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门帘石及其地质意义2

时间:2019-07-28 22:51

为。裂缝最初为扁平状,则0→0,在椭圆触端卤=0。可得裂缝表面的最大拉应力。
0听=4(0+0)6所以,椭圆裂缝的端点开始拉破裂,且沿着长轴方向裂缝扩展,其周壁受拉张作用的影响,也会产生张裂裂隙。(2)上覆岩层形变与破坏。
从图1可以看出,岩溶洞塌陷部位的上覆岩层及周壁均发生程度不同的变形(下沉)与破坏(位移)。根据弹性理论及光弹实验,地下洞室洞壁的应力在长轴两端点压应力集中最大,易出现压碎破坏,而短轴两端易出现拉应力集中。由于有门帘石相伴的陷落柱是准同生发育的,上覆岩层尚且不厚,因此长轴两端点压应力集中有限,主要产生拉应力集中。而且,这样的地下澜嘉更县有斜坡崩操的粒练特征。依此而论,平行干确落柱长轴方 ht
164工程地质学报第6卷
向发育的、使门帘石形成的裂隙,主要是在两长壁拉应力集中的结果。图5所示,压应力及变形带主要产生上覆岩层的冒落塌陷,拉应力及变形带产生裂缝。这种变形与破坏过程首先从上覆岩层下沉开始,影响范围较广,可达百余米的半径方圆面积。重力作用继续进行,下沉进一步发展导致上覆岩层塌陷,同时在塌陷以外的下沉区产生裂隙。上覆岩层下沉其实是岩体局部垂直位移的表现,同时伴随水平位移现象-拉应力的结果。上覆岩层水平位移的直观表现是岩层开裂,它是下沉及塌陷的伴生产物。现代地表下沉与塌陷观测表明[1,开裂分布的范围相当广泛,一般多分布在沉降范围内或塌陷周围,开裂长度为5~
150m,裂缝宽1~30cm,裂缝面倾角在70°~80,倾向指向下沉或塌陷中心。这种现象与门帘石所充填的裂隙的形态、产状及宽度等特征惊人地吻合,充分说明门帘石确实与准同牛陷落柱具有成牛关系。(3)周壁破裂。上覆岩层下沉、塌陷之后,溶洞周边的应力作用并未终止,转化为溶洞周壁岩体的应力变化状态。准同生陷落柱塌陷时,上覆岩层还较薄,重力荷载小,加上上覆岩层的下沉及塌陷从而出现了类似于斜坡的应力效应。斜坡成坡过程相当于陷落柱塌陷后)中临空面周围岩体卸荷回弹,引起应力重分布和应力集中等效应。用有限元法解出的坡体破坏之前的主应力迹线和崩塌实例表明,坡脚附近最大主应力(相当于临空面的切向应力)显著增高,且愈近表面愈高;最小主应力(相当于径向应力)显著降低,于表面处降为零,甚至转为拉应力;如果坡体中具有与斜坡走向近于平行的陡倾结构面(可以是煤岩层中已存在的纵向裂隙),则最利于崩塌的形成;另外,由于平缓的软弱面对陡倾的拉裂面起一定的阻隔作用,不利于拉裂面向深部扩展。由此可知,陷落柱塌陷时能够在其长壁两侧产生利于门帘石形成的拉张裂隙,此裂隙又因软弱的煤层(或压实的泥炭层)的存在,对拉裂面的继续发育起到了阻隔作用而很少深达至煤层底板。
上面关于地下洞室的应力变形和破坏的岩石力学分析,阐明了(准同生)陷落柱塌陷过程中其围岩产生拉张裂隙的可能性,并且主要沿陷落柱的长轴方向,即NE向产生张裂隙;同时也解释了准同生陷落柱与后生陷落柱所表现的一般特征的不同之处,即环形断裂不发育嘉要成露盒天蓝热的裂al Electronic Publishing House.All riglhts reserved.htr
2期刘俊杰等:门帘石及其地质意义165在先期构造应力的作用下,大同煤田基岩形成NE向为主的断裂构造,因此,陷落柱长轴大多数与此平行展布。显然,塌陷时产生的拉张力使煤岩层中原本存在的裂隙进一步加宽。因此,门帘石主要地呈NE向展布当是不言而喻的。
1.3门帘石的地质意义
门帘石这种独特的地质现象必定指示陷落柱成生的意义,尤其对那些准同生陷落柱。
按煤层3m厚、门帘石0.3m厚计算,上覆100m处的煤岩层中将存在近9m宽的门帘石。
而至今尚未有这样的门帘石揭露或报导。也就是说,门帘石是溶洞上覆煤岩层厚度还不大时发生塌陷之后,随再上覆岩层沉积时一同形成的,即在大同组煤系地层沉积时期之内形成的。这样,根据门帘石存在与否,预报采掘前方(准同生)陷落柱的发育状况无疑提供了一种简捷准确的方法。2存在问题与结语
门帘石是在煤层(或压实泥炭层)及其上部岩层形成之后,在陷落柱塌陷之前的重力作用下及塌陷过程中产生的拉张力作用下,使已存在的裂隙进一步加宽,随上覆岩层沉积而充填于煤层裂隙中的脉状沉积物。和陷落柱一样,门帘石的发育与展布方向受先期形成的区域断裂构造的控制,呈NE向展布,分布具有一定的规律性,与陷落柱的形成具有成生关系,因而可以指示陷落柱的存在。但是,无门帘石发育的地段并非预示着也没有陷落柱的存在,二者的主次关系是明确的。后生陷落柱就不会伴随门帘石存在。
有关门帘石的资料还需加强积累、进一步研究,具体注意以下内容:①门帘石的层位。
了解门帘石在哪些层位(煤层)中发育、哪些不发育,以分析其形成时间及其最大宽度、及其与陷落柱的关系;②门帘石的产状。门帘石的产状是否唯一、与区域构造联系是否紧密,对于解释其成因具有重要意义;③门帘石的岩性。门帘石的岩性与上覆岩层关系如何,是解释门帘石成因的重要因素之一,也可反映门帘石发育的高度;④门帘石与陷落柱的距离和延伸长度。其可以指示陷落柱塌陷时所能影响的范围。
致谢对大

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