随着“西部大开发战略”和“可持续发展战略”的实施,许多公路、铁路、厂房、住宅楼需要建立在采空区上或穿越采空区。工业与民用建筑及交通设施等在附加静载荷和动荷载的影响下,采空区出现了“活化”,导致地表残余变形过大,影响了正常的使用,甚至对生命财产造成严重威胁。本课题的研究目的是探讨多层复杂采空区稳定性的研究方法和理论指导。(1)探讨采空区沉陷的残余变形机制:采空区的沉陷变形是在一定条件下塌陷区空间变化的时间历程,探索其时空演化过程对于预测采空区沉陷的有限变形与残余变形具有重要意义。一般情况下,煤矿生产关注采空区的短期(一两年以内)变形及其规律,而对于老采空区的长期变形,基本上没有进行追踪观测或监测,这是采空区沉陷研究中的空白点,值得进行认真研究和探索。通过钻探勘查、注水试验及地震勘探来圈定采空区的范围以及确定采空区的密实情况,在研究方法上创新,为今后多层复杂采空区探查提供了借鉴意义;研究煤层开采及地表移动变形的时空规律;确定地表最大下沉量的拟合结果,并根据已有资料进行对比检验,提供多层采空累计沉降的研究方法;(2)优化采空区稳定性的定量评价:采空区稳定性的评价由定性转变为定量,定性与定量相结合。是本课题研究的主要目标。近年来,新兴的数值模拟研究是实现量化评价的主要方法,但数值计算、模拟的可信度和计算结果的可靠度仍需提高。本文突破传统的单一采空区沉陷模式,提出了多层复杂采空区工程地质稳定性的研究与评价方法。即综合运用地质分析方法、原位测试(点载荷)、岩石单轴抗压强度试验的成果确定岩石组合特征来确定材料的属性参数,按工程地质特性划分岩体的岩组类别,建立地质体几何模型。模拟拟建场地煤矿采空区开采沉陷规律和动态发展趋势。(3)建立完善的隧道工程监测系统:隧道场地以下采空区的残余沉降,导致了隧道及其围岩的变形。针对多煤层采空区、复杂地质条件和地貌,设计合理的监测方案,建立从地下到地表的三维变形监测系统,可极大地提高观测成果的可靠度。全方位的监测也将从根本上保证隧道运营的安全。复杂采空区的地基稳定性问题在国内外都属于一个较新的研究课题,目前尚处于起步阶段,但是相关学科的发展为其深入研究提供了新的契机。从理论的发展与实践密切结合的角度出发,本课题的研究对丰富岩土工程学科有着积极的意义。