厚冲积层地表沉陷数值模拟及应用研究

本文在深入了解与调查地表沉陷理论的研究历史及研究现状的基础上，以葛亭煤矿为例，建立了ANSYS数值模型，对厚冲积层地表沉陷进行了研究，得出了厚冲积层地表沉陷的特有规律。 通过对葛亭煤矿水文地质条件的分析，合理地评价了矿区含水层类型。以厚冲积层土体固结理论为基础，建立了葛亭煤矿地表沉陷的数学模型，运用ANSYS软件，模拟研究了综采放顶煤开采条件下的覆岩体内应力、变形与破坏机理，获得了地质开采条件下的覆岩导水裂缝带空间发育形态。 模拟了厚冲积层土体粘聚力及内摩擦角度变化、土体弹性模量变化以及粘土层厚度对地表沉陷的影响，并得出了厚冲积层土体力学特征对地表沉陷的影响规律。 根据开采沉陷概率积分法理论，推导了厚冲积层土体结构失水对开采沉陷影响的计算公式，并利用ANSYS软件，模拟了考虑厚冲积层土体结构失水情况下对地表沉陷的影响，比较了采用推导公式计算与计算机模拟两种情况下，对厚冲积层地表沉陷的变化。 通过模拟得出，在考虑厚冲积层对开采沉陷的影响情况下，粘土层土体结构失水对开采沉陷影响比较大。对于葛亭煤矿来说，含水层失水引起的地表下沉占煤层开采下沉的20％。因此，粘土体结构失水对开采沉陷的影响是不能忽略的，应该加强粘土体结构失水方面的防范措施。对于计算厚冲积层粘土层失水对地表沉陷的影响问题，可以利用概率积分法求得在不考虑粘土层失水下的地表沉陷情况，然后利用模拟软件进行模拟，根据相似原理，得出总的地表沉陷情况；也可以根据推导公式进行计算得出。这对于研究土体结构失水对地表沉陷的影响来说，提供了一种较好的研究计算方法。