基于流固耦合的厚松散层下开采土体固结沉降特征研究

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在厚松散层地质条件下开采地表移动变形呈现出特殊的现象:地表下沉系数和水平移动系数大,拐点偏心距和主要影响角正切值较小。以赵固一矿煤层上覆巨厚松散层为地质背景,论文研究了厚松散层条件下采动土体固结沉降的现象及地表移动变形规律。论文建立基于流固耦合的土体固结沉降模型,并在COMSOL Multiphysics数值模拟软件上实现其数学模型,分析厚松散层土体的底部含水层和顶部隔水层的不同固结压缩现象,以及厚松散层的地表移动变形规律。  研究发现:松散层深部土体的特性与埋深和本上的组成结构有关,厚松散层土体可固结深度为200m,以及底部含水层的疏降水头为41.5m;底部含水层在未疏放的条件下,出现膨胀现象,当导水裂隙带发育至底部含水层时,底部含水层由于受到疏放产生固结压缩现象,其附加下沉值为0.24m;顶部隔水层在采动的影响下,随着超孔隙水压力的消散,产生土体发生固结压缩,其附加下沉值为0.04m;通过与不耦合模型的对比,由于土体固结压缩的影响地表附加下沉值为0.23m;  通过现场实测的数据对比发现,数值模拟的误差较小,验证了数值模拟结果的可靠性;对实测数据的分析认为该地质条件下,出现地表移动变形剧烈、衰退阶段较长等特征,而且认为煤层上覆基岩较薄,松散层土体结构较弱而且在采动的影响下产生固结压缩,是造成地表移动变形参数比较特殊的原因。
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