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摘要
【目的】金属矿山地下充填开采中不同中段之间顶板厚度的确定对于采场稳定性至关重要，尤其对于厚跨比较大与倾斜矿体条件下顶板安全厚度计算方法的研究还不充分。【方法】基于Reissner厚板理论(厚跨比>0.125～0.2)，考虑厚板横向剪切变形，推导四边固支条件下的顶板挠度表达式。采用传统杨森散体压力理论，针对倾斜矿体开采后顶板上覆松散充填体的情况，推导出倾斜角度下的散体压力表达式。最终根据第一强度理论，建立了计算倾斜充填体下顶板临界安全厚度的力学模型。【结果】研究结果表明：摩擦角的变化对顶板安全厚度的影响较内擦角更为显著。顶板自身尺寸也会对安全厚度产生影响，在长宽比小于1.5时，安全厚度呈线性增长，增长较快；在1.5～3.0之间，安全厚度增加速率逐渐变缓，为急速增长到趋于稳定的过渡阶段；长宽比大于3.0之后，安全厚度将趋于稳定。当矿体倾角从水平逐渐变为垂直，顶底板园岩侧壁对充填体摩擦力减小，更多的荷载也逐渐转移到顶板，预留的安全厚度也会相应增加。【结论】通过工程实例验证，使用Reissner 厚板与扩展后的杨森散体压力理论求解顶板安全厚度，能够提供较为合理的倾斜矿体开采充填后顶板临界安全厚度，获得的顶板安全厚度值兼具经济性与安全性，进一步丰富了金属矿山地下开采顶板安全厚度的确定方法，为类似矿山开采顶板安全管理提供一定的理论依据。
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单位中国科学院武汉岩土力学研究所; 中国科学院大学; 岩土力学与工程国家重点实验室
