華東礦區深厚黏土層自重沉降模擬分析

刁志翔 商翔宇 王奇石 朱啟銀 周國慶

(1.中國礦業大學 力學與土木工程學院,徐州 221116;2.中國礦業大學 深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室,徐州 221116)

0 引 言

我國華東礦區普遍存在著深厚的新生界含水松散表土層,厚度一般為200～600 m。20 世紀80年代中期以來,該地區相繼有大量立井井筒發生了不同程度的破壞,嚴重影響了礦井的正常生產運營,造成了巨大的經濟損失[1]。

發生破壞的立井井筒普遍伴有周圍地層的持續沉降。一般認為礦區松散表土層沉降可能受煤炭采動和地層疏水影響[2-4],但立井井筒所在的工業廣場下方留有保護煤柱,因此,井筒周圍地表沉降受采動的影響較小[4]。崔廣心[2]、劉環宇[5]等結合實際工程開展了井壁破裂模型試驗,分析認為井筒外壁受到的向下切向附加力是井筒破壞的根本原因,而此附加力正是由于含水層疏水引起的地層固結下沉所致。

由于該地區地層中單層及累積深部黏土層厚度占比顯著[6],其對井筒周圍地表沉降的可能貢獻受到關注。一些研究認為深部黏土地層的變形遠小于砂性土,甚至不壓縮[2,7,8],因此,其對地表沉降的貢獻不需考慮;另一些研究則認為深部黏土地層有一定壓縮性,對地層沉降貢獻不可忽略[9-10]。筆者對深部黏土的前期試驗研究發現:其高壓下的壓縮性僅比淺部低壓黏土稍低[11-13]。因此,立井井筒周圍地表的持續沉降中,深厚黏土層壓縮變形應該有所貢獻。

深部黏土地層壓縮變形一方面……