露井联采逆倾边坡岩移规律及稳态分析研究

摘要

露井联采是最大限度回收矿产资源的有效方式。但由于受到两种采动效应影响,露井联采边坡岩体的变形规律及稳定性问题显得更加复杂和突出。如何科学评价该种条件下边坡的稳定性,掌握岩体的变形、破坏及位移特征,制定有效的边坡控制措施,已成为采矿工程亟待解决的技术和安全问题。本文以平庄西露天矿顶帮边坡为研究背景,综合应用现场调研、理论分析、相似材料模拟试验、数值模拟、地表位移监测及数理统计等方法和手段,针对露井联采逆倾边坡岩移规律及稳定性等问题展开了一系列研究。对露天矿边坡稳定性的影响因素进行了归纳和总结,阐述了露井联采逆倾边坡的变形机理,研究了地下开采对边坡破坏模式及稳定性的影响,提出了露井联采边坡破坏类型以及受地下开采影响时的边坡稳定性计算方法;系统分析了平庄西露天矿顶帮边坡的工程地质特征,探讨了地质因素对边坡稳定性的影响,确定了边坡的潜在滑坡模式;通过相似材料模拟试验,揭示了露井联采不同阶段井采空间上覆岩层的变形破坏特征和地表下沉特征,分析了地下开采对露天矿边坡变形的影响;应用极限平衡法和数值模拟,对比分析了单一露天开采和露井联采条件下逆倾边坡稳定性,阐明了两种条件下边坡失稳过程中的变形破坏特征、位移特征及应力分布特征,分析了露井联采边坡稳定性下降的原因;通过分析边坡变形过程中的位移-时间特征,提出了边坡稳态判断的依据,通过整理分析地表位移监测数据,分析了边坡的变形规律及其主要影响因素,提出了露井联采逆倾边坡存在上升域和下沉域2个变形域,圈定了地下开采对边坡的影响范围,同时判定了边坡的稳定性态和相对不稳定区域;基于假设检验原理,应用分布形态检验方法分析了边坡处于不同变形阶段时位移速度及位移加速度变量的分布特性,首次提出了边坡临滑时刻的动态识别方法,可提高滑坡预警的可靠性。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2 国内外研究综述

1.2.1 边坡稳定性分析研究现状

1.2.2 露井联采边坡岩移规律及稳定性研究现状

1.2.3 边坡监测研究现状

1.2.4 滑坡预报研究现状

1.3 研究内容与技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

2 露井联采逆倾边坡的岩移机制分析

2.1 露天矿边坡稳定性影响因素分析

2.2 逆倾边坡滑坡模式分析

2.3 地下开采覆岩变形破坏机理分析

2.4 露井联采逆倾边坡变形机理研究

2.5 地下开采对边坡破坏模式及稳定性的影响研究

2.6 小结

3 研究区工程概况及地质特征分析

3.1 工程概况

3.2 工程地质特征分析

3.2.1 地层和岩性特征

3.2.2 岩体结构特征

3.2.3 气象水文与水文地质特征

3.3 边坡工程地质分区

3.4 地质因素对边坡稳定性的影响分析

3.4.1 地层岩性影响

3.4.2 地质构造影响

3.4.3 地表裂缝影响

3.4.4 气象水文及水文地质影响

3.5 滑坡模式统计分析

3.5.1 滑坡概况

3.5.2 滑坡模式分析

3.6 小结

4 露井联采逆倾边坡岩移规律试验研究

4.1 基本原理

4.2 试验方案

4.3 试验结果与分析

4.3.1 回采过程中上覆岩层的变形破坏特征

4.3.2 煤层开采后覆岩及地表的移动特征

4.3.3 地下开采对露天矿顶帮边坡变形的影响分析

4.4 小结

5 基于极限平衡法和数值模拟的边坡稳定性分析

5.1 极限平衡分析

5.1.1 平面应变问题的二维极限平衡分析

5.1.2 楔体滑动问题的三维极限平衡分析

5.2 RFPA-SRM 数值模拟

5.2.1 RFPA-SRM 简介

5.2.2 单一露天开采边坡稳定性分析

5.2.3 露井联采边坡稳定性分析

5.3 地下开采对露天矿边坡稳定性影响分析

5.4 小结

6 基于地表位移监测的边坡稳态分析

6.1 边坡位移-时间特征分析

6.2 监测点布置

6.3 监测结果及分析

6.3.1 井采边界监测线数据分析

6.3.2 边坡走向方向监测线数据分析

6.3.3 边坡倾向方向监测线数据分析

6.4 小结

7 边坡临滑时刻的动态识别方法研究

7.1 常用滑坡判据分析

7.2 临滑时刻的动态识别方法

7.2.1 假设检验原理

7.2.2 常用分布检验方法分析

7.2.3 基于 Lilliefors 检验的临滑时刻动态识别方法

7.3 应用分析

7.3.1 滑落区域内监测点的观测结果分析

7.3.2 滑体边界外监测点的观测结果分析

7.3.3 位移加速度随机变量分布特性的初步研究

7.4 小结

8 结论与展望

8.1 结论

8.2 展望

参考文献

作者简历

附件