倾斜矿体采动与断层活化作用引起竖井变形的物理模型试验

doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2020.01.121

倾斜矿体采动与断层活化作用引起竖井变形的物理模型试验

孙琪皓^,¹^,²^,³, 马凤山^,¹^,², 赵海军¹^,², 郭捷¹^,², 曹家源¹^,²^,³

1.中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院页岩气与地质工程重点实验室，北京 100029

2.中国科学院地球科学研究院，北京　100029

3.中国科学院大学，北京 100049

Physical Simulation Experimental Study on Mining and Fault Activation Induced by Excavation

SUN Qihao^,¹^,²^,³, MA Fengshan^,¹^,², ZHAO Haijun¹^,², GUO Jie¹^,², CAO Jiayuan¹^,²^,³

1.Key Laboratory of Shale Gas and Geoengineering，Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Science，Beijing 100029，China

2.Innovation Academy for Earth Science，Chinese Academy of Science，Beijing 100029，China

3.University of Chinese Academy of Science，Beijing 100049，China

通讯作者: 马凤山（1964-），男，河北吴桥人，研究员，博士生导师，从事地质工程地质灾害研究工作。fsma@mail.iggcas.ac.cn

收稿日期: 2019-07-01 修回日期: 2019-11-06 网络出版日期: 2020-03-06

基金资助:

国家自然科学基金面上项目“金属矿山地下采动引起的竖井变形破坏机理研究”. 41772341
国家自然科学基金重点项目“海底采矿对地质环境的胁迫影响与致灾机理”. 41831293

Received: 2019-07-01 Revised: 2019-11-06 Online: 2020-03-06

作者简介 About authors

孙琪皓（1993-），男，山东枣庄人，博士研究生，从事工程地质与岩石力学研究工作sunqihao16@mails.ucas.ac.cn , E-mail：sunqihao16@mails.ucas.ac.cn

摘要

倾斜矿体开采引起的地表变形与断层活化问题给矿山工程带来重大隐患，如竖井破坏。为了研究倾斜矿体采动及断层活化作用下竖井的变形破坏规律，引入一种软材料小模型物理模拟方法，对不同倾斜角度矿体、不同倾角断层下的模型进行开挖试验。结果表明：该方法能够较好地模拟典型的工程地质现象；在试验工况下，矿体倾斜角度不同，则自重应力场中的竖井受到采动影响的程度不同；处于开挖区上方的隐伏断层，倾角极缓时具有一定屏蔽垂直位移的作用，缓倾断层活化对水平位移的影响和陡倾断层活化对于垂直位移的影响具有某些相似性和对称性；倾角越接近45°，断层活化作用越强烈，对地表起伏度的影响越大，且竖井更有可能产生上部沉降、底部拱起的现象。

关键词： 开挖 ; 物理模拟 ; 小模型 ; 倾斜矿体 ; 断层活化 ; 自重应力 ; 竖井变形

Abstract

Underground mining will inevitably change the stress state of the original rock and stress equilibrium state of overlying strata.The overlying strata move and deform during this process until a new stress balance is reached.During this process，the overlying rock layer moves and deforms，and passes upward to cause deformation of the ground surface.Because the ore bodies are mostly inclined，the movement rules of the surface and deep rock bodies caused by underground mining of metal mines are often different from those of sedimentary strata mines such as coal mines.In addition，fault activation often occurs under the action of excavation，leading to discontinuous and uncoordinated deformation of the surface and rock strata.Rock deformation，shaft deformation and fault activation caused by mining of inclined orebody have posed a serious threat to mine engineering.Many researchers have done a lot of research including theory，experiments and numerical simulations.In order to study the deformation and failure rules of vertical shaft under the mining of inclined ore body and fault activation，a physical simulation method for small models of soft materials was introduced.This method overcame many shortcomings of traditional physical simulation methods and had the advantages of simple operation and recycled.It could reflect the influence of self-weight stress on the physical and mechanical properties of materials in the molding process.This method was then used to carry out excavation experiments on models with different inclination angles of ore bodies and faults and good experimental results were finally obtained.The experimental results show that the location and settlement value of the settlement center change with the inclined angle of the ore body under the action of self-weight stress.The shaft is affected in a different way by mining because of varied angle of ore body.The vertical displacement of the shaft may be the result of overlying strata movement in goaf.It may also be due to the superposition of the overburden`s movement and the mining operation below.It depends on relative position of shaft and goaf.The hidden fault above the excavation area has the function of shielding vertical displacement to a certain extent when the dip angle is extremely low.The fault activation become stronger when the fault dip is close to 45° and it has a greater impact on surface deformation.The shaft is also subjected to greater squeezing and shearing action.These results have a valuable reference for mining design and site selection of shaft.

Keywords： excavation ; physical simulation ; small model ; inclined ore body ; fault activation ; self-weight stress ; shaft deformation

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本文引用格式

孙琪皓, 马凤山, 赵海军, 郭捷, 曹家源. 倾斜矿体采动与断层活化作用引起竖井变形的物理模型试验[J]. 黄金科学技术, 2020, 28(1): 51-60 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2020.01.121

SUN Qihao, MA Fengshan, ZHAO Haijun, GUO Jie, CAO Jiayuan. Physical Simulation Experimental Study on Mining and Fault Activation Induced by Excavation[J]. Gold Science and Technology, 2020, 28(1): 51-60 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2020.01.121

地下矿体开采引起地表和竖井变形破坏是采矿工程中常见的工程地质问题。近年来随着深部资源开采进程的不断加快，地表岩移和矿山竖井工程变形破坏等问题逐渐受到重视。而工程岩体处于日益复杂的地质环境中，其变形破坏过程仍需进一步深入研究。

断层的存在常使位移的连续性和变形的协调性发生改变。断层活化是指断层在外力作用下进一步发育的过程。在矿体开挖区周围存在断层时，常会引起断层活化，从而诱发一系列断层效应^{[1,2,3,4,5,6]}，如非连续的地表岩移规律、沉降中心偏移、岩体裂缝和地表陡坎等。这种断层效应一方面受到岩性、产状、构造和充填物等断层自身性质的影响，另一方面也与开挖区的特点和断层相对位置有关^[7,8,9,10]。

针对以上问题，国内外学者开展了大量的理论研究和现场调查工作，并取得了许多有价值的成果^{[11,12,13,14,15,16,17]}，但鲜有试验研究的报道。究其原因主要在于这类工程问题所需的模型尺寸通常较大，试验设计和操作过程较为复杂，已有的试验方法应用在此问题上时多表现不佳，试验所需条件与实际情况往往存在较大的偏差，且这些方法对测试装备和测量装置的要求较高。因此，本文引入一种改进的软材料小模型物理模拟方法，该方法可以克服大多数上述困难，且能够反映模型成型过程中自重应力对材料物理力学性质的影响，而这种影响对于地质体来讲理论上是一种不可忽略的重要因素^[18,19]。徐嘉谟等^[20]认为一定配比下这种软材料模型中存在的固化压力可以模拟矿山初期的地应力作用。Zhao等^[19]曾利用徐嘉谟等^[20]的方法对边坡开挖引起的断层活化现象进行了模拟，取得了较好的结果，而卢蓉等^[21]应用数值模拟与该试验方法进行对照，验证了该方法的有效性。

金川矿山是世界上拥有特大型硫化铜镍矿床的矿山之一，其工程地质条件十分复杂。二矿区是目前正在开采的大型地下矿山，其开采过程存在一系列工程安全问题。其中，二矿区矿体东侧的14行风井承担着二矿区多个运输水平和生产盘区的回风任务，曾发生严重破坏，造成了巨大的经济损失^[22,23]。因此，本文基于金川二矿区14行勘探线附近区域的工程地质条件和工程布置特点（图1），从地质剖面图概化抽象出其主要特征，采用软材料小模型的试验方法，研究仅在自重体积力的作用下，倾斜矿体开采对竖井变形的作用机制，分析矿体上方不同倾角的隐伏断层发生活化的过程，并讨论其结果对于地表和竖井宏观变形的影响。

1 试验材料和方法

1.1 关于模型相似性的讨论

在进行物理模型的试验设计时，一般应保持模型与原型之间的相似性。但是由于采矿环境的工程地质条件较为复杂，且本文的研究目标是在该工程布设条件下开挖和断层对工程稳定性的影响而不讨论其他因素，如岩土体性质等，因此无需严格满足相似准则，而只需挑选重要指标来满足相似性要求。

基于采矿深度为800 m的实际工程情况，首先确定几何相似比为2 000，据此模型框架的尺寸设计为500 mm×400 mm，开挖矿体尺寸为65 mm×40 mm。为了使模型与原型相似，假定二者均可用静力平衡方程描述，且各单值条件相似。则可得到几何相似系数 $C_{L}$ 、应力相似系数 $C_{P}$ 、单位体重相似系数 $C_{ρ}$ 和包含体力的一个静力平衡方程如下：

C_{L} = L_{H} / L_{M}

（1）

C_{P} = P_{H} / P_{M}

（2）

C_{ρ} = ρ_{H} / ρ_{M}

（3）

\frac{\partial σ_{x}}{\partial x}

\frac{\partial τ_{x y}}{\partial y} + \frac{\partial τ_{x z}}{\partial z} + ρ_{x} = 0

（4）

式中：L为长度（下标H表示原型，M表示模型，例如L_H为原型的长度，L_M为模型的长度，下文与此相同）；P为应力； $ρ$ 为单位体积的重量。 $σ_{x}$ 为沿 $x$ 轴方向的法向应力， $τ_{x y}$ 、 $τ_{x z}$ 分别是沿 $x$ 、 $y$ 轴和 $x$ 、 $z$ 的切向应力。

将式（1）、（2）、（3）代入式（4）中，整理得到：

\frac{C_{P}}{C_{L} C_{ρ}} （ \frac{\partial σ_{x}}{\partial x}

\frac{\partial τ_{x y}}{\partial y} + \frac{\partial τ_{x z}}{\partial z}

）=-

ρ_{x m}

（5）

式中： $ρ_{x m}$ 为模型单位体重沿 $x$ 轴方向的分量。这时仅当 $\frac{C_{P}}{C_{L} C_{ρ}} = 1$ 时，模型与原型满足相似关系，这时的应力换算关系为

P_{H} = P_{M} L_{H} ρ_{H} / L_{M} ρ_{M}

（6）

由此应力表达式可知，式中不涉及材料的弹性参数，因此只要满足弹性理论的假设，不管选用什么材料来模拟自重应力场，在理论上都是可行的。

应力大小实质上是通过应变测量得到的。对于小模型来说，自重应力场下的应变一般很小，难以测量。为解决这个问题，假定原型和模型均满足物理方程，且单值条件相似，得到应变相似系数 $C_{ε}$ 、弹性模量相似系数 $C_{E}$ 、应力相似系数 $C_{P}$ 、泊松比相似系数 $C_{μ}$ 和其中一个物理方程的表达式如下：

C_{ε} = ε_{H} / ε_{M}

（7）

C_{E} = E_{H} / E_{M}

（8）

C_{P} = P_{H} / P_{M}

（9）

C_{μ} = μ_{H} / μ_{M}

（10）

ε_{x} = \frac{1}{E} [σ_{x} - μ （ σ_{y} + σ_{z} ）]

（11）

式中： $ε$ 为应变； $E$ 为弹性模量； $μ$ 为泊松比。 $ε_{x}$ 为 $x$ 轴方向的应变， $σ_{x}$ 、 $σ_{y}$ 、 $σ_{z}$ 分别为 $x$ 、 $y$ 、 $z$ 轴方向的法向应力。

将式（7）、（8）、（9）、（10）代入式（11）中，整理后得到：

\frac{C_{ε} C_{E}}{C_{P}} （ ε_{x} ）_{M} = \frac{1}{E_{M}} {[σ_{x} - μ （ σ_{y} + σ_{z} ）]}_{M}

（12）

这时，仅当

\{\begin{matrix} \frac{C_{ε} C_{E}}{C_{P}} = 1 \\ C_{μ} = 1 \end{matrix}

（13）

成立时，模型与原型满足相似关系。将该相似条件代入式（5），得：

ε_{H} = \frac{L_{H} ρ_{H} E_{M} ε_{M}}{L_{M} ρ_{M} E_{H}} = K E_{M} ε_{M}

（14）

式中： $K = L_{H} ρ_{H} / L_{M} ρ_{M} E_{H}$ 。

由上式可知，对于岩体中某个确定的点， $ε_{H}$ 是定值，因此 $E_{M}$ 越小，则 $ε_{M}$ 越大，其值就越容易测量。通过几何方程，可以从应变得到变形：

ε_{x} = \frac{\partial u}{\partial x}

（15）

C_{∆} = ∆_{H} / ∆_{M}

（16）

C_{ε} = ε_{H} / ε_{M}

（17）

C_{L} = L_{H} / L_{M}

（18）

式（16）、（17）、（18）分别为位移相似系数 $C_{∆}$ 、应变相似系数 $C_{ε}$ 和几何相似系数 $C_{L}$ 的表达式， $∆$ 表示位移（ $∆_{H}$ 为原型位移量， $∆_{H}$ 为模型位移量），式（15）为一个几何方程。把式（16）、（17）、（18）代入式（15）中，得：

ε_{x} = \frac{\partial u}{\partial x} \frac{C_{∆}}{C_{L} C_{ε}}

（19）

因此，在相似关系下 $\frac{C_{∆}}{C_{L} C_{ε}}$ =1，将其代入式（14）中，得到：

∆_{H} = \frac{∆_{M} L_{H}^{2} ρ_{H} E_{M}}{L_{M}^{2} ρ_{M} E_{H}} = J E_{M} ∆_{M}

（20）

其中， $J = L_{H}^{2} ρ_{H} / L_{M}^{2} ρ_{M} E_{H} = C_{L}^{2} C_{ρ} / E_{H}$

分析式（20）可知，当 $J$ 一定时，原型的变形量 $∆_{H}$ 取决于 $E_{M} ∆_{M}$ 。对于某一条件下给定的研究状态来说， $∆_{H}$ 是个常数，因此 $E_{M}$ 越小，则 $∆_{M}$ 越大，即观察到的模型变形越明显。

通过上述分析可知，在模拟自重作用下产生变形破坏时，明胶软材料具有很大的优势，能够直观地观察模型整体的变形规律。因此，本文采用该方法，从定性角度研究倾斜矿体开采作为一种工程动力地质作用对已建成竖井及地表变形破坏的影响。

1.2 试验步骤

本研究采用一种具有良好光弹性特征的合成软材料进行模拟试验。模型是由明胶、甘油和水采用3∶5∶20的质量比，充分混合熔融后在2块透明钢化玻璃板与木质框架之间垂直成型的（图2）。模具长500 mm，高400 mm，厚20 mm。当液体模型在室温下凝固成型1～2 d后，将其平放至工作台并取出玻璃板，直接将刀片插入模型中切割出设计好的开挖面和其他不连续面。然后，重新安装玻璃板并重新垂直放置模型，仅在自重应力的条件下，在随后的几分钟内即可观察到变形。熔融混合物凝固后，弹性模量一般较低（约为0.01 MPa），泊松比较高（0.3~0.4）。在不考虑非均质和各向异性的情况下，该试验方法具有规模小、质量轻、周期短且材料可重复利用等优势，虽不能准确测量出合成材料的力学参数和模型中应力和应变的变化，但软材料的固化压力可以模拟岩体中存在的初始应力，能够较相似地反映典型的工程地质现象。

图1

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图1 金川二矿区14行勘探线工程地质概况

Fig.1 Engineering geological conditions of line 14 in No.2 Jinchuan

图2

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图2 软材料模型（a）及监测点布置（b）

Fig.2 Soft material model（a）and monitoring station layout（b）

为了捕捉试验过程中地表、竖井变形和断层的活化过程，在地表附近、竖井及断层上下盘分别设置了监测点，所有试验过程均采用摄影测量记录下来，并导入计算机中通过前后对照得出结果。

2 倾斜矿体开采对竖井变形的影响

与水平煤层相比，倾斜金属矿体在赋存条件、开采方法和岩体传力机制等方面存在很大不同，所以开采倾斜矿体会产生不同的岩移特征和地表变形形态^[19]。同时，矿山开采引起的岩体移动又会导致竖井井筒的变形破坏。目前关于这方面的研究还较为少见，因此，根据金川二矿区14行的地质条件和工程布置特点，抽象出如图3所示的模型。在试验中以开挖矩形块体和平行四边形块体模拟采矿，分别进行垂直矿体、75°倾斜矿体和-75°倾斜矿体3种情况下的开挖试验，块体两边边长分别为65 mm和40 mm，竖井布置于开挖区的右上方，通过对比分析倾斜矿体开采对竖井变形的影响作用。

图3

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图3 倾斜矿体开采模型示意图

Fig.3 Schematic diagram of inclined ore body mining model

由地表监测点垂直位移曲线［图4（a）］和水平位移曲线［图4（b）］可知，当开挖垂直矿体时，地表垂直沉降中心位于模型中央，垂直位移和水平位移关于沉降中心呈对称分布。当开挖75°倾斜矿体时，垂直地表沉降中心向右侧（矿体倾斜方向）移动，水平位移最大值出现在模型偏左位置。当开挖-75°倾斜矿体时，垂直地表沉降中心向左侧（矿体倾斜方向）移动，水平位移最大值出现在模型中间偏右位置。这种现象符合采矿引起地面沉降的一般性规律，说明该模型能够较相似地反映出典型的工程地质现象。

图4

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图4 地表监测点垂直（a）、水平（b）位移分布图

Fig.4 Displacement distribution diagram of surface monitoring points on the vertical（a） and horizontal（b） directions

由竖井监测点垂直位移曲线［图5（a）］可知，当开采垂直矿体和-75°倾斜矿体时，从地表至井筒底部，竖井监测点的垂直位移都呈现出近乎线性减小的现象，这说明此时竖井的垂直变形主要是由于开挖引起上覆岩层沉降造成的，岩层沉降自上而下减小，因此推断井筒承受的挤压应力自上而下也逐渐减小。而当开采75°倾斜矿体时，从地表至井筒底部，竖井监测点的垂直位移呈现出先增大后减小的趋势，这说明竖井工程处于开采影响范围内，距离采空区距离较近，其垂直位移不仅与上覆岩层沉降有关，还受矿体开采和采空区卸荷的影响。由竖井监测点水平位移曲线［图5（b）］可知，当开采垂直矿体和-75°倾斜矿体时，竖井水平位移为负（向左），当开采75°倾斜矿体时，竖井水平位移为正（向右），且3种情况下竖井自上而下的水平位移变化都很小，推断当井筒仅受重力场作用时其所受的剪切作用很小。

图5

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图5 竖井监测点垂直（a）、水平（b）位移分布图

Fig.5 Displacement distribution diagram of shaft monitoring points on the vertical（a） and horizontal（b） directions

3 开挖引起的断层活化过程

断层作为地质体中的不连续面和低强度带，在开挖作用下常会产生活化作用。在本试验模型中以开挖矩形块体来模拟采矿，矩形块体长65 mm，高40 mm，在开挖区的正上方布设长度为160 mm、具不同倾角的断层，其倾角分别为15°、45°和75°（图6），然后通过对比分析断层活化的过程及其特征。

图6

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图6 断层活化模型示意图

Fig.6 Schematic diagram of fault activation model

从断层上下盘位移及位移差曲线［图7（a）~7（f）]可知，当倾角为15°时，断层上下盘的垂直位移均很小，且上下盘垂直位移差几乎为0，水平位移均为负值（向左），且从左至右以近乎相同的斜率线性减小，上下盘水平位移差也几乎为0。当倾角为45°时，断层上盘垂直位移从左至右先增大后减小，波动较大，下盘垂直位移在4 mm附近小幅波动，因此上下盘垂直位移差从左至右也是先增大后减小，近似对称，上盘和下盘的水平位移均从左至右以近似线性的趋势减小，但相同位置均大于15°倾角断层，且上下盘水平位移差也很小。当倾角为75°时，断层上下盘的垂直位移从左至右均为近似线性减小，且上盘斜率略大于下盘，水平位移均较为恒定，位移差在0值附近波动。

图7

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图7 断层监测点位移分布图

（a）上盘垂直位移；（b）下盘垂直位移；（c）上盘水平位移；（d）下盘水平位移；（e）上下盘垂直位移差；（f）上下盘水平位移差

Fig.7 Displacement distribution diagram of monitoring point near fault

对比试验结果可知，在该种工程布设条件下，处于自重状态下的开挖区上方断层，倾角如果过于平缓或过于陡立，上下盘的变形则更趋于同步，沿断层自底部至顶部其垂直位移和水平位移更倾向于线性分布，在开挖作用下断层发生滑移错动的程度更小；对于倾角处于45°左右的断层，由于开挖和自重作用，其上下盘的错动更为明显，尤其是在垂直方向，上盘错动显著大于下盘，形态上表现为较强烈的挤压和嵌入。

4 断层活化对地表变形的影响

地下连续体开挖引起的岩体移动规律得到了广泛的研究，而当地下开挖区附近存在断层时，地表岩移常会由于断层效应而发生改变。为了研究断层活化对地表宏观变形的作用机制，利用软材料物理模型进行试验研究。

由地表监测点位移分布曲线［图8（a）、8（b）］可知，当存在倾角为15°的断层时，在模型中间区域地表垂直位移与无断层情形下相比有所减小，同一位置的水平位移均比无断层时向左侧方向增大，水平位移最大值出现在模型左侧上盘区域。当存在倾角为45°的断层时，模型地表监测点垂直位移的极差增大，地表垂直沉降中心左移，水平位移均为负值（向左），且模型右侧下盘区域的水平位移远大于左侧上盘区域。当存在倾角为75°的断层时，同一位置的垂直位移均比无断层时略有增加，水平位移均为负值（向左），且最大值出现在模型右侧下盘区域。

图8

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图8 地表监测点垂直（a）、水平（b）位移分布图

Fig.8 Displacement distribution diagram of surface monitoring points on the vertical（a） and horizontal（b） directions

由以上分析可知，在开挖作用下，开挖区正上方的断层活化导致了地表位移的变化，致使地表沉降中心发生偏移，在某些区域可能会有较大的位移值。极缓倾断层的存在一定程度上使得上覆岩层的沉降量减小，说明在自重应力条件下极缓倾断层具有一定的屏蔽垂直位移的作用。极缓倾断层使模型的水平位移以小幅度近似均匀地增加，陡倾断层使模型的垂直位移以小幅度近似均匀地增加，可以看出，缓倾断层活化对水平位移的影响和陡倾断层活化对垂直位移的影响具有某些相似性和对称性。断层倾角越接近45°，沉降中心的垂直位移越显著，模型地表的起伏度越大，水平位移差也明显增大。

5 断层活化对竖井变形的影响

当竖井处于采矿引起的岩移范围内时，竖井会因为剧烈的岩移而产生较大面积的变形破坏。然而在实际工程中，竖井的破坏常常出现在局部特殊部位，而在其他部位并未出现明显破坏。调查中发现，在采动影响下，由于竖井附近断层的滑移常常造成井壁的错动，从而引发竖井井筒局部的异常破坏现象^[24]。为了研究断层活化引起竖井变形破坏的过程，利用软材料物理模型进行模拟试验，分析不同倾角隐伏断层的活化作用对于竖井变形的影响机制。

由竖井监测点位移分布曲线［图9（a）、9（b）］可知，当断层倾角为15°时，自地表至井筒底部，竖井垂直位移较无断层时有所减小，且模型地表附近减少值最大，水平位移比无断层时有所增加。当断层倾角为45°时，地表处竖井垂直位移最大，自地表向下垂直位移急剧减小，至井筒底部附近垂直位移变为负值（向上），水平位移比无断层时有所增加。当断层倾角为75°时，垂直位移较无断层时小幅增加，水平位移较无断层时也有所增加。

图9

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图9 竖井监测点垂直（a）、水平（b）位移分布图

Fig.9 Displacement distribution diagram of shaft monitoring points on the vertical（a） and horizontal（b） directions

由上述分析可知，在自重应力和开挖作用下，当存在缓倾断层和陡倾断层时，竖井的垂直变形分别略有增加和减小，水平变形则均显示增加。当断层倾角越接近45°时，由于断层活化作用可能产生竖井上部沉降、下部拱起的现象，从而可以推断竖井在整体受力上处于被挤压的状态，由于还存在一定的水平位移差，因此竖井也承受着一定的剪切力作用。

6 结论

通过采用软材料小模型，在自重应力条件下进行物理模拟试验，得出如下结论：

（1）在本文工程布设下，当开采垂直矿体和-75°倾斜矿体时，竖井的垂直变形主要是由于开挖引起上覆岩层沉降造成的；当开采75°倾斜矿体时，竖井的垂直位移是上覆岩层沉降和矿体开挖、采空区卸荷共同作用的结果；此外，仅在自重应力场下竖井均承受较小的剪切力作用。

（3）处于开挖区上方的隐伏断层，倾角越平缓或越陡立，上下盘的变形就会越趋于同步，沿断层位移也更倾向于线性分布，而倾角在45°左右的断层，其上下盘的错动更为明显，活化程度更高，推测断层两盘会产生较大的相互作用力。

（4）开挖区正上方的隐伏断层活化会导致地表位移的变化，地表沉降中心发生偏移。在自重应力条件下，极缓倾断层具有一定的屏蔽垂直位移的作用。缓倾断层活化对水平位移的影响和陡倾断层活化对垂直位移的影响具有某些相似性和对称性。断层倾角越接近45°，沉降中心的垂直位移越显著，模型地表的起伏度越大，水平位移差也明显增大。

（5）在自重应力下开挖，缓倾断层会使垂直变形略有增加，而陡倾断层会使竖井的垂直变形略有减小。倾角越接近45°的断层发生活化可能使竖井产生上部沉降、下部拱起的现象。此时竖井整体处于一种被压缩的状态。

参考文献

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文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

张亚民，马凤山，王杰，等.

陡倾断层上下盘开挖引起地表变形的数值模拟分析

[J].中国地质灾害与防治学报，2012，23（3）：61-65.