黄土沟壑区沟谷坡度对采动裂缝发育规律的影响

为了研究黄土沟壑区开采时,沟谷坡度对采动引起的滑动型地裂缝发育规律的影响,以神东矿区采矿地质条件为基础,采用UDEC数值模拟软件分析研究了滑动型地裂缝在不同沟谷坡度情况下的裂缝距、裂缝角和坡度关系,得到了不同沟谷坡度下的滑动型地裂缝的裂缝距和裂缝角。结果表明:在黄土沟壑区开采时,滑动型裂缝的裂缝距和裂缝角与沟谷坡度呈二次多项式关系;随着沟谷坡度的增大,裂缝距先增大后减小,裂缝角先减小后增大;对它们的关系式求极限得滑动型裂缝距和裂缝角达到极值时对应的沟谷坡度;滑动型地裂缝对煤矿安全和生态都会造成一定的危害,针对此问题提出了一些治理措施。

沟谷地形对高填方拱涵涵周土压力影响研究

沟谷地形下高填方涵洞土压力分布规律较为复杂,不同沟谷地形下涵周土压力分布规律与上埋式涵洞差异显著。为探明沟谷地形对高填方拱涵涵周土压力的影响,采用离心模型试验与数值模拟方法,建立了地形-涵洞-填土的相互作用模型,分析了不同沟谷宽度B、沟谷坡度α下的拱涵涵周土压力及涵顶土压集中系数K_(s)的分布规律,并与最新涵洞设计规范进行了对比,阐述了沟谷地形下高填方拱涵土压力形成机制。研究表明:(1)沟谷宽度B对涵顶土压力集中系数K_(s)影响显著,沟谷宽度B为4D~6D,D为拱涵的净跨径,涵顶土压力集中系数K_(s)增幅较大;(2)沟谷宽度B小于4D时,可发挥沟谷地形对涵洞的减载作用;(3)沟谷坡度α在45°~60°时,涵顶土压力及其K_(s)变化最显著;(4)填土高度为20m,α>70°时,K_(s)≤1。填土高度为40m,α>50°时,K_(s)≤1;(5)我国最新涵洞设计规范推荐的K_(s)与离心模型试验、数值模拟规律存在一定差异,当α=45°时,沟谷宽度B较小时,规范的涵顶土压力集中系数K_(s)较为保守;(6)沟谷地形下高填方拱涵K_(s)与拱顶压密区、等压面的形成有关。拱顶压密区可引起拱涵涵顶土压力集中,并引起压密区周边土体的竖向土压力呈拱形分布。在接近地表一定深度处,拱形分布逐渐向水平分布过渡,从而形成等压面。等压面上部荷载将分散于沟谷坡体,故可发挥沟谷地形的卸荷效应。

基于UDEC数值模拟的滑动型地裂缝发育规律

为了研究西部黄土沟壑矿区煤炭资源开采引起的滑动型地裂缝发育规律,首先给出了滑动型地裂缝的定义和基本特征,提出了滑动型裂缝距和裂缝角的概念;采用UDEC数值模拟软件,分别建立了滑动型地裂缝动态发育模型、沟谷坡度模型、沟谷位置模型,分析了开采引起滑动型裂缝的动态发育规律,研究了滑动型地裂缝发育位置与沟谷之间的关系,并以大柳塔煤矿52304工作面为例,验证了模型的可靠性。研究表明:1滑动型地裂缝的发育分为累积期、形成期、动态发展期、稳定期4个阶段;2滑动型地裂缝发育位置与沟谷之间的关系模型为:滑动型裂缝角与沟谷坡度之间存在二次多项式关系,与沟谷位置之间存在线性关系;3工程实例表明,裂缝角的计算值与实测值之间的最大相对误差为3.4%,使用该模型进行滑动型地裂缝发育位置进行预测是可行的。