开挖引起断层活化断距的定量化研究

开采或开挖引起影响区内的断层活化，是一种常见的和普通的工程地质或岩石力学现象。近年来，逐渐成为一个研究热点。断层活化对地表建筑物、构筑物，对井、巷围岩和支护结构的变形、破坏，常常会造成直接的严重影响，并且会成为矿区突水和瓦斯突出的条件，因此有重要的研究意义。为了使这方面的研究工作走向深入，申请者拟从研究断层活化现象发生的条件和机理入手，借助基于相似理论的方法，采用数值模拟与物理模拟的手段，对在露天采矿区常见的断层活化现象，实现对其简化模型定量化的初步研究，给出断层活化断距大小与相关诸参量之间的定量关系，并在线弹性本构关系和平面应变条件下，根据实际开挖条件和所引起的断层陡坎尺寸，实现对活化段长度的求算。在此基础上，分别增加单一影响因素和研究内容的维数，研究条件变化后较为复杂的模型中开挖引起断层活化断距的定量规律和特点，为更加深入的定量化研究提供一些思路、方法和理论上的铺垫。

围绕露天开挖引起的地表出露断层活化问题，开展了地表出露断层活化的现场调查分析、室内模拟与计算等工作，通过对断层活化的定性和定量研究，取得了一些有益的研究成果。. 通过对龙首露天采坑围岩中的大量断层活化现象的调查和分析，总结出了六种典型的断层活化类型，并且在多年研究和文献总结的基础上，提出了一系列断层活化的定性规律，这些认识对于断层活化的现场识别、工程稳定的判断及深入的研究其发生的机理都有积极的意义。. 鉴于传统试验和仿真模拟在模拟开挖引起的岩体位移场方面的不足，开发了一种新的模拟实验方法，利用室内合成的光弹性软材料，采用竖直固化模型的方法，有效模拟了材料在固化过程中物理力学性质随深度变化的特性，得到具有记忆固化压力属性的模型体，从而很好的模拟和研究了开挖引起的地表出露断层活化现象与机理。.针对数量最多、危害最大，位于边坡顶部发生正断层式活化变形的断层进行了专门研究，分析了这种正断层式的断层活化变形的演化过程和力学状态，基于摩尔库伦破坏理论建立了断层岩体的平衡方程组，推导出了断层发生剪切活化的倾角范围和断层发生张拉-剪切复合破坏的判据。这些结果对于判定断层能否活化，以及发生何种类型的活化提供了理论依据。. 采用线弹性平面应变模型和相似理论，推导出了两个相似模型之间的位移表达式。当上述两个相似模型材料相同时，得到了一个重要认识：当该线弹性体的尺寸增加为原来的n倍时，相应点的位移增加n2倍。将上述定量关系应用到断层活化变形模型上，得出两个具有相似关系的断层活化模型的断层活化断距之比等于对应的活化段尺寸的平方比，并通过试验检验，该定量关系具有高度的可靠性。