開采損害學(xué)課程講義7

1、第7章 相似材料模擬方法7.1 概述重點(diǎn)：相似材料模擬實(shí)驗(yàn)的基本原理；相似材料模擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用范圍；相似材料模型鋪設(shè)方法；觀測點(diǎn)設(shè)置及數(shù)據(jù)采集、處理方法；實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析評(píng)價(jià)方法。與現(xiàn)場觀測研究相比，模擬研究方法有以下優(yōu)點(diǎn)：1） 模擬研究是在特定條件下，作了一定的簡化，研究重點(diǎn)問題，簡單易行；2） 模擬研究可以研究在實(shí)際觀測中很難實(shí)施的工作。如陡峭山區(qū)的觀測工作，巖體內(nèi)部的觀測工作等；3） 模擬研究可以根據(jù)不同的開采方案，進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，以確定最優(yōu)的開采方法。而實(shí)際開采中的觀測只能在特定的時(shí)間地點(diǎn)進(jìn)行。與現(xiàn)場實(shí)測研究相比，模擬研究方法有以下缺點(diǎn)：1） 采動(dòng)地表巖層的移動(dòng)變形破壞是受地質(zhì)構(gòu)造、采礦方法、

2、巖體的物理力學(xué)性質(zhì)、水文條件等復(fù)雜因素的影響。而如果模擬的模型簡化構(gòu)造的不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論；2） 模擬的巖體參數(shù)的選擇與原巖狀態(tài)中的巖體參數(shù)有一定的差別，除此之外，由于模擬的模型一般不能取的很大，模擬實(shí)驗(yàn)的邊界效應(yīng)很難確定。因此模擬研究一般僅作一些定性的研究，主要研究開采引起巖層與地表移動(dòng)變形的規(guī)律。在進(jìn)行定量研究時(shí)，常常要用其它的方法進(jìn)行配合和檢查。7.2 相似材料模擬實(shí)驗(yàn)7.2.1 相似材料模擬分析基本原理模型縮小或加大；作適當(dāng)?shù)暮喕?；相似系?shù)確定原理；相似定理。對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行模擬的研究的依據(jù)是相似學(xué)說，相似學(xué)說對(duì)相似現(xiàn)象的基本性質(zhì)及被研究現(xiàn)象之間的相似特征是用以下三個(gè)相似定理來表述：

3、1） 第一相似定理相似正定理。該定律表述為：“對(duì)相似的現(xiàn)象，其相似指標(biāo)等于1或其相似判據(jù)相同”。相似現(xiàn)象的各對(duì)應(yīng)物理量之比應(yīng)當(dāng)是常數(shù)，稱其為相似常數(shù)，而相似指標(biāo)即表示相似原理與模型之間應(yīng)滿足的比例關(guān)系。相似判據(jù)則表示原型與模型內(nèi)各基本物理量之間應(yīng)滿足的比例關(guān)系。2） 第二相似定律p定律。p定律認(rèn)為：“約束兩相似現(xiàn)象的基本物理方程可以用量綱分析的方法轉(zhuǎn)換成用相似判據(jù)p方程來表達(dá)的新方程，即轉(zhuǎn)換成p方程。兩個(gè)相似系統(tǒng)的p方程必須相同?！?） 第三相似定律相似逆定律。相似逆定律認(rèn)為：只有具有相同的單值條件和相同的主導(dǎo)相似判據(jù)時(shí)，現(xiàn)象才互相相似。單值條件相同是指：該系統(tǒng)激活條件相似；在被研究過程中具有

4、根本意義的物理常數(shù)成正比例；該系統(tǒng)初始狀態(tài)相似；在整個(gè)研究過程中，該系統(tǒng)邊界條件相似。主導(dǎo)相似判據(jù)是指在系統(tǒng)中具有重要意義的物理常數(shù)和幾何性質(zhì)所組成的判據(jù)。7.2.2 單值條件和相似判據(jù)1. 單值條件和相似判據(jù)2. 幾何相似模型與原型各部分的尺寸應(yīng)按同樣的比例縮小或放大，即滿足：（7-1）式中 al長度相似常數(shù)；aA面積相似常數(shù)；aV體積相似常數(shù)。在設(shè)計(jì)模型時(shí)，對(duì)于二維應(yīng)力模型，只要求保持平面尺寸的幾何相似，不要求厚度上的幾何相似，但厚度必須滿足模型穩(wěn)定條件。對(duì)采礦類問題，定性模型的幾何常數(shù)al通常取100200；而定量模型則做的較大，al取2050，目前甚至有取10的。3. 物理相似在相似模

5、型中，其控制作用的物理常數(shù)往往因模型中所需要解決的問題不同而異。下面介紹各類問題中對(duì)選擇相似材料有控制作用的物理常數(shù)。（1） 研究彈性范圍內(nèi)圍巖的應(yīng)力和變形a) 不考慮自重時(shí)主要的物理相似常數(shù)表達(dá)為：（7-2）式中 as應(yīng)力相似常數(shù)；aE彈性相似常數(shù)。根據(jù)原型與模型中應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)當(dāng)用同一方程表示的要求，應(yīng)滿足的相似指標(biāo)為： （7-3）b) 考慮自重時(shí)，主要的物理相似常數(shù)表達(dá)為：（7-4）在彈性范圍內(nèi)，原型與模型都應(yīng)滿足微分平衡方程。滿足該方程的相似指標(biāo)為：（7-5）同時(shí)也應(yīng)滿足：。（2） 研究圍巖的破壞過程a) 主要的相似常數(shù)除了滿足上述應(yīng)力與變形的條件外，在這類問題中還應(yīng)滿足強(qiáng)度相似的要求

6、。嚴(yán)格地講，應(yīng)當(dāng)使模型材料與原型材料的強(qiáng)度曲線相似。但這一要求往往很難完全滿足。通常多采用簡化的辦法，即取摩爾圓的包絡(luò)線為直線。為保證原型與模型兩直線型強(qiáng)度曲線的相似，只要滿足 與 （7-6）或滿足 與 （7-7）式中 asc抗壓強(qiáng)度相似常數(shù)；ast抗拉強(qiáng)度相似常數(shù)；ac粘聚強(qiáng)度相似常數(shù)；af內(nèi)摩擦角相似常數(shù)。b) 主要相似指標(biāo)與相似判據(jù)破壞問題涉及動(dòng)力學(xué)，應(yīng)當(dāng)滿足牛頓第二定律，其相應(yīng)的相似指標(biāo)為：（7-8）相似判據(jù)為：（7-9）式中 gp原型材料的容積重；gm模型材料的容積重。強(qiáng)度極限sc與st的量綱與應(yīng)力s一致，因而選擇模型材料的強(qiáng)度指標(biāo)，可根據(jù)以下公式計(jì)算：（7-10）（7-11）同樣，

7、粘聚強(qiáng)度C與s是同量綱的，因此，也可按類似的公式換算，即：（7-12）摩擦角是無量綱的，所以在模型與原型中 即：。（3） 研究圍巖在長期開采條件下的破壞過程除了應(yīng)滿足第（1）、（2）類問題外，另一個(gè)主要的物理量是時(shí)間。一般地講，時(shí)間相似常數(shù)at與幾何相似常數(shù)al 間的關(guān)系為：（7-13）當(dāng)涉及蠕變問題時(shí)，從理論上，應(yīng)使原型材料與模型材料二者的蠕變過程相似。實(shí)際上，不論對(duì)原型材料還是對(duì)模型材料，在這方面都缺乏足夠的數(shù)據(jù)。因此，相似的要求幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的。一些專家通過實(shí)驗(yàn)近似的解決了這一難題。4. 初始狀態(tài)對(duì)巖體來說，最重要的初始狀態(tài)是它的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。為此就需要模擬：（1） 巖體結(jié)構(gòu)特征；（2）

8、結(jié)構(gòu)面的分布特征；（3） 結(jié)構(gòu)面上的力學(xué)性質(zhì)。在模擬各種不連續(xù)結(jié)構(gòu)面時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)區(qū)別哪些對(duì)所研究的問題有決定性意義。對(duì)于主要的結(jié)構(gòu)面，應(yīng)當(dāng)按幾何相似條件單獨(dú)模擬。至于次要結(jié)構(gòu)面，為簡化起見，往往一并考慮在巖石本身的力學(xué)性質(zhì)之內(nèi)，可采取降低不連續(xù)面所在巖石彈性模量與強(qiáng)度的方法來解決。理論上，在原型與模型中，結(jié)構(gòu)體的形狀與大小應(yīng)保持與整體模型相同的幾何相似關(guān)系。但從變形角度來看，不論模型塊體接觸如何緊密，其間隙總是大于按原型縮制的要求，這就可能導(dǎo)致整個(gè)體系的變形過大。為了保持原型與模型在總體上的變形相似，常常不得不適當(dāng)?shù)販p小模型中不連續(xù)面的頻率。5. 邊界條件相似模型的邊界條件應(yīng)與原型盡量一致。使

9、用平面模型時(shí)，應(yīng)滿足“平面應(yīng)變”的要求，采用各種措施保證前后表面不產(chǎn)生變形。模擬深部巖層時(shí)，往往用外部加載的方法來代替自重應(yīng)力。根據(jù)理論分析，對(duì)于均值巖體，由于開挖而引起的應(yīng)力重新分布的范圍約等于開挖空間的35倍。因此用外部加載方法研究問題時(shí)，模擬的范圍至少應(yīng)大于開挖空間的三倍。7.2.3 相似材料1. 選擇相似材料相似材料的主要力學(xué)性質(zhì)與模擬的巖層或結(jié)構(gòu)相似；材料力學(xué)性能穩(wěn)定，改變材料配比，可調(diào)整材料的某些性質(zhì)以適應(yīng)相似條件的需要，制作方便，成本低，來源豐富。組成相似材料的原材料可分為兩類：骨料和膠結(jié)材料。骨料主要有：砂子、粘土；作骨料和分層材料的云母粉；用于增大相似材料容重的鐵粉；用于減小

10、材料容重的軟木屑、爐渣等輕骨料；用于吸收混合物中多余水與降低相似材料的彈性模量的硅藻土；改善材料熱傳導(dǎo)性的鋁粉。膠結(jié)材料主要有：熟石灰、水泥、增加材料脆性的石灰、作為膠結(jié)劑的樹脂、使膠結(jié)石英砂得到結(jié)實(shí)的脆性的水玻璃以及用來降低材料強(qiáng)度的碳酸鈣。根據(jù)模擬對(duì)象與所采用的幾何相似常數(shù)不同，目前國內(nèi)外應(yīng)用于巖石力學(xué)模型上的相似材料大致可以分為以下類型：（1）模擬混凝土壩的相似材料；（2）模擬巖石的相似材料；（3）模擬地質(zhì)構(gòu)造的相似材料。根據(jù)采礦工程的需要，在這里簡單地介紹后兩種相似材料。模擬巖石的相似材料通常有：以石膏為主要膠結(jié)物的相似材料、石膏鉛丹砂漿相似材料和以環(huán)氧樹脂為膠結(jié)物的相似材料。以石膏為

11、主要膠結(jié)物的相似材料目前使用的最為廣泛。模擬地質(zhì)構(gòu)造的相似材料目前有：各種涂料、各種紙質(zhì)互層、各種干粉料、各種粒徑的砂子。2. 進(jìn)行相似材料配比實(shí)驗(yàn)在進(jìn)行相似材料實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將填料和膠結(jié)物按一定的配比稱量好，混合在一起，攪拌均勻。然后按總料量的比例或按主膠結(jié)物的比例，加入一定量溶有緩凝劑的水，攪勻后做成相似材料試件。加入緩凝劑的目的在于使相似材料混合物的初凝和終凝時(shí)間延長。在用石膏作為主膠結(jié)物的相似材料中，一般用硼砂或動(dòng)物膠作緩凝劑。相似材料試件做成后，必須晾干才能測定其力學(xué)性質(zhì)。試件干燥時(shí)間一般為310d。試件干燥后就可進(jìn)行強(qiáng)度和變形性質(zhì)的測定。試件可以做成圓柱形、方柱形、立方體形等。（1）抗

12、壓強(qiáng)度的測定將試件放在小型實(shí)驗(yàn)機(jī)上，緩慢均勻地加載，直到試件破壞。根據(jù)實(shí)踐破壞時(shí)的最大荷載和試件尺寸，按下式計(jì)算抗壓強(qiáng)度：如d=h時(shí)，則（7-14）如d¹h時(shí)，則（7-15）式中 Rc抗壓強(qiáng)度，N/cm2;P試件破壞時(shí)的荷載，N;F試件橫斷面積， cm2;d圓柱形試件直徑，cm;h圓柱形試件高度，cm。（2）抗拉強(qiáng)度的測定采用細(xì)棒對(duì)徑辟拉法測定抗拉強(qiáng)度。將圓柱形試件橫放在小型壓力機(jī)上，并在試件徑向方向的上下方各放置一根細(xì)棒，在壓力機(jī)均勻施加的荷載作用下，試件被劈開，如圖7.1所示。圖7.1試件拉伸試驗(yàn)1試件；2細(xì)棒；3壓力機(jī)加壓盤從彈性力學(xué)分析知，試件受力時(shí)，圓盤（試件橫斷面）中心上

13、下0.8r（ r為試件半徑）的點(diǎn)a和點(diǎn)b之間試件承受的拉應(yīng)力，點(diǎn)a、點(diǎn)b處應(yīng)力值為0，從點(diǎn)a、點(diǎn)b到上下受力點(diǎn)之間試件承受壓應(yīng)力，如圖7.1所示。上下受力點(diǎn)處壓應(yīng)力最大，其值為拉應(yīng)力值的10倍以上，但試件的抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度大得多（10100倍）。因此，雖然受力點(diǎn)和靠近受力點(diǎn)的壓應(yīng)力很大，但它低于試件的抗壓強(qiáng)度，故試件的破壞是拉應(yīng)力的作用造成的。試件抗拉強(qiáng)度按下式計(jì)算：（7-16）式中 Rt抗拉強(qiáng)度，N/cm2；P試件破壞式的荷載，N。3. 繪制相似材料配比圖表在大量的系統(tǒng)的配比實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過綜合、整理制成配比圖表。表7.1為中國礦業(yè)大學(xué)北京研究生部巖層移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室制作的相似材料配比表，表7.

14、2為遼寧工程技術(shù)大學(xué)制作的相似材料配比表。4. 制作模型的工藝過程根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求，可制作不同尺寸的平面或立體模型。目前相似模擬實(shí)驗(yàn)大多采用平面模型，表7.1相似材料配比表材料膠結(jié)物相似材料重度gmN/cm2RcN/cm2RtN/cm2加水量（占總料量的比例）加砂量（占水量的比例）備注砂：云母粉：結(jié)膠物石膏：碳酸鈣80:18:27:35:53:71.5´10-25.20,5.06,3.090.56,0.44,0.36試件干燥10天測強(qiáng)度80:17:37.41,6.09,3.670.94,0.64,0.4573:23:49.51,6.21,4.261.39,1.09,0.5779:16:

15、518.43,12.83,9.832.05,1.70,0.7071:23:621.73,15.53,10.123.23,2.05,1.6570:22:829.88,21.25,14.994.92,3.63,1.9574:16:1031.48,26.06,16.527.51,5.73,4.3073:15:1242.21,35.32,18.799.68,7.33,4.7272:14:1454.12,36.53,19.5510.27,8.32,5.2271:13:1672.52,38.37,20.0311.27,10.71,5.9470:12:1876.32,40.56,21.0012.41,11.

16、20,7.57表7.2相似材料配比表配比號(hào)Rc(N/cm2)Rt(N/cm2)相似材料重度gN/cm3備注33735537343745547353755557363765567330.6825.114.029.820.813.414.410.79.412.410.46.64.42.31.92.72.51.82.41.41.21.51.30.91/8.41/10.91/7.41/11.01/8.31/13.31/7.41/7.61/7.81/8.21/8.01/7.31.5´10-2試件干燥3天進(jìn)行強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)；緩凝劑采用2%動(dòng)物膠的水溶液，水量為材料重量的1/10；石膏為乙級(jí)建筑石膏；砂

17、子為河砂，即配為：>1.2mm 2%0.61.2mm 27.2%0.30.6mm 36%0.150.3mm 21.9%<0.15mm 12.1%模型制作工藝包括下列過程：(1) 模型設(shè)計(jì)模型設(shè)計(jì)包括：搜集研究地區(qū)的地質(zhì)柱狀圖、巖石物理力學(xué)性質(zhì)和開采計(jì)劃等有關(guān)地質(zhì)采礦資料，確定與研究任務(wù)相適應(yīng)的模型比例尺和重度比，擬定模型鋪設(shè)、觀測和開采方案，以及備料和實(shí)驗(yàn)人員安排。(2) 計(jì)算相似材料用量a) 根據(jù)地質(zhì)柱狀圖上各巖層的物理力學(xué)性質(zhì)、模型比例尺和重度比，計(jì)算相似材料的物理力學(xué)性質(zhì)。例如，某巖層的Rc=6400N/cm2，Rt=618N/cm2，gH=2.5´10-2N/cm

18、3。設(shè)模型比例為1:100，重度比為0.6，按式（7-10）（7-11）計(jì)算，則相似材料的物理力學(xué)性質(zhì)為：b) 根據(jù)上述算出的相似材料物理力學(xué)性質(zhì)，在配比表7.1中選擇較接近的比例。選中：“70：22：87：3，即Rcm=29.88N/cm2, Rtm=4.92N/cm2。隨后按比例作配比實(shí)驗(yàn)，如差別太大，還需對(duì)此比例進(jìn)行調(diào)整。c) 根據(jù)確定的材料比例，按下式確定各分層材料的總量：（7-17）式中 Q模型某一分層材料的總重量，kg；l平面模型的長度，cm；rm相似材料的質(zhì)量密度，kg/cm3；b模型的寬度，cm；m模型的分層厚度，cm；k材料損失系數(shù)（k³1）。每一分層中各種材料的重

19、量按選中的比例進(jìn)行計(jì)算。加水量和緩凝劑用量與配比試驗(yàn)時(shí)一致。7.2.4 模型的鋪設(shè)鋪設(shè)模型的步驟如下：（1）裝好模型架，鋪設(shè)好最下部的模板；（2）將每一分層所需要的各種材料分別稱好，倒入攪拌機(jī)中攪拌均勻；將所需的水（含緩凝劑）倒入攪拌機(jī)中，與材料混合攪勻；（3）將攪拌好的材料倒入模型中，用刮板把材料攤平，再在材料上方放一塊薄膠皮，用金屬棍子在膠皮上來回滾壓，把材料壓實(shí)；（4）為保證初始條件相似，在剛鋪好的每一分層巖層中，用刻刀按一定間隔切割裂隙，隨后用木碾子或木塊輕輕地將層面壓平，并撒一些云母粉（用量約為0.046 g/cm2），起隔層的作用。然后鋪設(shè)下一分層；（5）一直往上鋪設(shè)，護(hù)板隨之增高

20、，直到所需高度為止。1. 模型的開采模型鋪設(shè)完畢，拆除護(hù)板模型干燥幾天與相似材料試件干燥時(shí)間相近。模型開采之前應(yīng)將所有的觀測儀器和工具都安置好。模型開采按時(shí)間比例進(jìn)行。要嚴(yán)格按比例控制開采厚度，開采工具一般用雙鋸條中間夾木條組成，由木條的厚度調(diào)整，實(shí)現(xiàn)開采厚度調(diào)整。2. 模型的觀測模型觀測的方法有插針法、反射儀法、顯微鏡法、攝影法和透鏡法等。這些方法能測出測點(diǎn)兩個(gè)方向的位移。也有用鋼板尺、百分表觀測測點(diǎn)的位移，但這些方法只能測出一個(gè)方向的位移。此外，也可用7V07數(shù)據(jù)自動(dòng)巡回監(jiān)測系統(tǒng)，配合位移計(jì)和掃描箱進(jìn)行觀測。此系統(tǒng)可安設(shè)200多個(gè)測點(diǎn)，能自動(dòng)地進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理。下面簡要介紹最常應(yīng)用的透

21、鏡法8。使用透鏡法進(jìn)行模型觀測的具體做法是：拆去護(hù)板后，在模型地表和背面巖層內(nèi)插設(shè)測點(diǎn)。測點(diǎn)由燈絲有一尖角的特制小燈泡和燈座組成。在模型背面一側(cè)架設(shè)角鋼用以安設(shè)透鏡架，一個(gè)測點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)透鏡。離模型背面一定距離的屏幕與模型背面基本平行。觀測就是按幕上燈絲的影像展點(diǎn)獲取。圖7.2 透鏡法 1小燈泡（測點(diǎn)）；2透鏡；3透鏡架；4角鋼；5幕；6模型由圖7.2可知，模型上點(diǎn)m是測點(diǎn)移動(dòng)前的位置，它在墓上的影像為M。設(shè)：mn=a為模型上測點(diǎn)位移量；NM=A為幕上影像位移量；為燈絲至透鏡主平面之距離，即物距；L為透鏡主平面至幕的距離。根據(jù)相似三角形定理有：（7-18）由光學(xué)原理可知，透鏡焦距之倒數(shù)等于像距倒

22、數(shù)及物距倒數(shù)之和，即（7-19）移項(xiàng)得（7-20）將式（7-20）代入式（7-18）得：（7-21）式中 透鏡的放大倍數(shù)。（7-22）在實(shí)際工作中，F(xiàn)值雖然可通過光學(xué)實(shí)驗(yàn)測定，但L值較長精確測量較為困難，故上式使用不便。在建立模型架時(shí)，一般都使幕與模型架平面平行，因此其間距D為一已知數(shù)。而d值較小，便于精確地測量。根據(jù)圖7.2有：（7-23）將式（7-23）代入式（7-22），得：（7-24）在幕的方格紙上讀出位移量（垂直分量和水平分量）后按式（7-24）、（7-22）可以求得模型上測點(diǎn)的位移量（wm、um）。據(jù)此，由下式計(jì)算實(shí)地上的下沉量(wp)及水平移動(dòng)量(up)。（7-25）由式（7-2

23、1）可知，a的計(jì)算誤差ma是由A的展點(diǎn)誤差mA和b 的測量誤差mb 引起的。假設(shè)b=20，經(jīng)誤差分析，mb值很小，可忽略不計(jì)。因此，ma值可用下式計(jì)算：（7-26）透鏡法觀測位移實(shí)際上就是模型開采前后在幕的方格紙上按燈絲影像展點(diǎn)，從而構(gòu)成測點(diǎn)下沉和水平移動(dòng)，如圖7.2b所示。設(shè)方格紙上展一個(gè)點(diǎn)的誤差為1mm，則由兩個(gè)展點(diǎn)組成的幕上下沉或水平移動(dòng)值的測定誤差，當(dāng)b=20時(shí)，由式（7-26）計(jì)算的ma=±0.07mm。也就是說，模型上每取得一個(gè)數(shù)據(jù)的誤差為0.07mm，如果模型比例尺為1：100，則實(shí)地誤差為7mm ，這樣的精度能滿足工程需要。實(shí)驗(yàn)表明，放大系數(shù)b 在3040之間較合適。

24、同時(shí)改變透鏡的質(zhì)量和燈泡的亮度能提高觀測精度。7.2.5 相似材料模擬法在采礦工程中的應(yīng)用實(shí)例521. 實(shí)驗(yàn)對(duì)象實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵阅车V1237開采工作面為模擬對(duì)象，沿走向取一剖面用3m長平面模型架模擬。2. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解煤層頂?shù)装鍓毫Ψ植家?guī)律；（2）討論斷層煤柱的留設(shè)問題3. 模型采用的相似條件幾何相似常數(shù)al=100，確定模型的尺寸為：長3m、高1.18m。時(shí)間相似常數(shù)=10，容重相似常數(shù)，彈性模量、應(yīng)力、抗拉（壓）強(qiáng)度等相似常數(shù)均為1.54，泊松比，內(nèi)摩擦角相似常數(shù)為1。對(duì)斷層按幾何相似條件單獨(dú)模擬，斷層面上C、f 值的相似常數(shù)應(yīng)當(dāng)取與巖石的一樣，可用動(dòng)力學(xué)相似條件確定，即因斷層中沒有軟夾層

25、，可按巖石本身的內(nèi)摩擦角決定斷層的摩擦角，取45°。dM原型中斷層的寬度；dH模型中斷層的寬度。在鋪制模型時(shí)，用夾鐵片（厚2mm）的方法實(shí)現(xiàn)斷層面的模擬，待鋪到一定高度，抽出鐵片，在斷面間灌滿各種粒徑砂子和適量的云母粉。4. 相似材料的配比相似材料的配比見表7.35. 測點(diǎn)布置及測試方法（1）測點(diǎn)布置圖7.3所示，為了測出斷層上下盤及煤柱中的應(yīng)力分布，在煤層開采中布置了一條壓力測線A；在煤層頂板16.2m的層位布置了一條壓力測線G；在距煤層底面0.7m，9.8m，21m，34m深處，分別布置了四條沿走向的壓力測線B、C、D、E。另外，在正常底板中沿垂直方向布置了一條壓力測線F。為了監(jiān)

26、測煤柱的變形和破壞情況，在煤柱中布置了一條位移測線I；在底板巖層中沿鉛垂方向布置了一條位移測線（每個(gè)測點(diǎn)沿水平方向錯(cuò)開5m）；為了得到斷層在開采過程中的活動(dòng)規(guī)律，分別在斷層兩盤布置了兩條位移測線、。（2）測試方法壓力傳感器采用直徑28mm的BW型箔式微型壓力盒，它與YJD-17型靜動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀，P20R-17型預(yù)調(diào)平衡箱，PZ型數(shù)字直流電壓表配合，由數(shù)字電壓表直接讀出微應(yīng)變。位移傳感器采用YHD-50型位移計(jì)。表7.3相似材料配比表序號(hào)巖層厚度m分層模型厚度 cm累計(jì)厚m配比號(hào)總重kg砂kg碳酸鈣kg石膏kg水kg硼砂g25砂頁巖1.51.5090.306379.307.970.930.41

27、.029.3024細(xì)砂巖5.27212.672.6088.8086.1365516.5516.1214.1913.821.181.151.181.151.821.7716.616.123砂頁巖2.532.5383.5367315.6913.541.570.671.7315.722頁巖4.36212.162.281.0078.8477313.3913.6411.7211.941.171.190.500.511.431.4513.413.621石灰?guī)r3.393.3976.6466421.0218.021.801.202.3121.020煤0.610.6173.722.942.020.230.060

28、.322.9019砂頁巖4.30212.12.272.6470.5467313.0213.6411.1611.691.301.360.560.581.431.5013.013.618石灰?guī)r1.431.4368.437738.877.760.780.330.988.9017砂頁巖1.431.4366.916738.877.700.890.380.988.9016中粗砂 巖8.423212.822.802.8065.4862.6659.8666417.4817.3617.3614.9814.8814.881.501.491.491.000.990.991.921.911.9117.517.417.

29、415頁巖0.490.4957.067733.042.660.270.110.333.0014細(xì)砂巖8.453212.852.802.8056.5753.7250.9265517.6717.3617.3615.1514.8814.881.261.241.241.261.241.241.941.911.9117.717.417.413砂、頁巖互層3.49211.791.7048.1246.3367311.1010.549.519.031.111.050.180.451.221.1611.110.512砂頁巖4.30212.202.1044.6342.4367313.6413.0211.6911.

30、161.361.300.580.561.501.4313.613.011石灰?guī)r5.38212.782.6040.3337.5566417.2416.1214.7813.821.481.580.990.921.901.7717.216.110頁 巖4.05212.052.0034.9532.9077312.7112.4011.1210.851.111.040.480.471.401.3612.712.49煤2.92.930.9013.929.551.090.271.5313.98砂質(zhì)頁巖4.25212.002.2528.0026.0069312.4013.9510.6311.961.241.390.530.601.361.5312.414.07粉砂巖3.59211.791.8023.7521.9675511.1011.169.719.760.690.700.690.701.22