基于逆斷層形成的地質(zhì)及力學(xué)成因,研制了煤系地層逆斷層發(fā)育地質(zhì)力學(xué)試驗系統(tǒng),利用該試驗系統(tǒng)研究了逆斷層發(fā)育過程及上盤巖層應(yīng)力變形演化規(guī)律。結(jié)果表明:該系統(tǒng)可模擬煤系地層中逆斷層發(fā)育過程,從而更加真實地反映近斷層附近煤層初始應(yīng)力分布規(guī)律,設(shè)置的斷層誘發(fā)裝置可準(zhǔn)確控制逆斷層起裂位置,逆斷層傾角主要取決于巖層性質(zhì),落差主要取決于水平應(yīng)力;煤系地層中逆斷層發(fā)育過程可分為巖層壓縮、局部起裂、逆斷層貫通和上下盤錯動滑移4個階段;逆斷層形成初期,斷層附近區(qū)域上盤巖層自下而上水平應(yīng)力增長幅值呈現(xiàn)單調(diào)遞減趨勢,逆斷層基底起裂后,巖層內(nèi)部水平應(yīng)力開始下降,斷層附近區(qū)域上盤巖層自上而下水平應(yīng)力下降幅度均增大,越靠近斷層,水平應(yīng)力下降速率及幅度越大,其中距模型底部5 cm巖層且距斷層右側(cè)12 cm和2 cm處水平應(yīng)力較峰值降低0.05,0.08 MPa;隨著斷層不斷發(fā)育,模型內(nèi)部水平應(yīng)力下降速率減緩,上下盤滑動停止后,距模型底部5cm巖層水平應(yīng)力仍比原始應(yīng)力大0.01MPa,上盤下部巖層仍具有一定程度的構(gòu)造應(yīng)力。

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【部分圖文】：

圖1逆斷層形成的應(yīng)力狀態(tài)[23]

Anderson理論認(rèn)為：在地面以下一定深度內(nèi)，3個主應(yīng)力中必有一個應(yīng)力軸和地面垂直，其余2個主應(yīng)力在水平方向[23]。逆斷層形成時最大主應(yīng)力為水平應(yīng)力，而最小主應(yīng)力為垂向應(yīng)力，即上覆巖層重力[24]，如圖1所示。1.2試驗系統(tǒng)組成

圖2煤系地層逆斷層發(fā)育地質(zhì)力學(xué)試驗系統(tǒng)

課題組根據(jù)逆斷層形成的地質(zhì)力學(xué)成因，考慮煤系地層斷層特征，研制了煤系地層逆斷層發(fā)育地質(zhì)力學(xué)試驗系統(tǒng)，如圖2所示。該試驗系統(tǒng)主要包括三大部分：逆斷層形成過程模擬試驗臺、應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)和位移監(jiān)測系統(tǒng)。該試驗系統(tǒng)具有以下特點：采用絲杠進(jìn)行側(cè)向加載，可以實現(xiàn)位移加載，并在斷層發(fā)育過程中有效....

圖3逆斷層形成過程模擬試驗臺

逆斷層形成過程模擬試驗臺如圖3所示。在試驗臺研制過程中，如果模型過大，將使得側(cè)向應(yīng)力施加較為困難，逆斷層發(fā)育過程也難以控制�？紤]到實驗的可操作性，試驗臺有效尺寸設(shè)計為：長×寬×高=800mm×300mm×500mm。試驗臺主要包括：水平加載裝置、底部收縮裝置、前后擋板、前后....

圖4逆斷層形成模擬過程力學(xué)模型

圖4是逆斷層形成模擬過程力學(xué)模型，通過水平加載系統(tǒng)對巖層一側(cè)進(jìn)行加載，巖層產(chǎn)生壓縮變形；在底部收縮裝置作用下，下部巖層率先收縮變形進(jìn)而導(dǎo)致巖層出現(xiàn)向上運動趨勢；由于斷層誘發(fā)裝置的作用，底部巖層出現(xiàn)應(yīng)力集中，進(jìn)而發(fā)生剪切破壞，直至形成斷裂面；隨后，斷裂面兩盤巖層發(fā)生錯動滑移，最終形....

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