黄土节理力学性质对地表开采沉陷的影响研究

发布时间：2020-03-13 01:33

【摘要】：垂直节理在黄土层中发育极为普遍,是黄土的主要特征之一,与之相关的力学性质研究业已广泛开展。通过采用AutoCAD、Ansys、FLAC~(3D)联合建模的方法,构建了黄土地区近水平煤层开采沉陷遍布节理模型,以大贝峁煤矿为研究区域,开展了地表开采沉陷背景下黄土及其垂直节理在受挤压、受拉、抗剪与塑性破坏状态的模拟研究,剖析了黄土含水量变动引发的黄土节理力学参数的变化机理,建立了含水量与抗剪强度的数值映射关系,进而得出由含水量变动引发的黄土节理抗剪强度与剪胀性的协调变动机制。研究表明:黄土节理的性状对整体黄土覆盖层沉陷的影响显著;而含水量作为改变黄土性状的重要驱动因素,直接引发其抗剪强度与剪胀性按照特定机制协调变化,从而影响地面沉陷结果。
【图文】：

侵担囡酜蚴?岩土体中节理的存在会助长其剪胀特性。表3数据将根据运算结果进行适时调整，建立一组力学参数数据与计算结果值之间的映射关系。3结果与分析3.1开采区M－C与U－J模型3.1.1M－C模型分析对大贝峁煤矿做过的调查、监测与预计工作显示:主采煤层5－1煤层可采厚度1.48～4.00m，平均3.46m，采用长臂式采煤法采煤，全部垮落法管理顶板，采煤可造成地面不同程度的塌陷，最大值可达2.40m。模型中回采工作面200m，开切眼X=350m，，掌子面X=550m，一次性全部开采，垮落法管理顶板，计算结果导出借助tecplot绘制，如图2所示。图2沉陷盆地M－C模型垂直位移等值线图Fig．2ContourmapofthesubsidencebasinM-Cmodelverticaldisplacement计算结果显示:①工作面回采煤层厚度为3.32m，地表最大下沉值为2.39m，即下沉系数0.719，与煤矿基于实测数据结合概率积分法预计的开采沉陷最大值基本一致;②回采煤层后，模型顶板已与底板相接触，实现了顶板全陷的最终过程，盆地呈“盘”形，表示沉陷盆地已经进入超充分采动阶段;③煤矿基于实际数据的沉陷预计参数中主要影响角正切值为2.21，模型中根据地表10mm下沉值［20］作为界线所求得的主要影响角正切值为2.36，相差仅0.15，即相差6.36%，由反正切函数求得角度值相差1.385°，即相差2.07%。结合以上3点，煤层开采所形成的沉陷盆地当下沉系数、主要影响角正切与开采条件相同的情况下，根据概率积分法相关理论与公式可知，所形成的沉陷盆地形态相同，即该模型可基本展现大贝峁煤矿顶板岩土体的变形特征。大贝峁煤矿的采深采厚比为6～25＜30，其将会对地表造成严重破坏，沉陷盆地随工作面推进将会很快进入充分采动阶段。3.1.2U－J模型分析按照表3中初始力学参数进行计算，结果如图3

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本文编号：2586664