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利用地面激光扫描和数值模拟评估受地层移动影响的房屋

DOI：10.1007/s12665-020-08929-0 期刊：Environmental Earth Sciences 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 本研究分析了受地下煤炭开采扰动的房屋内部力学状态，尤其关注沉陷区内未受损的房屋。采用传统测量与地面激光扫描（TLS）作为外部监测手段获取受扰房屋的位移数据，并通过模拟软件推算房屋内部力学状态。对中国牌坊村三栋优质房屋在采前和采后阶段进行了TLS扫描。位移与变形程度与建筑在盘区中的位置高度相关，在沉陷盆地中心附近更为显著。利用ANSYS计算了房屋在拉伸条件变化下的内部状态，重点分析结构柱、圈梁及墙体。结果表明：结构柱与圈梁可抵抗拉伸变形，而窗角是应力集中主要点位，存在开裂风险。掌握矿震影响区未受损建筑的内部应力状态有助于加强房屋预维护并指导新型抗变形建筑建造。本研究成果可为矿区抗变形建筑设计提供参考。
作者： Xugang Lian，Huayang Dai，Linlin Ge，Yinfei Cai
AI智能分析
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

分析受地下煤炭开采扰动的房屋内部力学状态，特别是沉陷区未受损房屋，以指导新建抗变形房屋的建造。

研究成果

1. 采用传统测量手段（全站仪与水准仪）和地面三维激光扫描技术（TLS）对受地下采煤影响的受损房屋移动变形进行监测，两种方法监测结果一致。 2. 数值模拟表明，在拉伸变形作用下，沉陷区受损建筑物的结构对基础圈梁产生显著影响，拉伸变形增大将成比例增加墙体的主应力和剪应力。 3. 外部监测与内部数值模拟相结合，为评估地下开采影响房屋的受损程度提供了新途径。

研究不足

1. 采用TLS或传统测量方法进行外部监测成本较高。许多房屋位于煤矿沉陷区，但由于监测手段和资金限制，目前仅对三栋房屋实施监测。未来可采用InSAR技术实时、全天候监测受扰房屋的形变情况。 2. 本研究通过数值模拟获取受扰房屋内部力学状态属于通用定量案例，其基础是三栋房屋的监测结果。未来应开发自动化系统，整合InSAR形变监测数据，从而诊断受扰房屋的内部状态。

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