逆断层倾角对断层两侧巷道围岩稳定性的影响

发布时间：2019-07-26 09:02

【摘要】：运用UDEC数值模拟软件,建立40°、60°、80°3种倾角的逆断层模型。通过分析巷道围岩塑性破坏特征、顶底板和两帮的移近量以及围岩垂直应力分布特征,研究逆断层倾角和上下盘关系对两侧巷道围岩稳定性的影响。研究结果表明:巷道在逆断层上盘时,随断层倾角增大,围岩稳定性有降低的趋势;若巷道布置在逆断层下盘,断层倾角为60°时巷道围岩稳定性最差;若巷道布置在逆断层下盘,则顶底板移近量均小于在上盘时,而围岩塑性区范围、两帮移近量和巷道两侧应力的集中程度大于上盘,且断层倾角越大差值越大。
【图文】：

1岩层物理力学参数Table1Physicalandmechanicalparametersofrocklayers岩性厚度/m密度/(kg/m3)体积模量/GPa剪切模量/GPa黏结力/MPa抗拉强度/MPa摩擦角/(°)粉砂岩5.5253013.47.61.46.831细砂岩5.5330035.419.64.86.435泥岩623601072.43.523粗砂岩5.533002315.24.46.831煤61350631.21.020泥岩523601072.43.523粉砂岩9.5253013.47.61.43.5232逆断层倾角对上盘巷道围岩稳定性的影响2.1上盘巷道围岩塑性破坏特征分析当巷道位于逆断层上盘时，巷道两侧及顶底板塑性破坏区域如图1所示，塑性破坏范围见表2。从图1可以看出:逆断层上盘巷道开挖后，上覆岩层在沿断层滑动的趋势影响下，对顶板及两帮会形成一定的挤压。由于断层倾角不同，对顶板及两帮的挤压情况也不同。通过表2发现:当逆断层倾角增大时，巷道顶板的塑性区范围增大，由4m增至10m，两帮的塑性区范围减小，分别由11m和10m减至7.5m;而底板的塑性区范围几乎不变。图1不同逆断层倾角时上盘巷道塑性区破坏图Fig.1Plasticdestructionzoneoftheupperroadwayofreversesfaultswithdifferentangles表2逆断层倾角对上盘巷道塑性破坏影响范围Table2Effectscopeofthereversefaultsangleontheplasticdestructionofupperroadway倾角/(°)塑性区范围/m顶板底板远断层帮近断层帮404511106065910801057.57.52.2上盘巷道围岩移近量特征分析通过位移监测，得知当巷道位于逆断层上盘时顶底板及两帮的移近情况，见表3。表3逆断层倾角对上盘巷道移近量影响范围Table3Effectscopeofthereversefaultsangleonthedisplacementofupperroadway倾角/(°)移近量/mm顶板底板远断层帮近断层帮4080240180210601402301801808018020017

2.3上盘巷道围岩应力分布特征分析当巷道位于逆断层上盘时，巷道的围岩垂直应力分布情况如图2所示。图2不同逆断层倾角时上盘巷道垂直应力分布云图Fig.2Verticalstressdistributionnephogramoftheupperroadwayofthereversefaultswithdifferentangles通过对比分析图2，可以看出:在巷道右侧，断层带内垂直应力明显低于两侧，断层阻隔效应明显。此外，在底板中紧靠断层左侧处，有明显的应力集中情况，应力集中程度随倾角增大而增大。模拟过程中，在巷道两侧设置监测线，研究垂直应力与距巷道中心距离大小的关系，垂直应力分布曲线如图3所示。图3巷道两侧垂直应力分布曲线Fig.3Verticalstressdistributioncurvesofthebothsidesofroadway◆—40°断层倾角;■—60°断层倾角;▲—80°断层倾角通过分析图3可以看出:断层带对应力的阻隔效应明显，在巷道两侧应力曲线呈非对称关系。在巷道远断层侧，垂直应力曲线趋势基本相同。当断层倾角分别为40°、60°、80°时，最大垂直应力依次为15.5、12.5和11MPa，应力集中程度随着逆断层倾角的增大而减校在巷道近断层侧7m范围内，，应力分布情况与左侧相同。但由于断层软弱破碎带的影响，应力值在断层带周围突然下降。在巷道和断层带之间，当断层倾角分别为40°、60°、80°时，最大垂直应力依次为13、14和12MPa，变化幅度不大。因此，在巷道掘进过程中，根据接近逆断层上盘的巷道位置，应针对断层倾角的情况，结合其他地质因素，及时地采取合适的巷道支护手段，做好安全监测防护措施，提高巷道支护的安全可靠性。3逆断层倾角对下盘巷道围岩稳定性的影响3.1下盘巷道围岩塑性破坏特征分析当巷道位于逆断层下盘时，巷道两侧及顶底板塑性破坏情况如图4所示，具体塑性破坏范围见表4?
【作者单位】： 山东科技大学矿业与安全工程学院;矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地;
【基金】：国家自然科学基金项目(编号:51574155) 泰安市科技发展计划项目(编号:2015ZC1058)
【分类号】：TD322.4

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本文编号：2519468