炭山煤矿采空区滑坡形成机理分析

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原州区炭山乡处于黄土丘陵地貌,矿产资源丰富,地下开采在该地区诱发了大量的采动滑坡,严重危害到当地的经济建设和人民的生命财产安全。炭山煤矿滑坡就是由于煤矿开采所诱发的典型采动滑坡,对该滑坡形成机理及稳定性进行系统研究,不仅对原州区地质灾害的防治有重要意义,同时也对同类滑坡的研究提供了参考资料。本文以原州区地质灾害详细调查资料为基础,采用现场勘查、室内试验、理论分析和数值模拟等技术手段,对炭山煤矿滑坡的形成机理及稳定性进行了系统研究,取得了以下主要认识:(1)岩土体物理力学性质和地下采空是炭山煤矿滑坡形成的主控因素,降水与地表水是诱发因素。炭山煤矿滑坡主体为侏罗系泥岩,亲水性强,崩解和膨胀作用显著,强度低,工程性质差,为滑坡的形成提供了物质基础;地下开采改变了坡体的应力场,在坡体内形成增压区和减压区,使岩土体发生破坏,向采空区方向发生位移,同时在地表形成拉张裂缝,使得降水及地表水更容易下渗,在强风化泥岩与中风化泥岩接触面形成贯通的软弱带,最终导致了滑坡的形成。(2)只考虑采空区影响情况下的离散元模拟分析表明,在采空塌陷全部完成的情况下,坡体的蠕滑变形尚不足以导致滑坡的形成,说明炭山煤矿滑坡的形成中降雨及地表水的入渗也是不可忽视的诱发因素。当在模型中把强风化与中风化接触面设置为软弱带时,模拟结果与滑坡的实际滑动情况相吻合。滑坡的滑动过程分为四个阶段:坡体变形阶段、坡体蠕滑阶段、滑坡运动阶段、滑坡堆积阶段。(3)滑前斜坡的有限元模拟结果表明,在采空区及软弱带的综合作用下,采空区上方的岩土体均向采空区方向移动;坡体后部位移主要受软弱带影响,软弱带上方岩土体位移量明显大于下方,即发生滑动变形。应力集中现象主要出现在采空区上方以及软弱带附近,最大主应力出现在采空区边界,在采动形成的压缩区,岩体主要发生压缩破坏,完全采动区的大主应力为负值,岩体发生拉张破坏。(4)分别采用极限平衡法和有限单元法对炭山煤矿滑坡现状稳定性进行计算。结果表明,在天然工况下滑坡处于稳定状态;在降雨工况下,由于滑体自重增加和滑带抗剪强度减小,滑坡处于基本稳定状态。比较极限平衡法与有限单元法的计算结果发现,有限单元法更加符合滑坡实际的应力分布情况,因此选择合适的本构模型,首先使用有限元方法模拟出坡体的应力分布,然后导入极限平衡方程中进行计算,会使计算结果更为准确。
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