采动引起的地表裂缝成因及分布规律初步研究开题报告.doc

河南理工大学测绘与国土信息工程学院本科毕业设计（论文）开题报告题目名称采动引起的地表裂缝成因及分布规律初步研究学生姓名张恒旭专业班级测绘08-6班学号310805010625一、选题的目的意义我国是一个产煤大国, 资源丰富, 煤炭在我国国民经济发展中占有重要地位, 采煤给我们带来巨大经济效益的同时, 也带来了不小的负面影响。近年来，随着大量的煤炭资源从地下采出，开采所引起的地表沉陷及其灾害问题日益突出。煤炭开采造成的岩层移动与地表移动灾害已经涉及矿区的工农业生产和人们生活的各个方面，是亟待解决的社会问题和环境问题。煤的地下开采引起地表沉陷。随着地表沉陷的发展, 地表土层各点的受力状态发生相应的变化,土层的原始平衡状态被破坏。由于地表各点的不均匀沉降和水平移动, 在沉陷盆地内的部分区域将产生裂缝。地表裂缝是土地生产能力下降的主要原因之一, 是开采引起采区地质环境恶化的主要原因之一, 也是影响地表水工建筑安全的关键因素之一。地质环境的恶化, 引发或加重了地质灾害的发生, 而地质灾害又进一步破坏了地质环境, 对人类生存构成威胁, 制约煤炭工业的可持续发展。因此, 研究采动引起的地表裂缝的成因，并准确地预测地表裂缝分布规律, 对矿区土地复垦和“三下”采煤都具有十分重要的现实意义。二、国内外研究综述1.国外研究从1838年对比利时列日城下开采所引起的地表塌陷的认识开始到二战前夕,属于开采沉陷的认识和初步研究时期。从二战以后大致到80年代末期,属于开采沉陷的理论形成时期。1947年前苏联学者出版了对开采沉陷学有影响的专著煤矿地下开采岩层移动。他在对大量实测数据分析研究基础上,用塑性力学理论研究地表移动规律,确立了地表移动矢量在垂直方向和水平方向间的微分关系式,即水平移动与地面倾斜成正比的著名观点,提出了下沉剖面方程呈指数函数形式。1949年德国学者niemezyk出版了开采沉陷第一本有代表性的著作bergschadenkunde。该书根据实测资料系统地分析了地表移动规律并用移动变形曲线表示。波兰学者budryk (1950)和knothe提出了几何理论,得出了正态分布的影响函数,其高斯型的影响曲线对近水平煤层的下沉描述十分成功。litwiniszyn (1954)把岩石视为不连续介质,将岩层移动过程作为一个随机过程,提出了开采沉陷的随机介质理论和概念,把开采沉陷理论的研究提高到了一个新的阶段。从90年代至今,随着科学的发展和研究手段的进步,又掀起了矿山开采沉陷的第3次研究热潮。2.国内研究我国的开采沉陷研究工作从建国后才开始,1953年北京矿院矿山测量教研室聘请苏联专家哥尔地克,首次为青年教师和研究生讲授“岩层与地表移动”课程。1955年“岩层与地表移动”作为一门专业课程正式成为我国第一届矿山测量专业大学生而设。1965年,中国学者刘宝深、廖国华编著了煤矿地表移动的基本规律将概率积分法全面引入我国,至今已成为预计开采沉陷的主要方法。1983年，马伟民、王金庄等组织编著了煤矿岩层与地表移动,详细地总结了前一段的研究成果。80、90年代至今,我国开采沉陷理论和实践研究出现了日新月异的发展。何国清、马伟民、王金庄建立了碎块体理论地表沉陷的威布尔分布。周国铨、虞万波、崔继宪等提出了负指数函数法计算地表移动。邹友峰对地表下沉预计方法进行了研究。王金庄等建立了用于预计主断面地表下沉的典型曲线法。谢和平应用有限元分析岩层移动规律。刘天泉提出和发展了矿山岩体采动影响与控制工程学。杨伦提出了岩层二次压缩理论,将地表下沉直接与岩体的物理力学性质联系起来。李增琪建立了岩层移动的三维层状模型。张玉卓提出了岩层移动的位错理论。杨硕建立采动损害空间的力学模式。邓喀中提出了岩体开采沉陷的结构效。吴立新、王金庄提出了条带开采覆岩破坏的托板理论。于广明从非线性科学角度认识开采沉陷的复杂性。徐乃忠、郭惟菇研究了采动覆岩离层形成的基本规律和离层注浆控制地表下沉的理论与实践等等。在岩体和地表开采沉陷的数值模拟上,许多学者利用不同的模型模拟,得到了一些非常有价值的成果。张玉卓的模糊内时有限元法;谢和平的损伤非线性大变形有限元法;何满朝的非线性光滑有限元法;邓喀中的损伤有限元法;王泳嘉、张玉卓和麻凤海的离散单元法等等。另外,也有许多适合岩土工程数值计算的数值软件,如北京大学的nolm系列程序、清华大学的tfine系列程序、西安矿业学院的ncap系列程序、中国矿大的ad inam程序和中科院武汉岩土所的jrna系列程序等等。这些都为开采沉陷的计算拟合和定量预测莫定了基础。在采动引起的地表裂缝成因及分布规律初步研究方面，吴侃,周鸣,胡振琪等对开采引起的地表裂缝深度和宽度预计及开采引起的地表裂缝分布规律进行过一定的研究。三、毕业设计（论文）所用的方法本文应用地表移动和变形规律，对采动引起的的地表裂缝的成因和分布规律进行了初步研究。主要研究方法如下：理论研究法：通过对土力学和开采沉陷科学理论进行学习研究，巩固对开采沉陷知识的理解和掌握，增强分析问题和解决问题的能力。对比分析法：通过对沉陷预计中各种方法的对比分析，结合采煤方法和地质条件的不同，分析地表裂缝的成因及其分布规律。四、主要参考文献与资料获得情况1 李清泉，李必军，陈静激光雷达测量技术及其应用研究j武汉大学学报 20002 钱建国，赵军武，唐为刚，张家根三维激光扫描仪获取的数据处理与应用研究j矿山测量 20093 hugues hoppesurface reconstruction from unorganized pointsdphd dissertation of the university of washington1 9944 tamas vdrady，ralph r martin，jordan coxtreverse engineering ofgeometric models-an introductionjcomputer-aided design，(1997)29：2552685marco viceconti，chazia zannoni，luisa pierottitrslid：an application ofreverse engineering methods to the creation of cad models of bone segmentsjcomputer methods and programs in hiome dicine(1998)56：211-2206pfister，h，zwickerm，van baar，j，gross，msurfels：surface elements as rendering primitivesin computer graphicsj，siggraph 2000 proceedingslos angeles，ca，2000：335-3427 ruzia masksimovic,srdjan stankovic,dragorad milovanovic.computed tomography image analyzer:3d reconionstruction and segmentation applying active contour modelssnakeesj. internation journal of medical informayics.(2000)58-598 吴海毓三维激光扫描技术在古建筑数字化保护中的应用d北京：北京建筑工程学院20089 赵庆阳三维激光扫描仪数据采集系统研制d西安：西安科技大学200810 staiger,rthe geometrical quaility of laser scanner (tls)c,proceeding of fig working week 2005 and gsdi-8,cairo,egypt,2005,11.11 成思源，谢韶旺逆向工程技术及应用m北京：清华大学出版社201012 pfister，h，zwickerm，van baar，j，gross，msurfels：surface elements as rendering primitivescin computer graphics，siggraph 2000