倒矿柱使跨度达到时，覆岩会整体跨落，所以为确保不发生冲击地压，还应当采取定的防治措施，这将在下章讨论。相似模拟的各项试验结果跟数值计算结果基本吻合，包括地表沉降范围沉降模式离层的发展规律与存在范围都与数值计算结果较为相符，验证了数值计算中的各种推理，但是因为没有对覆岩内部的层理应力与应变进行测试，不能定量的将两者进行比较，也不能进行机理分析。相似模拟试验考虑的因素不够全面，例如弹模抗拉强度泊松比摩擦角等都没有考虑。未仔细考虑养护与开挖时间相似，结果也可能存在定误差。相似模拟试验中测量时采用无接触的全站仪与摄影仪，不仅可以准确的测量更多点的水平移动与垂直移动，还减少了开挖等人为因素对千分表的震动与触动，并提高其测量精度。而且模型中没有布置应变花，不能将覆岩内部的应力应变分布与数值计算结果进行比较。建议以后相似模拟试验中采用微型的应力测试手段测试应力。武汉大学硕士学位论文第五章覆岩变形的规律及其控制通过对木架山矿区倾斜采矿场覆岩变形的数值模拟与相似模拟研究，结合前人的研究成果，我们可以得出些覆岩变形与地表沉降的般性规律。此外，对于类似于木架山采空场处理后的覆岩情况，虽然达到了预期目的，但是因为覆岩跨度较大，余下的部分大矿柱可能难以维持覆岩的稳定，因此需要对此类情况下的覆岩控制进行方案研究。覆岩变形规律覆岩变形规律具体来说主要有两个方面覆岩破坏模式与地表沉降模式。覆岩破坏模式目前研究的最多的主要是不同组合形式的层状覆岩的变形破坏问题。如果层状组合的覆岩中有层或几层较为坚硬的厚岩层在整个上覆岩体的变形与破坏中起全部或局部的控制作用，这种坚硬的岩层即称为关键层，前者可称为岩层运动的关键层，后者可称为亚关键层。具体来说，关键层有如下特征几何特征相对其它相同岩层厚度较厚岩性特性相对其它岩层较为坚硬，即弹性模量较大，强度较高变形特征在关键层下沉变形时，其上覆全部或局部岩层的下沉量与它是同步协调的④破断特征关键层的破断将导致全部或局部上覆岩层的破断，引起较大范围内的岩层移动。因此木架山的主关键层应当为最下层白云岩。计算与试验均表明受采动影响，上覆岩层运动过程可分为三个阶段变形阶段当开挖空间很小时，其周围岩体在附加应力作用下会产生较大的应力集中，并产生微小的变形，随着工作面的推进，顶板岩层跨度增加，上覆岩体在重力作用下产生相对初始期较大的变形和移动，但是这种变形和移动的程度是非常有限的。这个过程相对于木架山矿层覆岩的跨度，在这个跨度内，数值计算和相似模拟均反映出覆岩是稳定的。弯曲阶段采场覆岩中的关键层未破断失稳前，覆岩般以单层或多层形式产生弹性武汉大学硕士学位论文地基结构挠曲下沉变形，此时，主关键层与亚关键层之间亚关键层与亚关键层之间变形的不协调将形成岩层移动中的离层和各种裂隙分布。从力学机制上讲，离层就是岩层接触面上的粘结力与岩体自重及作用在层面间的剪切力相比是很小量的结果。这个过程相对于跨度，此时覆岩内部离层逐步发育扩展，直接顶板开裂，因为主关键层发生了绕曲变形，引起了整个覆岩的弯曲下沉。两种方法显示的地表沉降程度和形式都很相近。垮落阶段随着跨度增加时，下位岩层的挠曲度迅速加大，其中的拉应力超过极限抗拉强度，在岩层板的边界处及下边缘层面处将产生不同程度的断裂现象，随着跨度的进步增加，直接顶，甚至是整个覆岩在瞬间由变形断裂迅速转为垮落，充填入采空区中。这个过程相对于跨度。因为有限元本身的局限性，只是根据抗拉强度来判断破坏，覆岩折断跨落的过程无法模拟出来，因此得到的覆岩变形量值也就没有了意义，而相似模拟在这方面就体现出了它的优势。覆岩的初始小量变形和最后的断裂跨落是非常明显的外在形态变化，至于在覆岩变形的第二阶段是否有离层产生，及其相关的些问题很多人都对此进行了广泛研究。例如我国学者王金庄的托板理论肯定了离层的存在及其制约因素，而德国学者克拉茨在他的著作采动损害及其防护中也对离层有过介绍，年俄国的ВЛСамарин发表了采动岩体中离层空间的形成文，重点研究了离层带形成问题，描述了离层带出现的位置影响因素等。郭惟嘉以地表移动数据反演，用动态数值计算模型研究了覆岩离层规律，给出了确定离层的理想高度，计算了最大离层随时间变化的曲线。我国学者钱鸣高经过长期的实践观测和研究分析，提出了裂隙带岩层可能形成的岩体结构模型如图。图砌体梁结构模型图表示回采工作面前后岩体形态，其中为垮落带为裂缝带为弯曲下沉带为煤壁支承区为离层区，为重新压实区。鉴于它似砌体样排列而组成的结构，因而称之为砌体梁。他们采用离散单元法模拟出来的关键层破断前后的离层分布情况如图所示武汉大学硕士学位论文图主关键层破断前后的离层分布情况根据本文第三章的计算结果，当跨度达到的时候，层理在跨度中部的拉应力达到层理的极限抗拉强度见图，所以这里可能会有裂隙离层产生。图可以看出覆岩跨度两端与上部覆岩共同形成了个压力拱。当跨度进步增加到的时候，离层范围扩展到了层理的第四层，并主要位于跨度两端。当跨度达到的时候，直接顶板跨落，离层扩展到了层理的第二层，且几乎完全位于跨度两端，覆岩从上到下明显的可以划分为弯曲下沉带裂隙带和跨落带。此外，由图明显可知覆岩发生了整体下沉，从两边往中间可以依次划分为支撑区裂隙区和重新压实区，覆岩整体形成了个岩粱，与图的裂隙带岩层结构变形极其相似。因此，对于层状覆岩来说，覆岩破坏首先是直接顶受拉，当跨度增加的时候，关键层以下覆岩与关键层之间关键层与亚关键层之间产生离层，形成裂隙带，上部覆岩形成压力拱达到定的平衡。跨度进步增加时，裂隙带整体下沉形成岩粱，直接顶开始跨落，形成跨落带，余下裂隙带中部被压实，裂隙离层转移到跨度两端。如果关键层此时也发生了明显的沉降，跨度增加后覆岩将会整体跨落。如果关键层很稳定，裂隙带跨落后，关键层将作为拱顶继续下次的周期跨落。这是个拱粱拱的交替变化过程。数值计算和相似材料模拟实验的结果均表明，在采场推进过程中，采场覆岩中会形成个裂隙拱。该裂隙拱的拱迹线为裂隙带中各传递岩梁的端部断裂线和裂隙带与缓沉带的分界线。垮落带和裂隙带中己发生明显运动的岩层位于裂隙拱内，而垮落带和裂隙带中尚未发生明显运动的部分岩层及缓沉带岩层位于裂隙拱外。要确定岩层板的边界，则应首先确定平衡拱的形态。关于这个问题，学者们的观点不尽相同，但概括起来不外乎三种形态是半园形的，并