矿区深厚复合含水松散层的工程、力学特性及其应用

本文作者基于现场实测、试验室专门试验、专用软件的数值分析，较深入研究了黄淮地区深厚含水松散层的工程性质、变形及其在井筒破坏治理工程中的应用，其主要工作有。 1) 根据多个矿区土工试验结果，对深厚粘土物理陛质的变化规律进行了分析，提出黄淮地区大于70m的松散层为深厚松散层；提出深部粘土可固结厚度的概念。研究了深厚粘土强度随埋深和湿度变化的规律，提出深部粘土存在强度弱面和深部粘土“上、下限强度”的概念和选取方法。 2) 通过2项专门的试验，即，深部粘土高压入渗和密实砂土的“双控”三轴压缩试验。证明深部粘土与承压含水层接触面附近可形成强度弱面；含水层水压越高则可压缩范围就越大；证明下限强度可按有效应力相等，物性类似的浅部粘土强度值选取；深部砂土用有效应力原理进行的试验与按模拟自重状态的试验相比，当埋深一定，含水层孔隙水压力较大时，结果存在一定的差异。表明有必要进一步试验研究深部砂土的特性。 3) 分析了黄淮地层深厚含水松散层的结构特征以及矿井疏水对松散含水层水位的影响。提出了松散层结构区域上的类似性和局部上的多变性；研究了矿井水动态类型以及采矿对松散层水体的影响，为分析井筒破坏机理和深厚松散层性质、变形特征打下了基础。 4) 根据观测结果，研究了松散层竖向压缩变形特征，建立了计算模型；观测认识到深厚松散层存在集中水平移动现象，研究表明集中水平移动发生在深部厚层粘土与砂土的交界面处。上述研究成果对实施合理的井壁破坏防治工程有重要指导价值。 5) 通过分析井筒卸压槽应力、变形观测结果与松散层变形的关系，对采用卸压槽治理井筒破坏有指导价值；根据建筑物已有裂缝调查和不扩展观测结果，提出大范围的地表沉降对工业场地内的建筑物一般在短期内不会造成损坏影响的认识。 6) 开发了专用的有限元软件，从而建立了井壁——土层——疏水固结的统一模型，对地层压缩导致井壁附加应力的产生、卸压槽防治井筒破坏的原理和特点、地层注浆防治井壁破坏的机理进行了较合理的计算分析，得出地层注浆措施的优选方案，对工业场地内松散层的集中水平移动机理进行了研究，认为地层弯曲变形是产生集中水平移动的重要原因之一。以上认识对实际治理工程有重要的指导价值。 7) 本项目的观测和研究结果，在制定兴隆庄矿西风井二次破坏治理工程方案中已经获得应用，包括，分析井筒二次破坏原因、预计地层压缩量、卸压槽设计及选位，确定地层注浆优化参数，提出了破壁深孔注浆措施等更长效、经济的治理工程方案。