厚冲积层下地表沉陷与变形预计的新方法

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1、厚冲积层下地表沉陷与变形预计的新方法①张向东　赵瀛华　刘世君摘　要　　在厚冲积层下，地表沉陷与移动有自身的特点和变形规律，这些规律由上覆基岩和冲积层的综合影响所决定。在将冲积层视为随机介质，而将基岩看成是粘弹性基础上的粘弹性梁的基础上，建立了地表沉陷与变形预计的新方法及计算公式。通过实例分析，证明该方法比较符合实际。关键词　岩层移动　地表沉陷　随机介质理论中图法分类号　TD823.83ANEWMETHODOFCALCULATINGSURFACESUBSIDENCEANDDEFORMATIONSU

2、NDERTHICKALLUVIALSOILZhangXiangdong,ZhaoYinghuaandLiuShijunLiaoningTechnologyUniversity,Fuxin123000,P.R.ChinaABSTRACT　Inconditionofminingunderthickalluvialsoil,thesurfacesubsidenceanddeformationshavedistinctivecharacteristicsanddevelopingregularitywh

3、icharedecidedbythebedrockandquaternaryalluvialsoil.Basedonthealluvialsoilregardedasrandommediumandthebedrocklookeduponasviscoelasticitybeamontheviscoelasticityfoundation,thenewmethodandcalculationequationsweresetupforpredictingandcalculatingsurfacesu

4、bsidenceanddeformations.Bymeansofexample,thenewmethodhasbeenprovedbeinginagreementwellwiththeactualsituation.Keywords　stratamovement　surfacesubsidence　randommediumtheory　　在建筑物下、铁路下、水体下和岩溶水体上开采，是目前国内外许多矿山经常遇到的技术问题。为了提高矿产资源利用率，增加投资效益，人们早就开始了“三下”、“一上”开采

5、的实践，并对其引起的岩层移动和地表沉陷进行了深入的理论研究［1-9］。但某些特殊地质条件下的地表移动规律还研究得不够，其中厚冲积层条件下岩层及地表移动规律是目前研究的主要问题之一。在厚冲积层下，地表移动具有下沉系数偏大(一般均在0.8以上)、水平移动系数较大、和拐点偏距较小等特点，有其自身的变化规律。本文采用两种介质模型，将冲积层视为随机介质，而将基岩看成是粘弹性基础上的粘弹性梁，从而建立了地表沉陷与变形预计的新方法及计算公式，对“三下”开采有重要的指导意义。1　地表沉陷计算模型　　长期的理论研

6、究和生产实践均表明，岩层移动和地表沉陷是一个复杂的时空发展过程，并与上覆岩层的性质密切相关。在厚冲积层条件下，地表沉陷将由上覆基岩和冲积层的综合影响所决定。　　以往人们在研究地表移动与变形等问题时，为了方便，常将上覆岩层过度简化，或是看作单一的松散介质，或是看成纯粹的弹性介质。本文采用两种介质模型，将冲积层看成是随机介质，而将基岩看成是粘弹性基础上的粘弹性梁。地下开采首先使基岩下沉，并在基岩与冲积层交接面上形成下沉盆地，这一下沉盆地可以认为是采空区向上传播的结果。基岩面的下沉相当于形成了新的“采

7、空区”，该“采空区”的范围及剖面形式由岩梁下沉曲线所确定。由于将冲积层视为随机介质，便可根据“单元开采”的影响函数和迭加原理推导地表的下沉曲线方程，其计算模型如图1所示。图1　地表下沉计算模型Fig.1　Computationmodelofsurfacesubsidence1—Walloforebody；2—Recoveryelement；W0—Greatestvalueofsubsidenceonsurfaceofbedrock；HJ—Thicknessofbedrock；h—Thicknes

8、sofalluvialsoil2　地表沉陷与变形计算公式　　岩梁下沉曲线的形式为［1］：　　　　　　　　　　　(1)　　鉴于厚冲积层盆地边缘收敛较慢，中国矿业大学的王金庄、周雄等人建议选择双曲函数作为单元开采的影响函数，即：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2)式中　sech(s)为双曲正割函数，即　　　　根据叠加原理，可得地表任意点A的下沉为：　　　　　　　　　　　　　　　(3)　　将式(1)和式(2)代入式(3)可得：　　　　　　　　　　　　　(4)　　令则有