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第21 卷 第1 期 岩石力学与工程学报 21(1) ：56～59 2002 年1 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Jan .，2002 覆岩运动的时空过程* 张向东 范学理 赵德深 (辽宁工程技术大学土木系 阜新 123000) 摘要 上覆岩层的运动是一个复杂的时空过程。根据流变力学理论和控制板梁组合运动理论，研究了覆岩运动及 离层发展的时空过程，推导出了控制岩层弯曲变形及离层裂缝宽度的计算公式。 关键词 岩层移动，地表沉陷，时空过程，组合运动理论，流变力学理论 分类号 TD 327.2 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2002)01-0056-04 中国矿业大学在详细分析现场实测资料与岩层 1 前 言 移动过程的基础上，提出了覆岩托板控制理论[1] 。 在上覆岩层中，一般情况下，控制岩层的数量不是 在金属矿、煤矿、有色金属矿、石油等系统， 唯一的。相对来说，可能存在若干个对覆岩运动起 由于矿体、煤体、石油、天然气等的开发和利用， 控制作用的岩层，其控制效果的强弱与岩层的厚度、 必然引起地表的移动与破坏。因此，研究上覆岩层 强度、位置及变形性质、采空区面积等因素有关[2] 。 的运动规律对保护地面建筑物与构筑物、公路与铁 现场实测和理论研究均表明，覆岩运动的发展 路、地表与地下水资源均有十分重要的意义。 过程并不是简单的一层一层由下向上运动的，而是 早在19 世纪末，采矿引起的覆岩移动与破坏以 形成一个个组合结构有规律地运动[3] 。所谓控制板 及由此引起的开采损害就引起了人们的高度重视， 梁组合运动理论，就是该组合结构中的各岩层以控 并进行了初步的观测与研究。但直到20 世纪50 年 制岩层为依托，同时或近似同时地运动，也就是薄 代，岩层与地表移动理论的研究才获得了蓬勃发展。 岩层或软弱岩层依附于下位的坚硬且厚度较大的控 特别是70 年代以后，伴随着其他相关学科的兴起， 制岩层，协同变形或移动。 以及电子计算机的广泛应用，使岩层与地表移动的 由此可见，在开采影响下，上覆岩层在移动过 研究发展到了一个新的阶段。相继提出了层状介质 程中，必然形成一个或多个组合结构。由于这些组 理论、托板理论、组合岩梁理论、损伤力学理论、 合结构在运动过程中存在时间和空间上的差异，必 分形理论、人工智能方法等，同时，相似材料模型 然孕育了离层的发生、发展与闭合等一系列现象[4] 。 法、有限元法、边界元法、离散元法等也相继用来 研究岩层移动与地表沉陷等问题，取得了丰硕的研 3 模型的选择 究成果，但上述理论和方法对覆岩运动的时空过程 还不能做出满意的解释。本文根据流变力学理论和 根据控制岩层组合运动理论，对于每一个组合 控制板梁组合运动理论来研究覆岩运动的时空过程 结构而言，开始时移动速度很小，然后逐渐达到最 和离层的产生与发展过程，为岩层移动控制和离层 大值，最后又逐渐衰减，直至趋于稳定。 带充填注浆提供理论依据。 岩层移动明显与时间因素有关，这早已被大量 的实测资料所证实。它说明上覆岩层具有明显的流 2 控制板梁组合运动理论