黄土矿区开采沉陷引起的土体性质变化研究

摘要

西部黄土高原及其过渡地带是中国主要的煤炭生产基地之一。黄土矿区环境地质条件复杂、沟壑纵横，土层厚度占开采深度的30-70%。多年来，地下大规模采煤已引起严重的地表沉陷及地裂缝、土坡坍塌、山体滑坡等衍生地质灾害。研究地下开采与上覆岩层扰动引起的地表黄土层特性变化，对于揭示黄土矿区开采沉陷与衍生地质灾害的发生机理，促进西部矿区地面防灾、减灾及煤矿安全生产具有重要的意义。黄土覆盖矿区的表土层具有显著的结构特征和一定的湿陷性，其本身的物理力学特性不同于中、东部矿区的粘土层，厚黄土层在开采沉陷过程中对下覆基岩产生动态荷载效应，导致黄土矿区的开采沉陷规律具有特殊性。本文在目前黄土矿区开采沉陷研究成果的基础上，依据典型黄土沟壑区开采沉陷实测资料，分析了黄土矿区地表移动变形的基本特征。以彬长燕家河煤矿开采工作面地质采矿条件建立实验模型，采用FLAC数值模拟计算、相似材料模拟实验、土力学理论等方法，研究了采动土体单元的体积变形和附加变形分布特征；分析了采动黄土层的剪切破坏机理和地表开采裂缝的形成机理：重点揭示了黄土层自重对基岩开采沉陷的荷载效应、土层与基岩层在开采沉陷中的互馈作用机理，以及地形坡度变化对于地表变形特征的影响。在开采沉陷区域进行现场取样，以土体干密度变化表示开采沉陷对土体扰动的程度，通过土工实验获取多组不同扰动程度的黄土试样的物理力学指标，建立土体干密度指标与土体物理力学参数变化的关系，揭示了开采沉陷与土体变形引起的土体物理力学参数变化，为黄土矿区滑坡治理、灾害预警提供技术支持。

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1绪论

1.1选题的背景及研究意义

1.1.1选题背景

1.1.2研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1地表变形破坏机理研究现状

1.2.2开采扰动土性质及变形国内外研究现状

1.3主要研究内容及技术路线

1.3.1研究主要内容

1.3.2技术路线

2黄土矿区地表移动变形的基本特征

2.1典型黄土矿区概况

2.1.1矿区位置及自然地理条件

2.1.2矿区工作面概况

2.1.3地层结构及说明

2.2 地表移动变形规律

2.2.1地表移动观测

2.2.2 采动区地表移动变形特征分析

2.3开采沉陷引起的黄土层地表裂缝分析

2.4本章小结

本章对燕家河煤矿8211工作面地表移动观测站倾向观测线，水平变形曲线进行分析，得出典型黄土矿区的地表

3开采沉陷引起的黄土层变形及破坏机理

3.1模拟实验

3.1.1 相似材料模拟实验

3.1.2 单元土体体积变形

3.2数值模拟

3.2.1 建立模型

3.2.2黄土层对基岩开采沉陷的荷载效应

3.2.3基岩沉陷引起的黄土层附加变形

3.2.4 开采充分程度对黄土层和基岩沉陷的影响

3.2.5坡度变化对变形特征的影响

3.3本章小结

4开采沉陷区黄土物理力学参数变化特征

4.1 开采沉陷引起物理力学参数变化机理

4.2 取土场地工程概况

4.3 试验内容及试验方法

4.4 试验数据处理与分析

4.4.1 试验数据处理

4.4.2 黄土密度变化对斜坡稳定性分析

4.4.3 土体密度变化分析

4.4.4 土体力学参数变化分析

4.4.5 土体干密度变化与力学参数关系

4.5本章小结

5结论与展望

5.1主要结论

5.2展望

致谢

参考文献