形的動(dòng)態(tài)變化過程，指出了煤礦開采沉陷變形與煤礦采動(dòng)建筑物的附加內(nèi)力的關(guān)系，推導(dǎo)建立了煤礦采動(dòng)區(qū)框架結(jié)構(gòu)的附加 (變形)內(nèi)力的理論計(jì)算公式，并設(shè)計(jì)出了安裝在框架結(jié)構(gòu)的主動(dòng)抗變形支座裝置;通過分析影響煤礦采動(dòng)區(qū)框架結(jié)構(gòu)建筑物整體穩(wěn)定性的因素，探討了開采沉陷變形影響下的煤礦采動(dòng)區(qū)框架結(jié)構(gòu)建筑物的極限能力，初步得到了煤礦采動(dòng)區(qū)框架結(jié)構(gòu)的抗地表移動(dòng)變形的保護(hù)措施。常虹(2013)通過理論分析、試驗(yàn)研究、數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研應(yīng)用相結(jié)合的研究方法，重點(diǎn)研究了煤礦采動(dòng)區(qū)水閘結(jié)構(gòu)損傷破壞過程，在綜合考慮煤礦采動(dòng)區(qū)水閘結(jié)構(gòu)與地基土 (協(xié)調(diào)變形)相互作用的基礎(chǔ)上，提出了對(duì)已破壞水閘結(jié)構(gòu)合理化的加固設(shè)計(jì)方案以及煤礦采動(dòng)區(qū)新建抗變形水閘的設(shè)計(jì)建議;孫冬明 (2010)通過建立煤礦采動(dòng)區(qū)輸電塔—線的整體有限元模型，根據(jù)地下采煤工作面的推進(jìn)方向與輸電塔導(dǎo)線走向的不同，重點(diǎn)研究了煤礦采動(dòng)區(qū)輸電塔-線的內(nèi)力變化，同時(shí)給出煤礦采動(dòng)區(qū)輸電塔的安全評(píng)價(jià)，為煤礦采動(dòng)區(qū)輸電塔—線體系的加固提供參考。

在國(guó)家自然科學(xué)基金的支持下，路世豹老師完成了科研項(xiàng)目《地震區(qū)煤礦采動(dòng)建筑物雙重保護(hù)的基礎(chǔ)理論研究》的研究工作，該項(xiàng)目主要研究煤礦采空區(qū)地表移動(dòng)變形對(duì)建筑物的損害在地震作用下的破壞倒塌機(jī)制 (井征博等，2011)，初步揭示了煤礦采動(dòng)損害影響下的建筑物損傷演化規(guī)律以及地震作用下的災(zāi)變過程，但是并沒有較好的解釋煤礦開采沉陷變形以及地震這兩種截然不同的災(zāi)害荷載是如何影響和破壞建筑物，如何構(gòu)建搭接這兩種災(zāi)害荷載對(duì)建筑物損傷破壞的橋梁。井征博 (2010)利用有限元數(shù)值計(jì)算軟件ANSYS建立了鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，采用沉降的方法來(lái)模擬地表的移動(dòng)變形，初步得到了鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)在同時(shí)考慮煤礦采動(dòng)與地震荷載效應(yīng)下的損傷破壞過程，但在沒有考慮地基土對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，所得到的結(jié)果是偏于安全的;吳艷霞 (2012)根據(jù)青島地區(qū)地鐵施工的工程背景，研究了地下地鐵隧道結(jié)構(gòu)施工過程中引起的地面沉降對(duì)建筑物的損傷破壞，采用模糊數(shù)學(xué)的分析方法對(duì)地鐵上方建筑物的安全防護(hù)等級(jí)進(jìn)行了判斷，提出了適用于適合青島濱海地區(qū)地鐵隧道結(jié)構(gòu)上方建筑物損傷評(píng)判標(biāo)準(zhǔn);周長(zhǎng)海 (2010)利用SAP2000軟件研究了沉降荷載和地震荷載作用下建筑物的內(nèi)力響應(yīng)，重點(diǎn)分析了結(jié)構(gòu)塑性鉸的形成發(fā)展過程;但是由于SAP2000較好的結(jié)構(gòu)的彈性力學(xué)行為，不能較好的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的塑性力學(xué)行為，容易造成數(shù)據(jù)誤差;張春禮(2009)基于ANSYS軟件建立了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，通過分析煤礦采動(dòng)與地震災(zāi)害荷載雙重作用下框架結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)及塑性鉸發(fā)展，指出對(duì)于煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物而言必須考慮建筑的抗采動(dòng)設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì);楊鑫欣 (2011)通過ANSYS軟件建立了高層框架結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)研究了煤礦采動(dòng)損害與地震聯(lián)合作用下位移的時(shí)程曲線，并初步進(jìn)行了結(jié)構(gòu)損傷評(píng)估工作。

于廣云 (2009)以淮南礦區(qū)為工程背景，重點(diǎn)研究了煤礦采動(dòng)區(qū)大變形影響下的土體物理力學(xué)性能的變化規(guī)律，提出了煤礦采動(dòng)擾動(dòng)率的概念，為煤礦采動(dòng)區(qū)建造抗變形建筑以及加固設(shè)計(jì)提供參考;段敬民 (1998)通過建立煤礦沉陷區(qū)的建筑物—基礎(chǔ)—地基共同作用協(xié)調(diào)變形的整體力學(xué)模型，分析了煤炭開采過程中對(duì)建筑物所產(chǎn)生的附加作用力，提出了可移動(dòng)及升降點(diǎn)式基礎(chǔ)的煤礦采動(dòng)建筑物的保護(hù)方法，為煤礦沉陷區(qū)的建筑物的抗震加固提供參考和借鑒;譚志祥(2004)采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、試驗(yàn)研究、理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法建立煤礦采動(dòng)區(qū)的建筑物—基礎(chǔ)—地基協(xié)調(diào)變形的整體力學(xué)模型，分析了地表移動(dòng)變形影響下不同參數(shù)變化所導(dǎo)致的煤礦采動(dòng)建筑物附加應(yīng)力的變化趨勢(shì)，并提出了煤礦采動(dòng)裂縫角的概念及其煤礦采動(dòng)建筑破壞等級(jí)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)及保護(hù)措施;張永波 (2005)針對(duì)煤礦老采空區(qū)建筑物地基穩(wěn)定性不足的問題，通過分析煤礦采空區(qū)上覆巖層、采礦工程的設(shè)計(jì)參數(shù)以及建筑物的自重荷載，通過現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)研究了煤礦老采空區(qū)建筑損傷破壞及地基失穩(wěn)機(jī)理，可以為煤礦老采空區(qū)建筑物加固處理及設(shè)計(jì)提供參考。劉書賢等 (2010，2011a，b)通過深入礦區(qū)實(shí)地考察煤礦采動(dòng)損害現(xiàn)場(chǎng)，采用理論分析與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法研究了煤礦采動(dòng)損害荷載與地震災(zāi)害荷載聯(lián)合作用下建筑物災(zāi)變過程，重點(diǎn)探討了兩種災(zāi)害聯(lián)合作用下建筑物的內(nèi)力響應(yīng)，建立了煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物的抗震抗變形雙重保護(hù)裝置，并進(jìn)行了考慮土—結(jié)構(gòu)相互作用的煤礦采動(dòng)建筑抗震抗變形雙重保護(hù)裝置的減震性能的研究工作，但是沒有指出如何將煤礦采動(dòng)損害與地震荷載對(duì)建筑物的損傷破壞聯(lián)系起來(lái);劉書賢等(2014b)從能量角度分析了建立煤礦采動(dòng)建筑的地震災(zāi)變演化過程，指出了可以從能量角度分析建筑物的煤礦采動(dòng)損傷與地震損傷。

目前對(duì)于煤礦采空區(qū)巖層移動(dòng)變形的控制及煤礦采動(dòng)建筑物的抵抗地表變形技術(shù)已經(jīng)取得了豐碩的研究成果，但是對(duì)于煤礦采動(dòng)損傷建筑在地震作用下的災(zāi)變演化機(jī)理及控制尚存在著不足，尤其是考慮煤礦采動(dòng)區(qū)建筑同時(shí)抵抗地表移動(dòng)變形 (長(zhǎng)期的變形)和抵抗地震動(dòng)的大變形 (短時(shí)間內(nèi)的變形)相關(guān)的研究尚不完善，尤其是如何建立建筑物的煤礦采動(dòng)損傷與地震損傷的內(nèi)在聯(lián)系，這是研究煤礦采動(dòng)損傷建筑抗震性能劣化的核心和關(guān)鍵問題，通過合理的方法建立煤礦采動(dòng)損害與地震損害聯(lián)系的橋梁與紐帶是研究地震區(qū)煤礦采動(dòng)建筑抗震性能迫切需要解決的學(xué)術(shù)問題。

4 煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物地震動(dòng)力災(zāi)變防控亟待解決的學(xué)術(shù)問題

煤礦環(huán)境的復(fù)雜性、惡劣性，對(duì)建筑物的安全性、耐久性等產(chǎn)生了嚴(yán)重威脅。現(xiàn)行的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2010)關(guān)于建筑物的抗震設(shè)計(jì)方法主要是基于自由場(chǎng)地來(lái)假設(shè)建筑周圍的區(qū)域，但是對(duì)于礦區(qū)建筑而言，地震發(fā)生煤礦采空區(qū)的存在對(duì)其動(dòng)力響應(yīng)的影響效應(yīng)不可忽略。地震發(fā)生時(shí)，煤炭開采后形成的采空區(qū)的邊界區(qū)域改變了地震波的傳播，對(duì)地面建筑的動(dòng)力響應(yīng)有較大影響;所以地震作用下煤礦采空區(qū)的抗震安全問題、煤礦采空區(qū)與地面建筑物動(dòng)力響應(yīng)的相互影響的互饋機(jī)制的問題是研究煤礦采空區(qū)及地面建筑的地震安全的重要課題。針對(duì)煤礦采動(dòng)損害影響下建筑抗震性能劣化致災(zāi)的安全問題，要想對(duì)煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物地震動(dòng)力災(zāi)變防控開展系統(tǒng)化的研究工作，首先需要解決以下問題:

(1)煤礦采動(dòng)區(qū)復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境 (采動(dòng)損傷地層)地震動(dòng)特性與災(zāi)變演化分析:煤礦采動(dòng)損傷地層的震源特性模型、地震波傳播路徑范圍內(nèi)(區(qū)域尺度)的損傷地層介質(zhì)模型及煤礦采動(dòng)區(qū)的局部場(chǎng)地介質(zhì)模型的選取，地震動(dòng)場(chǎng)分析模型邊界約束條件的合理假定，煤礦采動(dòng)區(qū)地震動(dòng)場(chǎng)的時(shí)空分布規(guī)律，煤礦采動(dòng)區(qū)復(fù)雜地下結(jié)構(gòu)、復(fù)雜地形、斷層系統(tǒng)對(duì)地震的影響是理論分析、試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算中擬解決的關(guān)鍵問題之一。

(2)煤礦采動(dòng)區(qū)復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下建筑物抗震性能劣化及煤礦采動(dòng)對(duì)建筑物抗震性能的擾動(dòng)規(guī)律研究:根據(jù)建筑物所處的自然環(huán)境、生產(chǎn)環(huán)境和力學(xué)環(huán)境，從材料、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)層次探討煤礦沉陷區(qū)復(fù)雜環(huán)境下建筑物抗震性能劣化的影響因素，分析復(fù)雜災(zāi)害因子耦合作用下建筑抗震性能的劣化過程，得到礦區(qū)復(fù)雜多變的災(zāi)害演化系統(tǒng)對(duì)建筑物抗震性能的劣化機(jī)制;分析煤礦采動(dòng)區(qū)巖層的移動(dòng)破斷對(duì)建筑物抗震性能的影響，建立煤礦采動(dòng)損害影響下建筑物的災(zāi)變機(jī)制，重點(diǎn)探討煤礦采動(dòng)對(duì)建筑物的損傷機(jī)理，研究煤礦復(fù)雜工業(yè)災(zāi)害演化系統(tǒng)對(duì)建筑物的侵蝕破壞，揭示煤礦采動(dòng)損害影響下的建筑結(jié)構(gòu)損傷失效機(jī)制，形成煤礦采動(dòng)損害影響下的建筑物修復(fù)加固及維護(hù)方法，最終建立礦區(qū)復(fù)雜多變的災(zāi)害演化系統(tǒng)環(huán)境下既有建筑結(jié)構(gòu)的可靠性設(shè)計(jì)理論。

(3)煤礦采動(dòng)損害與地震災(zāi)害雙重作用下建筑物性能損傷破壞演化機(jī)理:煤礦采動(dòng)引起的建筑物次生損傷在地震動(dòng)荷載作用下漸進(jìn)破壞的演化進(jìn)程中的宏細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征與力學(xué)屬性，合理的非線性靜、動(dòng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則與采動(dòng)損傷本構(gòu)模型，煤礦采動(dòng)與地震雙重作用下建筑物抗震性能參數(shù)及宏觀損傷的綜合影響機(jī)制。通過理論研究、試驗(yàn)和數(shù)值分析手段深入研究地震區(qū)煤礦采動(dòng)建筑物性能損傷演化機(jī)制，得到煤礦采動(dòng)對(duì)建筑物抗震性能的擾動(dòng)規(guī)律，提出煤礦采動(dòng)與地震雙重作用下建筑物抗開采沉陷減震控制技術(shù)，是迫切需要解決的一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題。

(4)煤礦采動(dòng)區(qū)新建建筑物抗開采沉陷變形隔震保護(hù)理論與方法:研究煤礦采動(dòng)與地震雙重作用下建筑抗開采沉陷減震控制原理，提出考慮煤礦采動(dòng)損傷地層場(chǎng)地條件影響的結(jié)構(gòu)減震控制方法;研究煤礦采動(dòng)與地震雙重作用下抗開采沉陷變形隔震保護(hù)控制裝置力學(xué)性能劣化規(guī)律，建立相應(yīng)的力學(xué)模型;研究煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物非線性損傷控制策略，建立結(jié)構(gòu)減震控制體系的損傷控制及全壽命抗震性能設(shè)計(jì)方法和理論體系，構(gòu)建煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物地震失效模式控制理論體系，建立煤礦采動(dòng)區(qū)新建建筑物抗開采沉陷變形隔震保護(hù)體系的損傷控制體系，給出煤礦采動(dòng)區(qū)新建建筑物抗開采沉陷變形隔震保護(hù)設(shè)計(jì)方法與建議是另一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題。

要想真正解決煤礦采空區(qū)建筑物災(zāi)變問題，首先需要解決煤礦開采引起的巖層移動(dòng)變形破斷問題，最大限度的控制巖層移動(dòng)變形對(duì)建筑物的損傷破壞，目前控制巖層移動(dòng)變形最為理想的煤炭開采方法為采煤充填方法，以減緩煤炭開采引起的地表移動(dòng)變形;其次采取合理的煤礦采動(dòng)建筑物抗開采沉陷變形隔震保護(hù)技術(shù)措施，以保證煤礦采動(dòng)建筑物在一定范圍內(nèi)可以抵抗 (或適應(yīng))地表移動(dòng)變形，同時(shí)在發(fā)生地震時(shí)，也可以較好的減少地震災(zāi)害能量對(duì)煤礦采動(dòng)區(qū)地面建筑物的動(dòng)力破壞;基于此要想真正解決煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物的地震動(dòng)力災(zāi)變防控問題，需要采取“地下采煤充填控制巖層移動(dòng)—地面建筑抗開采沉陷變形隔震保護(hù)技術(shù)措施”的煤礦采空區(qū)建筑保護(hù)理念，保證礦區(qū)工程建設(shè)的安全健康發(fā)展。

5 煤礦采動(dòng)建筑地震動(dòng)力災(zāi)變與防控研究的發(fā)展趨勢(shì)

隨著煤炭資源持續(xù)高效的開采，遺留的煤礦采空區(qū)以及廢棄礦井巷道將會(huì)成為各種衍生災(zāi)害的隱患，加之土地資源的日益緊張及工程建設(shè)的迅猛發(fā)展，越來(lái)越多的建筑物、橋梁、輸電塔以及隧道等各類基礎(chǔ)設(shè)施要建立在煤礦采空區(qū)場(chǎng)地上，但是煤礦采空區(qū)場(chǎng)地是否穩(wěn)定，并在其上建造建筑物值得商榷，并且目前關(guān)于煤礦采空區(qū)地面建筑物的地震動(dòng)力災(zāi)變更多的是局限于探索性研究階段，尚未形成系統(tǒng)化的研究成果及理論(魏曉剛，2011，2015)。目前煤礦采空區(qū)地面建筑抗震性能的劣化及保護(hù)的研究工作需要在以下幾方面進(jìn)行展開和完善:

(1)煤礦采動(dòng)區(qū)工程場(chǎng)地的靜力穩(wěn)定性及地震動(dòng)力穩(wěn)定性研究

煤礦采動(dòng)區(qū)域的地層結(jié)構(gòu)分布與主采煤層形成的廢棄采場(chǎng)采深、大小、采高、傾向及巷道分布等參數(shù)是煤礦采空區(qū)的關(guān)鍵參數(shù)，研究主采煤層形成的采場(chǎng)與構(gòu)造破碎帶、裂隙發(fā)育帶的位置、厚度、面積、走向、傾角和傾伏角等參數(shù)之間的關(guān)系，考慮到煤礦巖層受采動(dòng)影響的分布特征，分析煤礦采動(dòng)區(qū)冒落帶、裂隙帶、彎曲帶“三帶”、巷道之間空間分布的關(guān)系，采動(dòng)區(qū)煤層群的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系、采動(dòng)區(qū)域穩(wěn)定時(shí)間、開采方法等對(duì)巖層移動(dòng)致災(zāi)的影響，以采厚采深比為參數(shù)進(jìn)行分類，深入研究煤礦采動(dòng)對(duì)區(qū)域地表建筑物的穩(wěn)定性的影響。分析地下煤炭資源開采后所形成的地下孔洞、含破碎帶斷層、斷層裂縫、凹凸地形及土介質(zhì)分層等不規(guī)則性的地形及介質(zhì)的不均勻性，建立煤礦采動(dòng)地層的均勻場(chǎng)地模型和煤礦采動(dòng)損傷地層含破碎帶斷層的場(chǎng)地模型，分析煤礦采動(dòng)損傷地層無(wú)破碎帶斷層的場(chǎng)地對(duì)彈性波的反射、散射等問題，求解SH波、P波、SV波入射所引起的煤礦采動(dòng)區(qū)的地面位移場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)。

在充分考慮煤礦采動(dòng)區(qū)“三帶”的形式、幾何特征、破碎帶的材料特性，采動(dòng)損傷場(chǎng)地土的土層厚度和剛度的基礎(chǔ)上，分析煤礦采動(dòng)區(qū)復(fù)雜地質(zhì)體中波的傳播規(guī)律;揭示煤礦采動(dòng)區(qū)“三帶”對(duì)彈性波的散射規(guī)律，探討煤礦采動(dòng)損傷土層對(duì)場(chǎng)地反應(yīng)的重要影響。建立煤礦采動(dòng)區(qū)工程場(chǎng)的采動(dòng)損傷巖土介質(zhì)地震響應(yīng)的理論分析模型，研究煤礦采空區(qū)—巖土介質(zhì)相互作用對(duì)地基液化、側(cè)移和震陷的影響，揭示煤礦采動(dòng)區(qū)場(chǎng)地液化、側(cè)移和震陷的特點(diǎn)及形成機(jī)理，建立煤礦采動(dòng)區(qū)工程場(chǎng)地地震穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的理論和方法。

(2)煤礦采空區(qū)既有建筑結(jié)構(gòu)的全生命周期抗震性能評(píng)估及安全控制的理論與方法

根據(jù)地震作用下煤礦采空區(qū)動(dòng)力失穩(wěn)及地面建筑抗震性能劣化及災(zāi)變過程的孕育演化特征和成災(zāi)條件，建立煤礦采空區(qū)的地震動(dòng)力失穩(wěn)演化致災(zāi)預(yù)測(cè)與煤礦采空區(qū)既有建筑結(jié)構(gòu)的全生命周期抗震性能評(píng)估及安全動(dòng)態(tài)調(diào)控的綜合集成智能系統(tǒng)，為建筑物下采煤及煤礦采空區(qū)場(chǎng)地的地震安全性評(píng)價(jià)提供理論支撐和技術(shù)平臺(tái)是迫切需要展開的重要研究?jī)?nèi)容。

(3)研究煤礦采動(dòng)區(qū)復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下對(duì)建筑物抗震抗變形控制裝置力學(xué)性能的劣化影響規(guī)律。

不同抗開采沉陷變形隔震保護(hù)支座力學(xué)性能試驗(yàn)研究，總結(jié)已有煤礦采動(dòng)區(qū)建筑保護(hù)的理論與試驗(yàn)成果，分析不同類型煤礦采動(dòng)區(qū)建筑結(jié)構(gòu)的失效破壞準(zhǔn)則，分析煤礦采動(dòng)區(qū)復(fù)雜場(chǎng)地的工程地質(zhì)水文地質(zhì)特點(diǎn)，研究其對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗開采沉陷變形隔震保護(hù)減災(zāi)控制體系地震動(dòng)輸入的影響。在試驗(yàn)研究、數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)上，凝練深化煤礦采動(dòng)區(qū)建筑物抗開采沉陷變形隔震保護(hù)理論與方法，形成系統(tǒng)化、合理化的煤礦采動(dòng)建筑的抗開采沉陷變形隔震保護(hù)理論體系。

查劍鋒，郭廣禮，狄麗娟，等.2005.高壓輸電線路下采煤防護(hù)措施探討［J］.礦山壓力與頂板管理，(1):112-114.

常虹.2013.采動(dòng)區(qū)地基與水閘結(jié)構(gòu)相互作用機(jī)理及加固技術(shù)研究［D］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué).

陳炎光，陳冀飛.1996.中國(guó)煤礦開拓系統(tǒng)［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社.

段敬民.1998.采動(dòng)區(qū)可升降點(diǎn)式基礎(chǔ)房屋抗變形理論探討［J］.焦作工學(xué)院學(xué)報(bào)，17(1):44-49.

段敬民.2005.礦山塌陷區(qū)房屋抗采動(dòng)理論及加固技術(shù)研究［D］.成都:西南交通大學(xué).

郭廣禮.2001.老采空區(qū)上方建筑地基變形機(jī)理及其控制［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社.

何國(guó)清，楊倫.1994.礦山開采沉陷學(xué)［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社.

胡聿賢.2006.地震工程學(xué)［M］.北京:地震出版社.

井征博，路世豹，蔡文進(jìn)，等.2011.采動(dòng)引起的地表變形對(duì)框剪結(jié)構(gòu)的影響［J］.青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，32(2):27-32.

井征博.2010.鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)在采動(dòng)影響條件下的抗震性能分析研究［D］.青島:青島理工大學(xué).

克拉茨H.1984.采動(dòng)損害及其防護(hù)［M］.馬偉民，王金莊，王紹林譯.北京:煤炭工業(yè)出版社.

來(lái)興平.2004.西部礦山大尺度采空區(qū)衍生動(dòng)力災(zāi)害控制［J］.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，26(1):1-3.

李海軍，魏曉剛，孫琦，等.2015.地震和煤礦采動(dòng)耦合作用下露天礦邊坡及采空區(qū)穩(wěn)定性研究［J］.地震研究，38(1):161-166.

梁為民，郭增長(zhǎng).2000.采動(dòng)區(qū)建筑物保護(hù)研究現(xiàn)狀及展望［J］.焦作工學(xué)院學(xué)報(bào)，19(3):86-89.

劉書賢，魏曉剛，魏亞強(qiáng).2010.采動(dòng)區(qū)建筑物抗震抗變形雙重保護(hù)作用機(jī)理分析［J］.防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)，30(S):305-308.

劉書賢，劉書會(huì)，魏曉剛，等.2011a.采動(dòng)區(qū)地震—開采沉陷變形對(duì)建筑耦合作用［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，30(S):92-94.

劉書賢，魏曉剛，魏亞強(qiáng).2011b.基于隔震技術(shù)的采動(dòng)區(qū)半主動(dòng)雙重保護(hù)裝置減震分析［J］.土木工程與管理學(xué)報(bào)，28(4):1-5.

劉書賢，魏曉剛，張弛，等.2013a.煤礦采動(dòng)與地震耦合作用下建筑物災(zāi)變分析［J］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，42(4):526-534.

劉書賢，魏曉剛，王偉，等.2013b.采動(dòng)區(qū)建筑物抗變形隔震裝置的力學(xué)性能分析［J］.實(shí)驗(yàn)力學(xué)，28(4):542-548.

劉書賢，魏曉剛，麻鳳海，等.2013c.深部采動(dòng)覆巖移動(dòng)變形致災(zāi)的試驗(yàn)分析［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，40(4):88-92+105.

劉書賢，魏曉剛，王偉，等.2013d.深部采動(dòng)覆巖破斷的力學(xué)模型及沉陷致災(zāi)分析［J］.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，23(12):71-77.

劉書賢，魏曉剛，王偉，等.2014a.基于隔震技術(shù)的橋梁結(jié)構(gòu)抗采動(dòng)變形抗地震保護(hù)［J］.地震研究，37(1):86-93.

劉書賢，郭濤，魏曉剛，等.2014b.地震作用下煤礦開采損傷建筑的能量耗散演化致災(zāi)分析［J］.地震研究，37(3):442-449.

劉書賢，王春麗，魏曉剛，等.2014c.煤礦采空區(qū)的地震動(dòng)力響應(yīng)及其對(duì)地表的影響［J］.地震研究，37(4):642-647.

劉書賢，魏曉剛，張弛，等.2014d.煤礦多煤層重復(fù)采動(dòng)所致地表移動(dòng)與建筑損壞分析［J］.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，24(3):59-65.

劉書賢，魏曉剛，張弛，等.2014e.煤礦采動(dòng)損害影響下輸電塔—線耦合體系風(fēng)致振動(dòng)災(zāi)變分析［J］.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，24(2):65-70.

劉書賢，胡紅珍，魏曉剛，等.2015.煤礦采動(dòng)與地震聯(lián)合作用下建筑物損傷演化災(zāi)變分析［J］.地震研究，38(1):156-160.

劉天泉.1986.波蘭城鎮(zhèn)建筑物下采煤的建筑物加固、維修和遷建可行性技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法［J］.礦山測(cè)量，(6):50-54.

羅一忠.2005.大面積采空區(qū)失穩(wěn)的重大危險(xiǎn)源辨識(shí)［D］.長(zhǎng)沙:中南大學(xué).

牛宗濤.2008.采動(dòng)區(qū)建筑物變形特性研究與工程應(yīng)用［D］.西安:西安科技大學(xué).

歐進(jìn)萍.2003.結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制-主動(dòng)、半主動(dòng)和智能控制［M］.北京:科學(xué)出版社.

彭欣.2008.復(fù)雜采空區(qū)穩(wěn)定性及近區(qū)開采安全性研究［D］.長(zhǎng)沙:中南大學(xué).

蘇仲杰，劉文生.2001.減緩地表沉降的覆巖離層注漿新技術(shù)的研究［J］.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，(11):21-24.

蘇仲杰.2001.采動(dòng)覆巖離層變形機(jī)理研究［D］.阜新:遼寧工程技術(shù)大學(xué).

孫冬明.2010.采動(dòng)區(qū)送電線路鐵塔力學(xué)計(jì)算模型及塔-線體系共同作用機(jī)理研究［D］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué).

譚志祥，鄧喀中.2004.采動(dòng)區(qū)建筑物地基、基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)協(xié)同作用力學(xué)模型［J］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，33(3):264-267.

譚志祥，鄧喀中.2006.建筑物下采煤研究進(jìn)展［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，25(4):485-488.

譚志祥.2004.采動(dòng)區(qū)建筑物地基、基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)協(xié)同作用理論與應(yīng)用研究［D］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué).

王金東.2013.采空沉陷區(qū)天然氣管道的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)［D］.西安:西安科技大學(xué).

王金莊，郭增長(zhǎng).2002.我國(guó)村莊下采煤的回顧與展望［J］.中國(guó)煤炭，28(5):28-32.

王來(lái)貴，劉向峰，姚再興，等.2002.大中型露天煤礦閉坑地質(zhì)災(zāi)害淺析［J］.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，13(3):51-54.

王正帥.2011.老采空區(qū)殘余沉降非線性預(yù)測(cè)理論及應(yīng)用研究［D］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué).

魏曉剛.2011.考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用的采動(dòng)區(qū)建筑物抗震抗變形雙重保護(hù)裝置減震分析［D］.阜新:遼寧工程技術(shù)大學(xué).

魏曉剛.2015.煤礦巷道與采空區(qū)巖體結(jié)構(gòu)地震動(dòng)力災(zāi)變及地面建筑抗震性能劣化研究［D］.阜新:遼寧工程技術(shù)大學(xué).

吳啟紅.2010.礦山復(fù)雜多層采空區(qū)穩(wěn)定性綜合分析及安全治理研究［D］.長(zhǎng)沙:中南大學(xué).

吳艷霞.2012.青島地鐵隧道施工引起地面沉降對(duì)建筑物影響規(guī)律與防治研究［D］.青島:青島理工大學(xué).

夏軍武，郭廣禮，王守祥，等.2002.框架結(jié)構(gòu)抗變形性能的研究現(xiàn)狀和展望［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，32(S):348-351.

夏軍武，袁迎曙，董正筑.2007.采動(dòng)區(qū)地基、獨(dú)立基礎(chǔ)與框架結(jié)構(gòu)共同作用的力學(xué)模型［J］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，36(1):33-37.

線登洲.2008.采空區(qū)大型工業(yè)建筑關(guān)鍵理論與應(yīng)用研究［D］.天津:天津大學(xué).

楊鑫欣.2011.采動(dòng)影響下鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的彈塑性動(dòng)力分析和損傷評(píng)估［D］.青島:青島理工大學(xué).

楊逾.2007.垮落帶注充控制覆巖移動(dòng)機(jī)理研究［D］.阜新:遼寧工程技術(shù)大學(xué).

英國(guó)煤炭局.1980.地面沉陷工程師用手冊(cè)［M］.董其遜譯.北京:煤炭工業(yè)出版社.

于廣云，夏軍武，王東權(quán).2004.采動(dòng)區(qū)鐵路橋沉陷加固治理［J］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，33(1):59-61.

于廣云.2009.采動(dòng)區(qū)大變形擾動(dòng)土物理力學(xué)性質(zhì)演變及工程響應(yīng)研究［D］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué).

張春禮.2009.采動(dòng)與地震共同作用下建筑物的破壞過程研究［D］.青島:青島理工大學(xué).

張永波.2005.老采空區(qū)建筑地基穩(wěn)定性及其變形破壞規(guī)律的研究［D］.太原:太原理工大學(xué).

趙德深.2000.煤礦區(qū)采動(dòng)覆巖離層分布規(guī)律與地表沉陷控制研究［D］.阜新:遼寧工程技術(shù)大學(xué).

鄭玉瑩，夏軍武，熊軍輝，等.2012.采動(dòng)區(qū)框架結(jié)構(gòu)主動(dòng)抗變形支座及其力學(xué)性能研究［J］.山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)，31(1):62-66.

中國(guó)工程院.2011.中國(guó)能源中長(zhǎng)期(2030、2050)發(fā)展戰(zhàn)略研究［M］.北京:科學(xué)出版社.

周長(zhǎng)海.2010.不均勻沉降對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)影響的研究［D］.青島:青島理工大學(xué).

周福霖.1997.工程結(jié)構(gòu)減震控制［M］.北京:地震出版社.

朱旺喜，王來(lái)貴，王建國(guó)，等.2003.資源枯竭城市災(zāi)害形成機(jī)理與控制戰(zhàn)略研討［M］.北京:地質(zhì)出版社.

Dobry R.，Gazetas G..1986.Dynamic response of arbitrarily shaped foundations［J］.Geotech J Engorge，ASCE，112(2):109-135.

Peng.S.S.1992.Surface Subsidence Engineering［M］.The Society for Mining，Metallurgy，and Exploration，Inc.

GB50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.