横弯褶皱，是由于岩层在垂直方向的升降运动所造成的。横弯褶皱的最大主应力方向近
似于垂直，中间主应力与最小主应力方向则在水平方向，但在某些情况下，如圆形弯隆，
则不易确定主应力的具体方向。若是短轴直立背斜，其中间主应力方向就为长轴方向，水平
方向则为最小主应力方向。

 

　　

 

　　三、煤矿井下地质构造对地应力分布影响的模拟分析

 

　　为了使得煤矿井下地质构造对地应力分布影响更加形象与具体，本文将以某矿区向斜
构造作为研究对象，并采用

FLAC3D 软件进行模拟分析。 

　　（一）相关数据模型的构建

 

　　对于本次研究而言，采用的

FLAC3D 软件其数值模型十分复杂，主要在于向斜构造具

有多地层结构，而该软件本身模拟功能上有所欠缺，因此为了使得模拟更加切合实际，本
文也辅助采用了

Rhinoceros 软件与 Kubrix 软件构造三维模型，最后利用 FLAC3D 软件进行

具体的数值计算。总的来说，本文提到的向斜构造在建立数值模型之前，必须对矿区的煤层
底板与钻孔柱状图及井上与井下的对照图进行熟悉与了解，将向斜构造一半进行模拟，最
终确定出本次模拟范围：长

x 宽 x 高为 2km·1km·1km。为此，我们得到了如图 2 所示的数值

模拟图：

 

　　

 

　　

 

　　图

2 FLAC3D 软件计算数值模型示意图 

　　（二）相关力学参数分析

 

　　本次模拟分析中所涉及的参数主要可以由表

1 体现，详见表 1 所示： 

　　表

1 相关力学参数表 

　　

 

　　

 

　　在表

1 中，从左至右的符号分别表示的是：密度、弹性模量、泊松比、内摩擦角、抗拉强

度与黏聚力。

 

　　（三）模型条件及相应的模拟过程分析

 

　　对于煤岩体的水平应力而言，其组成部分主要有两个方面：第一是自重应力引发的水
平应力分量（）；第二是构造运动导致的水平应力分量（）。其中最大的水平主应力我们可
以采用如下计算公式：

 

　　

 （1） 

　　为了使得模拟更加真实，使得地质构造对地应力分布影响的演化过程更加清晰，这里
主要采取了以下两个阶段：

 

　　

1）进行自重应力场的模拟：在该阶段，对于模型底面垂直位移应固定，而且四个侧面

的法向水平位移也要固定，接着对模型在自重下进行运算至平衡。

 

　　

2）进行应力场的模拟及构造：在该阶段，应将模型右侧面的法向水平位移的固定边界

条件解除，同时施加一个速度边界条件。

 

　　此外，根据事先对该地质构造的地应力测量，我们可以求得后

10 个测站地应力的大小

与方向所模拟的水平应力，同时根据自重应力产生的水平应力分量，及构造运动导致的水
平应力分量，最终就可以将施加于模型中的水平应变求出来。此外，水平应变也可以利用模
型右侧施加一定的水平速度后经过相应运算获取，具体的关系计算为：

 

　　（

2） 

　　在公式（

2）中，v 指的是水平速度，S 则指的是运算的时步，L 则为模型的长度。我们

在进行数值计算的时候，应保证施加的水平速度要足够小，这样才能保障模型在运算的时