断裂错动引起上覆土体的破裂效应研究

为了进一步完善断裂引起地表破裂效应的理论,在模型试验的基础上,首先研究了厚度相同的同一均质土体在密度不同的情况下,土体对基岩逆断裂错动的吸收效应,导出了不同密度土体,吸收量随土体厚度、基岩错动量的变化关系式;进而研究地表的破裂效应,确定了断裂引起地表错动量的估算模型;最后经工程实例验证,表明此模型有一定的实际应用价值和理论研究意义。

隐伏正断层错动引发上覆土体破裂过程的三维数值模拟

通过建立三维数值模型,对隐伏正断层在均匀错动和倾斜错动方式下土体的破裂过程进行研究。利用应力罗德参数和等效塑性应变分别对断层错动过程中上覆土体的应力状态和破坏形式进行分析,并提出土体破裂的判别方法。通过对数值模拟结果的分析得到以下结论:(1)在断层错动过程中,下盘一侧受断层错动影响的上覆土体的应力状态经压剪→纯剪→拉剪逐渐变化,而上盘一侧上覆土体的应力状态变化较为复杂,经压剪→纯剪→拉剪→纯剪→压剪重复变化;(2)在断层均匀错动过程中,断层下盘一侧土体的破裂率先出现在地表拉剪区内,随错动量的增大,破裂带向两侧、向深部扩展;同时,下盘一侧土体的底部产生破坏,并斜向上扩展,逐渐与顶部破裂相连;(3)在断层倾斜错动过程中,地表破裂出现的位置和上覆土体的厚度有关。对于厚度较大的土体,正断层倾斜错动能够在地表形成与断层走向有一定夹角、且与断层长度相比长度很短的地表破裂或地裂缝,而数值模拟可对正断层错动导致的地表破裂的模式加以补充,为研究地裂缝的形成机理和分布形式提供依据。

隐伏走滑断层错动致上覆土体破裂过程的研究

通过建立三维数值模型,对隐伏走滑断层错动引发上覆土体的破裂过程进行了研究。利用应力Lode参数和等效塑性应变分别对断层错动过程中上覆土体的应力状态和破裂过程进行了分析,得到以下结论:在走滑断层错动过程中,地表土体应力状态从压缩→压剪→纯剪→拉剪→拉伸→拉剪→纯剪发生变化,随上覆土体埋深的增大,从压剪过度到拉剪应力状态,需要更大的断层位错量。对于相同的断层位错量,地表土体比埋深较大的土体产生更大等效塑性应变,因而地表土体先出现破坏变形。走滑断层的错动诱发地表土体出现“雁列式”破裂带,该破裂带与断层走向有一定夹角且向深部发展有限。

边坡滑移影响下膨胀性土质隧道上覆土体塌方过程分析

膨胀性土质条件下的隧道工程建设往往施工难度大,安全风险高。通过对一膨胀性土质隧道建设过程中上覆土体力学性质与地质情况的分析,采用通用离散元软件UDEC数值模拟了边坡滑移影响下上覆土体塌方的全过程,从位移、应力分布及破坏方式等方面分析了隧道塌方机制,模拟结果与现场真实情况吻合较好,并提出了针对性的防治建议。

煤层地下开采地表沉陷预测的边值方法

采空区上覆岩、土体对地表沉陷的耦合行为可归结为弹性理论的边值问题,由不同性状松散表土层确定的应力边界和岩、土体之间形成的位移边界构成了相应边值问题的定解条件。在已有研究成果的基础上,提出了地表下沉预测研究的边值提法,以探讨地下开采引起的地表沉陷规律。给出了采空区上覆表土层内任一点的位移和地表下沉的计算公式,确定了地表沉陷的范围,并以神东矿区大柳塔1203工作面开采引发的地表沉陷为例给出了工程实例。研究结果表明,采空区上覆岩体对地表及表土层内任一点下沉的影响取决于上部岩层破断后的结构形态;采空区上覆土体对地表下沉量的作用与土体性质及表土层厚度有关,土体对表土层下沉的影响由下而上增大,呈非线性变化,至地表达最大值;地表沉陷区域随表土层厚度的增加而增大,其影响范围远大于采空区。