煤系逆断层发育过程及上盘岩层应力演化规律试验研究

发布时间：2024-04-15 02:21

　　基于逆断层形成的地质及力学成因,研制了煤系地层逆断层发育地质力学试验系统,利用该试验系统研究了逆断层发育过程及上盘岩层应力变形演化规律。结果表明:该系统可模拟煤系地层中逆断层发育过程,从而更加真实地反映近断层附近煤层初始应力分布规律,设置的断层诱发装置可准确控制逆断层起裂位置,逆断层倾角主要取决于岩层性质,落差主要取决于水平应力;煤系地层中逆断层发育过程可分为岩层压缩、局部起裂、逆断层贯通和上下盘错动滑移4个阶段;逆断层形成初期,断层附近区域上盘岩层自下而上水平应力增长幅值呈现单调递减趋势,逆断层基底起裂后,岩层内部水平应力开始下降,断层附近区域上盘岩层自上而下水平应力下降幅度均增大,越靠近断层,水平应力下降速率及幅度越大,其中距模型底部5 cm岩层且距断层右侧12 cm和2 cm处水平应力较峰值降低0.05,0.08 MPa;随着断层不断发育,模型内部水平应力下降速率减缓,上下盘滑动停止后,距模型底部5cm岩层水平应力仍比原始应力大0.01MPa,上盘下部岩层仍具有一定程度的构造应力。

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【部分图文】：

图1逆断层形成的应力状态[23]

Anderson理论认为：在地面以下一定深度内，3个主应力中必有一个应力轴和地面垂直，其余2个主应力在水平方向[23]。逆断层形成时最大主应力为水平应力，而最小主应力为垂向应力，即上覆岩层重力[24]，如图1所示。1.2试验系统组成

图2煤系地层逆断层发育地质力学试验系统

课题组根据逆断层形成的地质力学成因，考虑煤系地层断层特征，研制了煤系地层逆断层发育地质力学试验系统，如图2所示。该试验系统主要包括三大部分：逆断层形成过程模拟试验台、应力监测系统和位移监测系统。该试验系统具有以下特点：采用丝杠进行侧向加载，可以实现位移加载，并在断层发育过程中有效....

图3逆断层形成过程模拟试验台

逆断层形成过程模拟试验台如图3所示。在试验台研制过程中，如果模型过大，将使得侧向应力施加较为困难，逆断层发育过程也难以控制。考虑到实验的可操作性，试验台有效尺寸设计为：长×宽×高=800mm×300mm×500mm。试验台主要包括：水平加载装置、底部收缩装置、前后挡板、前后....

图4逆断层形成模拟过程力学模型

图4是逆断层形成模拟过程力学模型，通过水平加载系统对岩层一侧进行加载，岩层产生压缩变形；在底部收缩装置作用下，下部岩层率先收缩变形进而导致岩层出现向上运动趋势；由于断层诱发装置的作用，底部岩层出现应力集中，进而发生剪切破坏，直至形成断裂面；随后，断裂面两盘岩层发生错动滑移，最终形....

本文编号：3955586