开采沉陷土体变形及孔隙水压相互作用研究进展.pdf

第 7 卷 第 4 期 工　程　地　质　学　报 . 7　 . 4 V o l N o 1999 年　12 月 . , 1999 Jou rn a l o f En g in eer in g Geo lo gy D ec 文章编号:( 1999) 开采沉陷土体变形与 孔隙水压相互作用研究进展 隋旺华　狄乾生 ( 中国矿业大学资源与环境科学学院　徐州　22 1008) 摘　要　本文通过实验、实测和理论分析研究了开采沉陷土体变形与孔隙水压力之间的相 互作用, 结果表明, 随着开采的进行, 土体的应力变形发生变化造成了超静孔隙水压力的产生和 消散, 反映在土体变形上出现随开采时间延续而发展的附加压缩和膨胀变形, 这种压缩或膨胀在 土体的不同部位相互叠加, 有时还叠加了底部含水层水位下降引起的地面下沉。这些结果揭示了 厚松散含水层地区开采沉陷特殊性的机理, 对开采沉陷预测及水体下采煤具有重要意义。 关键词　开采沉陷　水土相互作用　超静孔隙水压力　厚松散含水层 中图分类号: 　 642. 26, 4 13. 7　　文献标识码: P TU A 1　前　言 煤炭资源开采造成的地面沉陷是一种危害很大的地质灾害, 不仅破坏耕地、损坏地面 建筑物, 严重威胁工农业生产, 而且严重地影响着生态环境, 故已成为环境工程地质学研 究的重要课题之一。 华东、华北等地区有厚松散含水层的煤矿, 开采沉陷表现出一系列独特的工程地质现 象, 诸如最大下沉值接近或大于采厚, 地表沉陷范围扩展, 边界处水平移动值大于垂直移 动值, 活跃期剧烈而集中, 地表沉陷稳定所需时间长等, 加重了对地表的破坏强度, 引起广 泛的关注。 1990 年之前, 研究人员的主要注意力大都放在厚松散含水层下开采沉陷的特殊规 律、参数及描述方法的修正上。近 10 年来, 先后有一些学者对这些现象产生的机理作了理 论和实验上的探讨。一般认为, 主要是导水裂隙带波及上覆松散含水层, 孔隙水压力降低, [ 1 ] 有效应力增加, 造成含水层和隔水层被压密所导致 。笔者认为, 含水层失水仅仅是开采 造成的土体内部复杂的工程地质作用过程的一个方面。开采沉陷过程中, 土体天然应力状 [2 ] 态必然产生变化 。本文通过模拟试验、理论分析和数值模拟, 着重论述开采沉陷土体变 形与孔隙水压力相互作用的一些成果, 旨在对开采沉陷土体变形研究提供一种新的途径。 收稿 日期: 收到修改稿 日期: 1998122 1. ( ) 第一作者简介: 隋旺华 1964 , 男, 博士, 副教授, 水文地质与工程地质专业. 304 工　程　地　质　学　报 第 7 卷 2　开采沉陷土体变形分析 煤层开采引起的土体沉陷变形与自然界的其他事物一样, 有其发生、发展和趋于平衡 的过程。因此, 对开采沉陷工程地质作用过程的认识, 既是对土体变形机理的认识, 又是对 未来发生过程进行预测的基础。厚松散含水层地区观测到的地表移动变形特征与无厚松 散层条件下的地表移动变形特征的不同, 实际上反映了它们内部变化的质的区别。 图 1　开采沉陷土体主应力变化类型与单元体变形 F