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降雨诱发采动滑坡物理模拟试验研究

煤炭学报 2020年第2期45卷 760-769页

作者：赵建军李金锁马运韬余建乐成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 四川省道达工程设计有限公司四川成都610059

采动滑坡是岩土工程中极具挑战性的问题之一,采动滑坡为矿区地质灾害的主要类型,其危害性相较于其他类地质灾害更加严重。采煤会诱发平缓结构斜坡发生强烈的地面变形,研究结果表明天然状况下采煤结束后一定时间内地面变形将趋于稳定,采... 详细信息

采动滑坡是岩土工程中极具挑战性的问题之一,采动滑坡为矿区地质灾害的主要类型,其危害性相较于其他类地质灾害更加严重。采煤会诱发平缓结构斜坡发生强烈的地面变形,研究结果表明天然状况下采煤结束后一定时间内地面变形将趋于稳定,采动滑坡的发生受降雨影响显著。以贵州马达岭滑坡为地质原型,马达岭斜坡为平缓倾内的层状结构斜坡,具有上硬下软和上陡下缓结构特征,是受采矿和降雨影响诱发的滑坡。采用物理模拟方法,应用模型箱和相似材料根据相似比建立滑坡模型,采用土压力监测计、孔压力监测计和三维激光扫描仪对模型进行监测,研究了模型在开采与降雨两类工况下变形及内部应力的变化情况和在开采与降雨共同作用下斜坡变形破坏过程,再现了滑坡从孕育到发生的全过程,分析强降雨诱发采动滑坡形成的机制。研究表明:采空区形成后,坡内原有的应力平衡被打破,发生应力重分布,采空区顶板应力卸荷,边界部位应力集中,顶板位置首先发生弯曲沉陷,产生大量离层裂缝,裂缝不断向四周扩展,逐渐形成大量竖向拉张裂缝,采空区的边界部位出现多条斜向裂隙;同时采动的影响不断向上传播,采空区顶板处产生裂缝多与上覆岩体中发育的裂缝贯通形成大型裂缝;降雨作用下,坡内裂缝持续发展,降雨导致采空区及上覆岩体中形成稳定水位,增大坡后的静水压力,使裂缝不断增大,推动斜坡向临空面发生变形,雨水下渗作用下,逐渐沿下部"阶梯状"裂缝、采空区、竖向拉张裂缝形成基本贯通的潜在滑动面,最终在水压作用下,剪断锁固段形成贯通的滑面,发生整体滑动。马达岭滑坡其演化过程可分为3个阶段:①采空区覆岩-斜坡变形阶段:由于开采使上覆岩层产生变形破坏,模型坡表及内部发育大量裂隙,为雨水的入渗提供有利条件;②降雨诱发斜坡整体变形演化阶段:雨水入渗模型,加剧裂缝发育,使模型向临空向发生变形,坡内裂隙已基本贯通,模型到达失稳的临界点;③滑面扩展-滑坡发生:降雨作用下,岩体不断被软化,同时,模型内裂缝充水,使裂缝不断发育直至贯通,导致滑坡发生。因此其变形破坏机制可总结为采空区覆岩-斜坡变形→降雨诱发斜坡整体变形演化→滑面扩展-滑坡发生。

关键词：采动滑坡降雨物理模拟成因机制

平缓反倾采动滑坡形成的地质力学模式研究——以贵州省马达岭滑坡为例

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岩石力学与工程学报 2016年第11期35卷 2217-2224页

作者：赵建军马运韬蔺冰兰志勇史文兵成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 四川省蜀通勘察基础工程有限责任公司四川成都610081

马达岭滑坡是典型的采矿诱发型滑坡,自然斜坡为平缓反倾层状结构。以马达岭滑坡为原型,采用物理模拟方法,研究两层开采条件下采动斜坡的变形过程,并分析该类斜坡变形破坏的地质力学模式。研究表明:煤层开采后采空区边界上覆岩体产生应... 详细信息

马达岭滑坡是典型的采矿诱发型滑坡,自然斜坡为平缓反倾层状结构。以马达岭滑坡为原型,采用物理模拟方法,研究两层开采条件下采动斜坡的变形过程,并分析该类斜坡变形破坏的地质力学模式。研究表明:煤层开采后采空区边界上覆岩体产生应力集中,导致采动裂隙首先产生于该部位,以陡倾竖向倾倒式裂隙为主,裂隙向采空区中部扩展并逐渐形成离层裂隙和剪切裂隙;变形稳定后采空区上覆岩层弯曲,在地表形成沉陷区;受采空区上覆岩层沉陷的推挤作用,外侧坡体沿煤层向坡外滑移,导致坡体下部隆起。该类斜坡变形破坏的地质力学模式可以分为:弯曲–拉裂("表生"改造阶段)、塑流–拉裂、蠕滑–拉裂3个阶段。

关键词：边坡工程采动滑坡变形过程地质力学模式物理模拟

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采动滑坡变形机理分析

煤炭技术 2017年第11期36卷 164-166页

作者：许超吕义清周泽文张东升太原理工大学矿业工程学院太原030024 华电煤业集团内蒙古分公司呼和浩特010000

地下煤层的开采会形成大范围的采空区,继而破坏上覆岩层结构,诱发山体滑坡。以山西某采动滑坡为例,采用有限元法,针对边坡在地下煤层采空的情况,对其进行建模分析其位移场的变化,同时探讨出采动滑坡的变形过程。

关键词：采动滑坡地下开采数值模拟

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采动滑坡机理与控制开采方法研究

采动滑坡机理与控制开采方法研究

作者：潘宏宇西安科技大学

学位级别：硕士

我国西部矿区大部分位于山区及丘岭地区,这种条件下开采往往会导致滑坡灾害的发生。严重的危害国家和人民生命财产,同时也造成了生态环境的严重破坏,是矿区可持续发展急需研究解决的一个难题。本文分析了大量的矿山开采滑坡... 详细信息

我国西部矿区大部分位于山区及丘岭地区,这种条件下开采往往会导致滑坡灾害的发生。严重的危害国家和人民生命财产,同时也造成了生态环境的严重破坏,是矿区可持续发展急需研究解决的一个难题。本文分析了大量的矿山开采滑坡例子,深入研究由于开采诱发坡体滑坡的特点及规律,对开采引起的滑坡进行了分类,并讨论了滑坡的滑动模式。通过对采动滑坡的滑面及各种地质特性分析,确定了滑坡的发展全过程。由开采滑坡的机理分析,分别研究了影响采动滑坡的主要因素。并结合控制开采方法、煤柱稳定性分析、地表沉陷预计、采动滑坡区灾害预测理论以及数值模拟确定了控制开采的评价方法。本文应用研究提出的理论和方法,对柏林煤矿工业广场南翼滑坡区坡体稳定性进行数值模拟分析,预计滑坡区的移动变形,结合滑坡区现场观测资料,对比分析了开采过程中滑体和软弱面随工作面的推进而发生滑移的特点,定量分析了开采区影响滑坡区的范围,并结合滑坡区工程治理,确定安全控制开采方案。分析结果表明,这种方法对于指导滑坡体下采煤具有重要的意义。

关键词：可持续发展滑动模式采动滑坡控制开采方法地表沉陷数值模拟

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基于数值分析的浅埋煤层采动滑坡稳定性研究

煤矿安全 2021年第2期52卷 225-230页

作者：刘茂琪刘萍朱恒忠王沉王春华贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590

以贵州某矿上部山体崩滑地质灾害为例,采用离散元及有限元数值分析方法,建立崩滑体二维、三维数值计算模型,计算出煤矿上部坡体在地下采掘作用下其稳定系数变化过程,并从位移、应力和应变方面对山体失稳过程分析崩滑体的形成机制。研究... 详细信息

以贵州某矿上部山体崩滑地质灾害为例,采用离散元及有限元数值分析方法,建立崩滑体二维、三维数值计算模型,计算出煤矿上部坡体在地下采掘作用下其稳定系数变化过程,并从位移、应力和应变方面对山体失稳过程分析崩滑体的形成机制。研究结果表明:天然工况下煤矿地下采掘活动对上部山体稳定性造成影响,当地下采煤活动临近山体时,采掘活动对山体稳定性影响较小,但是,当采掘活动在山体下部进行时,其对山体稳定性影响逐渐增大,这说明了地下采掘活动是导致贵州某矿上部山体发生崩滑灾害的发生主要因素之一。

关键词：山体稳定性采动滑坡地下采掘数值分析稳定性系数

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黄土沟壑区采动滑坡变形规律分析

煤矿安全 2021年第8期52卷 208-217页

作者：穆驰余学义张冬冬毛旭魏西安科技大学能源学院陕西西安710054 西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054

针对矿区开采引起黄土沟壑区滑坡、地裂缝等自然灾害发生的问题,基于韩家湾煤矿采矿地质条件,整理了矿区地表观测点的监测数据,地表监测结果显示,工作面从开采到停止总体经历启动期、活跃期、衰退期,开采初始阶段,矿区地表移动变形不明... 详细信息

针对矿区开采引起黄土沟壑区滑坡、地裂缝等自然灾害发生的问题,基于韩家湾煤矿采矿地质条件,整理了矿区地表观测点的监测数据,地表监测结果显示,工作面从开采到停止总体经历启动期、活跃期、衰退期,开采初始阶段,矿区地表移动变形不明显;当12106工作面推进距离介于13 m与109 m之间时,地表移动变形产生剧烈变化,且最大下沉量可达1 963 mm,容易引起滑坡灾害发生。同时选取了韩家湾煤矿坡体岩土物理力学参数,运用FLAC^(3D)软件模拟矿区在不同边坡角度情况下地表滑坡灾害形成机理,工作面开采导致上覆岩层结构被破坏,下沉盆地整体向中心偏移,坡体受到拉伸和压缩变形产生塑性破坏。研究结果表明,当边坡倾角大于60°时,坡体位移不均匀,位移大的部位岩层失去支撑,导致滑坡灾害发生;当坡角小于30°时,基岩面形成滑动面发育至地表,滑坡灾害发生可能性较小。

关键词：黄土沟壑区采动滑坡覆岩破坏地表变形数值模拟坡体稳定性分析滑坡灾害机理

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山区煤矿采动滑坡地形条件分析

山区煤矿采动滑坡地形条件分析

作者：张蒙江苏师范大学

学位级别：硕士

我国约有1/3的煤矿位于山区，随着地下煤层的开采，矿区地表受到了不同程度的损害，其表现形式之一为采动滑坡。为了有效地开采煤炭资源和保障矿区的安全生产。对采动边坡失稳机理研究具有重要的理论意义和实际价值。本文选取山西某矿... 详细信息

我国约有1/3的煤矿位于山区，随着地下煤层的开采，矿区地表受到了不同程度的损害，其表现形式之一为采动滑坡。为了有效地开采煤炭资源和保障矿区的安全生产。对采动边坡失稳机理研究具有重要的理论意义和实际价值。本文选取山西某矿区为研究对象，在现场实测数据及地表移动变形预计数据的基础上，结合力学理论进行数值分析模拟。通过分析地形特征对采动滑坡的影响，明确了采动滑坡的形成机理，构建了潜在滑坡区的预测方法，为采动滑坡预测及损害评价提供了技术方法，主要工作体现在五个方面：（1）在分析研究现场实测资料的基础上，明确了影响山区采动滑坡的主要因素：工作面地表的地形因子、上覆表土层的物理性质、水文地质条件及地表产生的不规律性拉伸裂缝等。（2）应用了基于二维哈希表的高程点去重方法，解决了海量数据去重耗时长，占用内存大的问题。与直接顺序去重算法相比，该算法满足精度要求的同时保证了更高的效率。（3）通过分析相近离散点空间上的相互影响关系，应用二次移动趋势面拟合模型，在保证待拟合点的精度要求下确定其所受影响范围，并提取相应的地表地形因子，为后续研究做准备。（4）采用摩尔-库伦准则上建立的极限平衡法，分析边坡在同一力学物理参数的条件下产生的失稳地表临界倾角，从而确定潜在滑坡区。预测结果能够与实地情况基本吻合，为采动滑坡预测提供了科学依据。（5）分析了采动裂缝形成的机理，应用弹性平面理论和有限元分析方法，通过计算地表应力确定采动裂缝的分布，并分析采动裂缝对滑坡的叠加影响。为采动滑坡的分析提供了基础和新的预测方法。

关键词：采动滑坡地形条件二维哈希算法趋势面拟合极限平衡法有限元分析法

降雨条件下采动滑坡成因机制的物理模拟研究 ——以贵州省马达岭滑坡为例

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降雨条件下采动滑坡成因机制的物理模拟研究 ——以贵州省马达岭...

作者：马运韬成都理工大学

学位级别：硕士

开采扰动作用下采空区上覆岩体变形破坏引发的山体滑坡称为采动滑坡。改革开放以来,随着我国的快速发展,能源需求加大,各类采矿工程深入推进,采动滑坡也日趋频发。此外,在近年强降雨等极端天气增多的情况下,降雨作为一种重要的滑坡诱发... 详细信息

开采扰动作用下采空区上覆岩体变形破坏引发的山体滑坡称为采动滑坡。改革开放以来,随着我国的快速发展,能源需求加大,各类采矿工程深入推进,采动滑坡也日趋频发。此外,在近年强降雨等极端天气增多的情况下,降雨作为一种重要的滑坡诱发因素也越加凸显,发生了多起降雨条件下的采动滑坡,严重影响了矿区的安全和正常运营。因此,对降雨和开采扰动共同作用诱发的滑坡研究具有重要的实用价值和巨大的社会经济意义。基于此,本文选取贵州省都匀市青山矿区马达岭滑坡为研究案例,在详实的野外调查基础上,采用物理模拟试验方法,模拟其在降雨和开采扰动条件下边坡的变形破坏过程,再现其从变形到失稳破坏的整个过程,进而研究其变形破坏成因机制,同时也为采动滑坡灾害的防治提供一些参考和理论支撑。主要取得以下研究成果:(1)查明了研究区的工程地质条件及马达岭坡的坡体结构特征。研究区地层为缓倾坡内的层状结构,斜坡具有上硬下软、上陡下缓、软硬互层的结构特征。斜坡下部发育4层可采煤层,开采形成了大面积采空区。研究区内的煤洞坡变形体,受采煤扰动坡顶发育5条长大裂缝,其变形主要受控于长大裂缝。(2)根据野外调查成果,建立马达岭滑坡的地质概念模型及物理模型。概念模型重点考虑斜坡的软硬互层、结构面以及煤层概化等特征,在概念模型的基础上,对马达岭滑坡进行适当简化,建立相似比为1:200的物理模型,采用正交方法进行相似材料配比试验,优选各种岩性的相似材料配比。(3)试验模拟出了斜坡在开采扰动和降雨条件下的变形破坏现象及滑动面的形成过程,基本再现了该类滑坡从孕育到发展再到发生的全过程。综合试验结果,将降雨阶段的试验进程进一步划分为五个阶段:雨水渗入浸润阶段,水位快速上升阶段,渗流产出阶段,孔压陡升模型失稳阶段及滑后阶段。此外,根据试验结果认为,马达岭滑坡发生的降雨量阀值在230mm左右。(4)综合现场调查、物理模拟试验及前人研究成果,系统全面的分析了降雨和开采扰动条件下马达岭滑坡的成因机制。将该类滑坡的成因机制总结为:弯曲-拉裂→塑流-拉裂→蠕滑-剪断→滑坡启动。同时发现,滑面基本沿坡后竖向拉张裂缝、采空区、下部“阶梯状”裂缝贯通,形成完整的滑动面。(5)基于对马达岭滑坡变形破坏过程和成因机制的研究,分析预测煤洞坡变形体的变形破坏模式及其变形破坏进程,并提出相应的防治建议。煤洞坡与马达岭坡的结构特征相似,结合煤洞坡变形体已有变形破坏特征,推测其变形破坏模式与马达岭滑坡类似,且目前正处在蠕滑-剪断变形阶段,不排除在后期扰动作用下,形成以LF1、LF2裂缝为后壁,大致沿230°方向高速远程滑坡的可能性。

关键词：降雨滑坡采动滑坡成因机制物理模拟

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观文煤矿采动滑坡危险性研究

观文煤矿采动滑坡危险性研究

作者：陈大阳西安科技大学

学位级别：硕士

古叙煤田位于西南山区与云贵高原的过渡地带。山峦起伏,沟壑纵横,地表切割较深;斜坡松散体堆积厚度大、结构松散、稳定性差;基岩裸露、裂隙发育、风化严重;大气降雨充沛,雨季集中,一次降雨量较大。随着地下煤炭资源的持续开采,滑坡、泥... 详细信息

古叙煤田位于西南山区与云贵高原的过渡地带。山峦起伏,沟壑纵横,地表切割较深;斜坡松散体堆积厚度大、结构松散、稳定性差;基岩裸露、裂隙发育、风化严重;大气降雨充沛,雨季集中,一次降雨量较大。随着地下煤炭资源的持续开采,滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害频发。因此,深入研究该区域采动滑坡主要影响因素,建立合理的采动滑坡危险性评价模型,对开采引起地质灾害的防治具有重要意义和价值。本文以四川省古叙煤田观文煤矿特殊地质、采矿条件为研究对象,在调查、分析矿井地形地貌、地层岩性、地质构造、开采条件的基础上,对采动滑坡灾害现状进行分析,确定采动滑坡的主要影响因素为地形地貌、坡体松散堆积体、地下开采和降雨等。运用数值模拟计算对地下开采坡体稳定性进行模拟分析得出:地下开采引发覆岩向下沉盆地中心移动,坡体受拉伸和挤压变形产生塑性破坏;在开采扰动作用下破坏的松散堆积体成为滑体,滑体推移抗滑体使坡体处于欠稳定状态。分析给出了观文煤矿地质采矿条件下,采动滑坡的主要影响因素为坡度、松散堆积体的物理性质、开采面积、坡体移动变形、覆岩岩性及降雨,且将其分为地质、采矿和环境三大类。针对观文煤矿采动滑坡条件,构建了相应的危险性评价模型。同时,依据各影响因子间的相对重要性,采用层次分析法求得各影响因子的权重值。应用评价模型对观文煤矿采动滑坡危险性进行计算得出,采动滑坡危险度D=3.2,判定该采动滑坡危险性大。在分析一采区11905、11103工作面开切眼位置和保护建筑物的关系的基础上,提出11905、11103工作面开切眼位置距离山顶最高点的平距分别为:194m、122m和130m、70m两种方案,应用评价模型进行计算分析,结果表明11905、11103工作面开切眼位置距离山顶最高点的平距为:130m、70m时,滑坡危险度D=2.8,滑坡可能性相对较小。运用相似材料模拟对上述评价结果的合理性进行验证,分析了开采方案的安全可靠性。

关键词：采动滑坡数值模拟危险性评价层次分析法