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

摘要

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，受采煤扰动坡项发育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。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 采动滑坡研究现状

1．2．2 降雨诱发滑坡研究现状

1．2．3 滑坡物理模拟研究现状

1．2．4 马达岭滑坡研究现状

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

第2章 地质原型及其地质环境条件

2．1 自然地理

2．1．1 交通位置

2．1．2 气象水文

2．2 工程地质条件

2．2．1 地形地貌

2．2．2 地层岩性

2．2．3 地质构造

2．2．4 水文地质条件

2．2．5 人类工程活动

2．3 斜坡结构特征

2．3．1 结构面发育特征

2．3．2 岩体结构特征

2．3．3 坡体结构特征

2．4 已有变形破坏特征

2．4．1 马达岭滑坡破坏特征

2．4．2 煤洞坡变形特征

2．5 本章小结

第3章 试验装置与试验方案

3．1 试验装置

3．1．1 模型箱

3．1．2 降雨模拟系统

3．1．3 数据监测与采集系统

3．2 试验方案

3．2．1 地质原型概化

3．2．2 相似常数与材料配比

3．2．3 开采及降雨方案

3．2．4 数据监测与采集

3．2．5 模型试验步骤

第4章 试验结果

4．1 应力变化规律

4．2 模型内水文响应

4．2．1 降雨入渗

4．2．2 地下水位

4．2．3 孔隙水压力

4．3 变形破坏现象

4．3．1 裂隙发展和分布特征

4．3．2 覆岩移动变形

4．3．3 模型失稳破坏

4．4 本章小结

第5章 马达岭滑坡成因机制分析

5．1 降雨作用的试验分析

5．2 马达岭滑坡成因机制分析

5．3 煤洞坡变形预测与防治建议

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果