缓倾厚层岩质采动斜坡沉陷-溃屈失稳机理研究

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缓倾含煤地层在西南山区广泛分布,以贵州山区尤为突出,其坡体结构具有典型的“上硬下软”特征。由于地下开采活动频繁,加之各种自然因素人为因素的叠加作用,崩塌滑坡等地质灾害频发,存在大量安全隐患。本文选择典型缓倾厚层岩质崩塌—张家湾普洒村崩塌为例,以现场调查为基础,结合已有资料,查明了采空区分布情况、斜坡坡体结构特征以及崩塌变形破坏特征等情况。结合斜坡坡体结构特征,通过物理模拟试验再现了重复采动影响下斜坡变形破坏过程,分析了坡体结构对于“侧向扩容”现象的影响,并利用离散元软件UDEC分析了斜坡变形破坏不同阶段的变形演化特征,验证了坡体结构对于“沉陷-溃屈”失稳特征的作用。本文通过研究,取得了以下主要结论及成果:(1)查明了斜坡基本特征,斜坡以三叠系下统夜郎组地层以中厚层、厚层岩层为主,斜坡整体呈现“上硬下软”特征,地层产状160°~170°∠5°~7°,发育三组节理面:(1)J1:13°∠80°~90°,(2)J2:80°∠80°,(3)J3:145°∠80~90°,结构面组合将厚层岩体切割为柱状结构,采空区投影区域主要集中于坡脚位置,主要开采M10、M14、M16三层煤,开采顺序为自下而上开采;(2)揭示了斜坡变形破坏过程,将变形破坏过程可以概括为:坡脚采空,坡顶形成拉裂缝→斜坡变形调整,坡顶拉裂缝拓宽形成拉线槽→岩体沿拉线槽倾倒滑落,斜坡中部扩容鼓胀→坡肩塌陷,中部溃屈,斜坡失稳;(3)进行了斜坡变形破坏物理模拟试验,变形破坏表现以下几点特征:(1)斜坡中部出现横向“V”字型扩容鼓胀;(2)裂缝发展以坡顶后缘最先出现拉裂缝,裂缝发展具有滞后性,在空间上由斜坡内侧向临空侧发展;(3)坡顶沉降深度大于采空区总厚度,临空面向外扩容鼓胀,坡脚向上凸起;(4)地下开采条件下,层状结构与柱状结构变形响应具有差异,层状结构以采空区顶板塌陷、冒落、离层等为主,柱状结构则出现倾倒下错咬合,形成三铰拱式铰接岩块平衡结构;(4)通过数值模拟试验,将斜坡变形破坏过程概括为采空区顶板塌陷、地表沉陷,后缘拉裂、侧向扩容,潜在崩塌体形成、中部溃屈,崩塌体的突然崩落四个阶段。斜坡坡体变形演化过程表现为整体→局部→整体的过程,破坏失稳过程表现为斜坡中部扩容鼓胀,呈横向“V”字型折断剪出,解体溃散;(5)得出了张家湾镇普洒村崩塌变形演化机理,判定其主要影响因素为坡脚地下连续开采,变形破坏机理为缓倾厚层岩质采动斜坡沉陷-溃屈式变形失稳。
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