重复采动对顺层岩质高陡边坡稳定性的影响研究

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顺层岩质高陡边坡是西南山区一种常见的地形地貌,本文以四川省某地下开采煤矿井为研究对象,采用数值模拟分析、相似模拟试验和理论分析相结合的方法,研究了重复采动影响下顺层岩质高陡边坡变形破坏的特征。采用了相似模拟试验方法,完成了相似模拟试验,得出了重复采动情况下陡崖的变形机理,危岩体的变形破坏过程及机理。在此基础上,提出了断裂块体的稳定性计算方法,并对原型的稳定性进行了计算。本文研究成果如下:(1)利用数值模拟分析方法,采用逆坡开采程序,进行了采动岩质高陡边坡变形破坏响应研究,结果表明:1)岩质高陡边坡变形破坏与采空区的位置关系,在开采3号煤层时,坡体上块体的下沉量接近采高。坡体的破坏方式主要是沿着块体节理呈现出阶梯形破坏。2)陡崖基底岩层发生塑性变形,进而造成拉断、滑移破坏现象。3)在逆坡开采后,基底岩层的下沉曲线呈现出“反S”形态。(2)提出了采动顺层岩质高陡边坡相似模拟试验方法,并对相似模拟试验装置进行了一定的改进。试验现象揭示了开采导致高陡边坡裂隙向坡内扩展,贯穿软弱夹层呈现阶梯形分布。陡坡坡体的断裂破坏更接近于山体垮塌破坏,坡肩位置的危岩体在雨水的作用下向临空面发生失稳崩塌。由于采动影响导致坡体内的压应力大于坡体外部,在裂隙附近的岩体会出现卸荷现象。模型的下沉位移曲线近似呈现出反“S”形变化。(3)在研究拉裂裂缝对块体稳定性的影响时,考虑了采动弱化和水软化效应,描述了削弱现象。基于摩尔库伦准则,采用极限平衡法,对高陡边坡断裂块体在自然状态和饱水状态下的稳定性进行了研究,得到了削弱系数与稳定性系数呈现线性递减。(4)利用极限平衡理论对原型和模型进行了稳定性分析。分析结果表明:1)在降雨与地下采矿工程活动同时作用时,拉裂裂隙中的充水深度越深,其形成拉裂块体的稳定性越低。2)在重复采动结束后,产生断裂的危岩体此时不受其他因素的影响,将保持稳定的状态,当受到降雨的影响时,软弱夹层的力学强度遭到削弱,危岩体达到临滑状态,产生滑移。
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