目前对矿区的建筑物通常采取的保护措施主要可以分为:(1)通过提高采动区建筑物的整体刚度,来提高建筑物抵抗开采沉陷变形的能力;(2)通过现有采矿工艺和方法的改进,或者直接在地表采取离层注浆的方法来有效减缓沉降的方法(查剑锋等,2005; 苏仲杰等,2001; 赵德深,2000; 杨逾,2007; 煤科总院唐山分院等,1995; 段敬民,2005; 于广云等,2004; 常虹,2013; 孙冬明,2010)。综合以上因素,岩层移动变形对建筑物的损伤破坏不容忽略,所以需要同时考虑煤矿采动区地基土—基础—上部结构的相互作用(夏军武等,2007,2002; 郑玉莹等,2012; 谭志祥,2004),将三者视为一个整体结构体系,并考虑他们之间的协同工作关系(煤矿采动区土—结构相互作用不仅指地震作用下土—结构动力相互作用,也指在煤矿采动过程中地基—基础—上部结构之间的协调变形作用),采取合理的保护措施来吸收或减缓地表的移动变形,提高建筑物自身的抗变形能力,消除开采沉陷变形对建筑物的危害。

虽然煤矿采动损害影响下建筑物保护理论取得了丰硕的研究成果(夏军武等,2007,2002; 郑玉莹等,2012; 谭志祥,2004),但是,对于煤矿采动损伤建筑的研究主要存在以下不足之处:(1)注重一般自然环境的研究,对于煤矿地面复杂工业环境(煤矿沉陷区)缺乏定量认识;(2)注重常规工业与民用建筑损伤劣化研究,对于煤矿地面建筑物严重损伤劣化程度缺乏定量的系统认识;(3)注重单一因素或少量因素作用的研究,对于地震作用下煤矿采动建筑的损伤劣化物理模拟试验和机理研究缺少系统性;(4)现有钢筋混凝土结构的可靠性评价理论注重一般自然环境,不能体现煤矿地面复杂环境(煤矿沉陷区)的特殊性(煤矿采动致灾、煤矿采动与地震联合致灾)及复杂性。

对煤矿采动区建筑物进行保护需要同时开展煤矿采动建筑物抗开采沉陷变形隔震保护体系的研究(刘书贤等,2013a,b,c,d,2014a,b,c,d,e,2015; 魏晓刚,2011,2015; 李海军等,2015),抗开采沉陷隔震保护的原则可概括为:在小于地震设计烈度或由于采动影响而引起的地表移动变形较小时,建筑物构件不开裂或仅产生微小变化; 当发生罕遇地震时或较大的地表移动变形时,允许建筑物在抗开采沉陷隔震保护体系的保护下,使抗开采沉陷隔震保护体系首先发生破坏,尽量保证建筑物的整体不被破坏。煤矿采动区建筑物抗开采沉陷隔震保护体系是针对地基变形进行建筑物保护设计的同时,还应考虑建筑物的抗震性能设计。建筑物的抗采动保护与抗地震保护是对立统一的,抗震设计和抗变形设计的共同点是提高建筑结构的抗变形能力(开采沉陷变形是长期缓慢的变形,地震则短时间的剧烈变形破坏)(魏晓刚,2011,2015)。

煤炭资源开采后所形成的地下洞室结构(煤矿采空区)在上覆岩层的自重应力作用下,煤矿采空区的岩层结构会逐渐产生弯曲、冒落、下沉甚至于破裂现象,在形成“弯曲带”、“冒落带”、“裂隙带”后(图4),煤矿采空区周围的围岩结构体系会形成暂时的稳定平衡状态(何国清,杨伦,1994)。随着煤炭资源的持续开采,岩层移动变形破坏的范围会不断扩大。在上覆岩层的自重应力作用下,煤矿采空区上覆岩层会不断的经历“失稳—稳定—再失稳—再稳定”的演化过程,此时煤矿采空区的空洞(隙)的岩层会逐渐压实,波及到地面就表现为地表沉陷。

图4 煤矿开采形成的三带
Fig.4 Three zones caused by mining subsidence

(1)地表下沉对地面建筑的损伤破坏

岩层的移动变形破坏波及地表,引起地表发生均匀下沉现象的时候,地面建筑一般只会产生整体下沉现象,此时由于地表几乎不对地面建筑产生附加应力,所以地面建筑的损伤破坏较小; 如果煤矿开采区域的地下水位较高时,地面建筑基础所处的环境则转变为潮湿的环境,容易引起基础强度降低,导致地面建筑破坏倒塌。

(2)地表倾斜对地面建筑的损伤破坏

煤矿开采引起的地表移动变形容易导致建筑物倾斜,此时地面建筑的重心及中心发生偏离而产生了倾覆力矩,倾覆力矩对地面建筑物所产生的附加应力是其损伤破坏的灾害源。

(3)地表曲率变形对地面建筑的损伤破坏

煤矿开采沉陷变形容易引起地表由初始的平面状态向曲面状态变化,进而破坏了建筑物基础底面及建筑物荷载之间的力学平衡状态(图5)。地表曲率变形分为正曲率变形和负曲率变形,底面建筑物在地表曲率变形的影响下,地基反力会发生应力重分布现象; 如果曲率变形对底面建筑所产生的附加应力(或剪力)超过了地面建筑的结构构件(尤其是基础)的承载能力极限状态,则容易引起地面建筑发生损伤破坏现象。

图5 地表曲率变形对建筑物的影响
(a)正曲率影响下的裂缝;(b)负曲率影响下的裂缝
Fig.5 Influence of surface curvature deformation on structure (a)cracks caused by positive curvature;(b)racks caused by negative curvature

煤矿采空区地表的移动变形主要可以分为水平变形、剪切变形以及扭转变形,煤矿采空区地面建筑物的损伤破坏多为以上几种变形的单独作用或者几种变形的耦合作用所引起,不同的变形所引发的建筑物破坏形式有所区别:水平变形容易引发建筑物的张拉破坏,尤其是在建筑物的门窗洞口等薄弱部位; 剪切变形容易引起建筑物的基础与上部结构发生相对错(转)动,继而引发建筑物的损伤破坏; 扭曲变形则会引发建筑物产生较大的附加应力,引起建筑物发生扭曲变形,影响其正常使用。

波兰主要是采用条带开采的方法来提高煤炭开采的回采率及控制地面下沉,在多年的工程实践之后波兰的条带开采方法的回采率在保证下沉系数为0.05～0.1时基本可以达到50%～60%; 波兰在开采完成后对于采空区的处理主要是采用密实水砂充填的方法来实现煤矿采空区的安全性(刘天泉,1986)。采用水砂充填方法进行填充煤矿采空区时要求砂子必须满足以下条件:保证压缩率为5%～6%时,要求含泥率≤10%～20%,此时采区地表的下沉系数约为0.1～0.15。英国在进行建筑物下采煤的时候,主要是采取房柱式的开采方法来保证每天的开采率以及合理的实现地面建筑物保护。德国曾经采用破碎后的煤矸石以及炉渣作为煤矿采空区的填充材料,以减缓地表的移动变形和减轻对建筑物的采动损害(英国煤炭局,1980)。波兰还曾经利用不同矿山之间的协调开采方法、全部回采不留煤柱的开采方法以尽可能的减小和控制煤矿采空区的移动变形,以达到保护地面建筑物的目的(刘天泉,1986)。

20世纪70、80年代,Sergeant(1992)曾先后分析研究了地下煤炭开采对地面公路、建筑物的损伤破坏,尤其是在公路下采煤及建筑物下伏采空区的区域采取合理的开采方法获得了大量有益的研究成果; Peng(1992)根据煤矿采空区复杂的工程地质条件,在前人研究的基础上提出了煤矿采空区建筑物尽可能采取对称结构,以保证可以及时的控制煤矿采动引起的开采沉陷变形对建筑物的损害; Begley等指出要控制煤矿采空区地表的水平变形和垂直变形可以通过采用Expansion Joints(膨胀接头)的保护方法来实现。德国的研究人员对于煤矿采动区建筑物的保护主要是采用弹簧来抵抗地表的移动变形以达到保护地面建筑的目的,但是其成本相对较高(克拉茨等,1984)。

与国外的三下采煤技术及建筑物保护相比,我国的煤矿采动区建筑物保护的研究工作开展相对较晚:牛宗涛(2008)基于矿山开采沉陷理论,通过对煤矿采动损害影响下的建筑破坏的实地考察,利用有限元数值软件对煤矿采动损害建筑进行数值模拟,并与实际采动损害现象进行了对比分析,提出了合理的煤矿采动建筑的抗变形加固措施; 夏军武等(2007,2002),郑玉莹等(2012)和谭志祥(2004)基于力学理论及矿山开采沉陷学,通过理论分析建立同时考虑上部建筑结构—条形基础—下部地基的协同力学模型,重点探讨了煤矿开采过程中上部建筑结构在适应地表移动变形的过程中结构内力的变化过程以及相应的影响因素,得到了由于地表移动变形导致煤矿采动建筑物所产生的附加内力的计算公式,在以上研究基础上,设计了安装在框架结构的主动抗变形支座装置,以保证建筑物可以适时适应地表的移动变形。

谭志祥和邓喀中(2004)通过理论研究发现地表移动变形对建筑物损伤破坏主要是以附加内力的方式对建筑物进行加载,在此基础上建立煤矿采动区建筑物上部结构—基础—地基的整体力学模型,并对地表移动变形对建筑物所产生的附加内力进行了计算; 查剑锋等(2005)在实验研究的基础上,通过对实验数据分析研究发现要实现煤矿采动区建筑物的保护,首先需要控制地表的移动变形,而离层注浆减沉技术则是控制地表沉陷比较理想的技术; 苏仲杰和刘文生(2001)根据煤矿采动所引起的地表移动变形及地面沉降,建立了煤矿采空区的上覆岩层产生离层的力学模型,对其覆岩离层的力学机理进行了深入全面的探讨研究,并对充填材料与上覆岩层相互作用的机理进行了总结,确定了合理的离层充填注浆设备(系统)。赵德深(2001)研究了煤矿采空区覆岩离层充填减沉机理,采用薄板小挠度方法重点分析了煤矿采空区的上覆岩层离层产生的机理及控制方法,所得的研究成果可以为控制煤矿采空区上覆岩层的离层产生及控制地表移动变形提供参考和借鉴; 苏仲杰(2001)针对煤矿采空区覆岩离层注浆控制地表移动变形尚不完善的问题,利用相似材料开采试验与数值模拟分析计算相结合的方法,重点研究了煤矿采空区上覆岩层离层发育机理、影响因素及控制方法,并将研究成果在矿区进行了实际应用; 杨逾(2007)针对矿区垮落带注岩层移动变形破断的问题,采用粉煤灰浆体对垮落带破碎岩体进行填充,并研究了充填后岩体的本构方程及移动变形的计算方法,并在邯郸矿区进行了工程应用。原煤炭科学研究总院通过大量的工业实验研究设计出了盒子房屋,该房屋不仅可以有效的抵御开采沉陷变形所引起的地表移动及沉降,并且可以实现随时搬迁,提高了建筑物的可利用性煤科总院唐山分院,徐州矿务局.1995.徐州庄矿大户群高潜水位就地重建村庄下采煤技术研究报告.; 段敬民(2005)根据煤矿采动所引起的地表沉降特点研制出了一种特殊的建筑物基础,该基础为可升降点式基础,可以较好的抵抗地基不均匀沉降,以达到保护煤矿采动区建筑物的目的。

煤矿采动区建筑物地基、基础与上部结构的相互作用与一般地区的建筑物三者之间的相互作用机理不同(夏军武等,2007,2002; 郑玉莹等,2012; 谭志祥,2004; 刘书贤等,2013a,b,2014a,b,c,d,e,2015; 魏晓刚,2011,2015; 李海军等,2015):地下煤炭开采所引起的地表移动变形,导致采动区建筑物地基变形。在煤炭开采过程中因为煤炭开采所产生的扰动效应导致地基土基本的物理性质和力学性能随着煤炭的开采而不断变化; 未采动建筑物的地基则由于开采沉陷变形的影响,再加之其上建筑筑物的自重会再不断加载到地基土上,导致地基产生应力重新分布的现象。采动区建筑地基—基础之间原来彼此相互连接或接触的状态,在地表发生移动变形后仍然部分或整体处于相互连接或接触。而现有采动区建筑物的设计计算中通常不考虑地基、基础与上部结构的相互作用,并且在结构的动力学性能计算时,往往将上部建筑结构视为绝对刚性体,同时将位移边界条件与力的边界条件进行转换(直接施加强迫位移),此时的计算所得的结果与实际之间相距甚远。

目前煤矿采动区建筑物抗开采沉陷变形抵抗地震保护中涉及到地基土—基础—上部结构之间相互作用关系的研究成果很少,并且主要存在以下不足(夏军武等,2007,2002; 郑玉莹等,2012; 谭志祥,2004; 刘书贤等,2013a,b,2014a,b,c,d,e,2015; 魏晓刚,2011,2015; 李海军等,2015; 于广云,2009):

(1)煤矿采动区地基土、基础与上部结构之间的相互作用的理论模型和动力学方程尚未建立,并且采动区地基土特有的内力变化过程:“地基土变形—基础切入—应力重新分布”这一过程现有理论不能较好的解释和阐述,即当地基土曲率变形逐渐增大时,建筑物基础的切入量也随之增大,目前对地基土、基础之间相互作用和影响的变形规律认识不充分,使得实际计算出来的地基土附加反力值与实际的监测值有较大的差别。

(2)由于地下煤炭开采所引起的开采沉陷变形,在引起将采动区建筑物地基反力实际上是不对称的,而现有的理论通常假设由于采动所引起的建筑物地基反力为绝对对称的,由此而造成理论计算的误差偏大。

(3)煤矿采动区地基土的曲率变形导致建筑物产生曲率变形,由于两者之间刚度的差异,从而使采动区建筑物存在着加载区和卸载区,可能出现嵌入区和悬空区; 但基础切入地基量尚无可实用的计算方法,嵌入区和悬空区的长度也难以确认。

(4)煤矿采动区建筑物地基、基础与上部结构之间的相互作用尚未进行深入研究:因为建筑物刚度对地基反力的和分布的影响很大。而现有的计算理论是基于采动区建筑物的变形与地基的移动变形同步的假定,即不考虑建筑物刚度的大小,均按照地表曲率变形值进行计算。

煤矿采空区岩层的移动变形与地震灾害对建筑物的破坏有所不同:煤矿开采引起的岩层移动变形是长期缓慢发展的变形,对建筑物的破坏也是随时间逐渐发展起来的; 地震灾害对建筑物的破坏则是短时间内剧烈的破坏,煤矿开采沉陷变形会导致建筑物产生一定的损伤破坏(次生损伤),该量级的次生损伤在强地震场作用下会逐渐累积、演化,这两种不同层次的损伤如何演化发展,目前尚没有清晰系统的理论。但是煤矿采动损害与地震灾害对建筑物的损伤破坏具有相同(通)之处:二者对建筑物的荷载传递途径都是通过“场地—基础—上部结构”来实现对建筑物的损伤破坏,并且建筑物的破坏过程中都伴随着建筑物的损伤和能量的耗散演化,因此可以根据损伤力学及能量理论,通过分析其荷载传递途径来建立煤矿采动损害以及地震灾害对建筑物损伤破坏的内在联系。

采煤沉陷区由于岩层的移动变形破断导致其岩层环境相对要复杂些,所以当煤矿采空区发生地震时,地震波在煤矿采空区的传播更为复杂:不仅需要考虑地震波从基岩部分传播入射到煤矿采空区底部,同时也要考虑在煤矿采空区可能会出现多个迎波边界,并且在煤矿采空区不同位置的波动情况差别较大。综上可知,煤矿采空区的破断岩层属于松散介质,其介质的不均匀性及局部几何的不规则性对地震波的传播影响均较大,需要采取合理的计算方法对其进行研究。图6为煤矿采空区发生地震时的地震波传播示意图。

图6 煤矿采空区地震波传播示意
Fig.6 Sketch of propagate of incident seismic waves in mining areas

国外关于建筑物下采煤技术及煤矿采动区建筑物保护等方面的研究工作开展的相对较早,其中德国是最早开始煤矿采动区建筑物保护相关理论及技术的研究,克拉茨(1984)撰写的专著《采动损害及其防护》成为德国建筑物下采煤技术发展的标志性里程碑; 波兰、前苏联在煤炭条带开采技术方面做出了巨大的贡献; 英国和日本曾经对建筑物下的煤炭资源采用房柱式开采方法进行开采。

由于煤矿采动区建筑物保护问题属于三下采煤(建筑物下、水体下、道路与铁路下)领域,所以在国内关于煤矿采空区建筑物保护的研究,主要以煤炭院校为核心骨干研究力量; 在国家自然科学基金的支持下(表1),煤矿采动区建筑保护方面的研究得到了长足发展。

原煤炭科学技术研究总院唐山分院的崔继宪研究员较早开始进行关于煤矿采动区建筑的抵抗地表移动变形及抵抗地震的双重保护研究,是该方面研究的开拓者,之后在中国矿业大学、青岛

表1 煤矿采动区建筑物保护方面的部分国家自然科学基金
Tab.1 Partial National Natural Science Foundation of China about protection of buildings in coal mining area

理工大学、河南理工大学、辽宁工程技术大学以及大连大学等学者相继开始了该方向的研究工作。

目前在中国的高等院校及研究所(表2)先后形成了以中国矿业大学夏军武教授、袁迎曙教授、于广云教授为代表的江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室,该实验室明确提出以开展建筑物抵抗地表移动变形和抗地震的双重保护研究为该实验室的重点研究方向; 在辽宁工程技术大学形成了以刘文生教授、苏仲杰教授及杨逾教授为代表的以研究矿山开采损害防护为研究特色的辽宁省矿山沉陷灾害防治实验室,其中该校的刘书贤教授也开展了煤矿采动区建筑物地震灾变防护相关的研究工作,王来贵教授所带领的科研团队主要在煤矿采动损伤地层的稳定性及演化灾变方面开展了大量的研究工作; 在青岛理工大学则形成了以于广明教授、王谦源教授为代表的以从事地下开挖损害鉴定、地表沉陷与工程效应研究的山东省岩体损害防护与地表沉陷治理工程技术研究中心和青岛理工大学矿山充填技术与地压控制研究所; 在大连大学形成了以麻凤海教授为代表的以研究矿山开采沉陷变形及地下结构系

表2 国内开展煤矿采动建筑保护的重点实验室
Tab.1 Key laboratory of China about protection of buildings in coal mining area

统稳定为特色的辽宁省复杂结构系统灾害预测与防治实验室; 在河南理工大学则形成了以郭文兵教授为学术带头人的煤矿采动损害与保护河南省创新型科技团队; 在西安科技大学形成了以伍永平教授为实验室主任的陕西省岩层控制重点实验室; 山东科技大学、安徽理工大学及煤炭科学技术研究院有限公司(尤其是唐山分院)也进行了煤矿采动损害防护的大量研究工作。

当煤矿采空区隶属于地震区时,煤矿采动区建筑物需要同时承受煤矿采动损害引起的开采沉陷变形作用及地震的动力破坏作用。目前国内的专家学者关于煤矿采动区建筑物的抵抗开采沉陷变形和抵抗地震动的研究已经开展了一些研究工作:夏军武等(2007,2002)、郑玉莹等(2012)、谭志祥(2004)通过对煤矿采动区框架结构抗震性能的研究,指出了在对煤矿采动区建筑物进行设计时,需要同时考虑煤矿采动损害与地震对建筑物的破坏作用; 中国矿业大学的夏军武先后主持了国家自然科学基金项目《采动区桥体结构整体稳定机理研究》、《采动区框架结构建筑物整体稳定机理研究》以及教育部跨世纪人才基金项目《采动区多层建筑物稳定机理研究》,在国家自然科学基金的支持下得到了许多重要研究成果(夏军武等,2007,2002; 郑玉莹等,2012; 谭志祥,2004):根据煤矿采动区扰动土的破坏实验,综合考虑煤矿采动区地基土与上部框架结构之间的相互作用,建立了同时考虑煤矿采动区上部框架结构—独立基础—地基土的协调变形统一体的理论模型,该理论分析模型综合考虑了煤炭开采过程中所引起的地表移动变形的动态变化过程,指出了煤矿开采沉陷变形与煤矿采动建筑物的附加内力的关系,推导建立了煤矿采动区框架结构的附加(变形)内力的理论计算公式,并设计出了安装在框架结构的主动抗变形支座装置; 通过分析影响煤矿采动区框架结构建筑物整体稳定性的因素,探讨了开采沉陷变形影响下的煤矿采动区框架结构建筑物的极限能力,初步得到了煤矿采动区框架结构的抗地表移动变形的保护措施。常虹(2013)通过理论分析、试验研究、数值模拟与现场调研应用相结合的研究方法,重点研究了煤矿采动区水闸结构损伤破坏过程,在综合考虑煤矿采动区水闸结构与地基土(协调变形)相互作用的基础上,提出了对已破坏水闸结构合理化的加固设计方案以及煤矿采动区新建抗变形水闸的设计建议; 孙冬明(2010)通过建立煤矿采动区输电塔—线的整体有限元模型,根据地下采煤工作面的推进方向与输电塔导线走向的不同,重点研究了煤矿采动区输电塔-线的内力变化,同时给出煤矿采动区输电塔的安全评价,为煤矿采动区输电塔—线体系的加固提供参考。

在国家自然科学基金的支持下,路世豹老师完成了科研项目《地震区煤矿采动建筑物双重保护的基础理论研究》的研究工作,该项目主要研究煤矿采空区地表移动变形对建筑物的损害在地震作用下的破坏倒塌机制(井征博等,2011),初步揭示了煤矿采动损害影响下的建筑物损伤演化规律以及地震作用下的灾变过程,但是并没有较好的解释煤矿开采沉陷变形以及地震这两种截然不同的灾害荷载是如何影响和破坏建筑物,如何构建搭接这两种灾害荷载对建筑物损伤破坏的桥梁。井征博(2010)利用有限元数值计算软件ANSYS建立了钢筋混凝土框架—剪力墙结构,采用沉降的方法来模拟地表的移动变形,初步得到了钢筋混凝土框架—剪力墙结构在同时考虑煤矿采动与地震荷载效应下的损伤破坏过程,但在没有考虑地基土对结构的影响,所得到的结果是偏于安全的; 吴艳霞(2012)根据青岛地区地铁施工的工程背景,研究了地下地铁隧道结构施工过程中引起的地面沉降对建筑物的损伤破坏,采用模糊数学的分析方法对地铁上方建筑物的安全防护等级进行了判断,提出了适用于适合青岛滨海地区地铁隧道结构上方建筑物损伤评判标准; 周长海(2010)利用SAP2000软件研究了沉降荷载和地震荷载作用下建筑物的内力响应,重点分析了结构塑性铰的形成发展过程; 但是由于SAP2000较好的结构的弹性力学行为,不能较好的实现结构的塑性力学行为,容易造成数据误差; 张春礼(2009)基于ANSYS软件建立了钢筋混凝土框架结构,通过分析煤矿采动与地震灾害荷载双重作用下框架结构的力学响应及塑性铰发展,指出对于煤矿采动区建筑物而言必须考虑建筑的抗采动设计和抗震设计; 杨鑫欣(2011)通过ANSYS软件建立了高层框架结构,重点研究了煤矿采动损害与地震联合作用下位移的时程曲线,并初步进行了结构损伤评估工作。

于广云(2009)以淮南矿区为工程背景,重点研究了煤矿采动区大变形影响下的土体物理力学性能的变化规律,提出了煤矿采动扰动率的概念,为煤矿采动区建造抗变形建筑以及加固设计提供参考; 段敬民(1998)通过建立煤矿沉陷区的建筑物—基础—地基共同作用协调变形的整体力学模型,分析了煤炭开采过程中对建筑物所产生的附加作用力,提出了可移动及升降点式基础的煤矿采动建筑物的保护方法,为煤矿沉陷区的建筑物的抗震加固提供参考和借鉴; 谭志祥(2004)采用现场调研、试验研究、理论分析与数值模拟相结合的方法建立煤矿采动区的建筑物—基础—地基协调变形的整体力学模型,分析了地表移动变形影响下不同参数变化所导致的煤矿采动建筑物附加应力的变化趋势,并提出了煤矿采动裂缝角的概念及其煤矿采动建筑破坏等级评判标准及保护措施; 张永波(2005)针对煤矿老采空区建筑物地基稳定性不足的问题,通过分析煤矿采空区上覆岩层、采矿工程的设计参数以及建筑物的自重荷载,通过现场工业实验重点研究了煤矿老采空区建筑损伤破坏及地基失稳机理,可以为煤矿老采空区建筑物加固处理及设计提供参考。刘书贤等(2010,2011a,b)通过深入矿区实地考察煤矿采动损害现场,采用理论分析与数值计算相结合的方法研究了煤矿采动损害荷载与地震灾害荷载联合作用下建筑物灾变过程,重点探讨了两种灾害联合作用下建筑物的内力响应,建立了煤矿采动区建筑物的抗震抗变形双重保护装置,并进行了考虑土—结构相互作用的煤矿采动建筑抗震抗变形双重保护装置的减震性能的研究工作,但是没有指出如何将煤矿采动损害与地震荷载对建筑物的损伤破坏联系起来; 刘书贤等(2014b)从能量角度分析了建立煤矿采动建筑的地震灾变演化过程,指出了可以从能量角度分析建筑物的煤矿采动损伤与地震损伤。

目前对于煤矿采空区岩层移动变形的控制及煤矿采动建筑物的抵抗地表变形技术已经取得了丰硕的研究成果,但是对于煤矿采动损伤建筑在地震作用下的灾变演化机理及控制尚存在着不足,尤其是考虑煤矿采动区建筑同时抵抗地表移动变形(长期的变形)和抵抗地震动的大变形(短时间内的变形)相关的研究尚不完善,尤其是如何建立建筑物的煤矿采动损伤与地震损伤的内在联系,这是研究煤矿采动损伤建筑抗震性能劣化的核心和关键问题,通过合理的方法建立煤矿采动损害与地震损害联系的桥梁与纽带是研究地震区煤矿采动建筑抗震性能迫切需要解决的学术问题。