贵州山区典型崩塌成因机制与监测预警技术研究——以威宁县猴场镇幺岩脚崩塌为例

摘要

崩塌是贵州山区常见的地质灾害，具有隐蔽性、突发性和灾难性等特点。本文通过若干典型崩塌实例，总结了贵州山区崩塌的发育特征;以威宁县猴场镇幺岩脚崩塌为典型实例，在阐述其特征及发育条件的基础上，采用静力学方法对采空区顶板、矿柱稳定性以及临空岩墙的稳定条件进行了分析，总结了崩塌的发育模式，并采用3DEC对崩塌成因机制进行了模拟;讨论了典型崩塌的监测指标因素、监测布置原则、预警级别、指标与判据;根据幺岩脚崩塌残留危岩体监测所取得的初步成果和DDA数值模拟，讨论了定量预警指标。具体研究成果如下:
　　(1)倾内上硬下软型高陡坡+地下采空控制形成的崩塌是贵州山区极具典型的崩塌类型。地下采矿及水动态作用是重要的人为和天然的诱发因素。
　　(2)以幺岩脚崩塌为典型，倾倒式崩塌的产生不仅取决于其所处的地质环境，还受坡体结构条件所控制，人类矿产资源开发是最主要的诱发因素。幺岩脚崩塌的形成可以分为自然演化、采煤扰动、采空区塌陷和破坏失稳4个阶段。
　　(3)3DEC模拟表明:在崩塌形成各阶段，坡体结构对坡体内应力调整动向有决定性作用;坡体变形以主控结构面分界，在煤层采空影响范围内的沉降最明显;崩塌岩体破坏失稳的关键是岩墙根部与坡体连接段形成累积性破坏。
　　(4)根据崩塌区域地质环境、崩塌破坏机制等有针对性的选取监测对象和监测点位是很必要的;对未实施专业监测的潜在崩塌应开展群测群防系统建设。
　　(5)崩塌灾害预警层级分为注意（蓝）、警示（黄）、警戒（橙）、警报（红）四级;岩体位移变化、裂缝相对位移、危岩体倾斜变化和关键部位的地声信息是崩塌预警重要的判据指标;提出了确定崩塌预警指标的3种方法。
　　(6)幺岩脚崩塌监测预警工程实践展示了良好的示范性作用。通过初步监测成果，综合力学分析和DDA模拟验证，提出了幺岩脚崩塌的定量预警指标。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究意义及选题依据

1．2 国内外研究现状

1．2．1 崩塌成因机制研究

1．2．2 崩塌破坏模式及分类研究

1．2．3 崩塌数值模拟研究

1．2．4 崩塌监测预警技术研究

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 贵州山区典型崩塌特征分析

2．1 贵州崩塌的主要特征

2．1．1 地层及岩性组合

2．1．2 斜坡形状

2．1．3 坡体结构

2．1．4 矿产资源开发影响

2．2 典型崩塌实例简析

2．2．1 德江县桶井乡新滩崩塌

2．2．2 纳雍县鬃岭镇左家营崩塌

2．2．3 威宁县猴场镇幺岩脚崩塌

2．2．4 凯里市龙场镇龙场崩塌

2．3 典型崩塌特征总结

第3章 幺岩脚崩塌地质环境条件

3．1 自然地理条件

3．1．1 地理位置概况

3．1．2 气候水文特征

3．2 区域地质与地震

3．2．1 区域地质条件

3．2．2 地震

3．3 工程地质条件

3．3．1 地形地貌

3．3．2 地层岩性

3．3．3 坡体构造特征

3．3．4 水文地质条件

3．3．5 岩体风化与卸荷

3．3．6 人类工程活动

第4章 幺岩脚崩塌成因机制分析

4．1 破坏迹象特征分析

4．1．1 崩塌堆积体

4．1．2 崩塌腔

4．1．3 残留危岩体

4．1．4 长裂缝

4．1．5 变形破坏特征分析

4．2 采空区的力学分析

4．2．1 采空区顶板自撑能力

4．2．1 矿柱支撑能力

4．3 崩塌体的力学分析

4．4 变形破坏演化机制分析

4．5 小结

第5章 幺岩脚崩塌形成机制数值模拟分析

5．1 模型建立

5．2 计算方案

5．2．1 计算初始条件

5．2．2 物理力学参数选取

5．2．3 模型离散化

5．2．4 煤层开采

5．2．5 模拟监测点设置

5．3 模拟结果分析

5．3．1 模拟结果分析

5．3．2 主控结构面上应力特征

5．3．3 崩塌研究区变形特征

5．3．4 崩塌岩体变形破坏演化

5．4 小结

第6章 典型崩塌监测与预警指标体系

6．1 目的与意义

6．2 崩塌监测指标体系研究

6．2．1 指标因素分析

6．2．2 监测对象选取

6．2．3 监测点位布置

6．2．4 群测群防系统

6．3 崩塌灾害预警分级与指标选取

6．3．1 预警级别划分

6．3．2 预警判据指标

6．4 崩塌预警指标确定方法研究

6．4．1 经验曲线法

6．4．2 力学分析法

6．4．3 数值模拟法

6．5 小结

第7章 幺岩脚崩塌监测预警工程实践

7．1 监测方案

7．1．1 监测内容和方法

7．1．3 监测精度控制

7．1．4 监测仪器选型

7．2 监测工程实施

7．2．1 监测点布置

7．2．2 监测仪器安装埋设

7．2．3 监测系统自动化

7．2．4 监测预警系统

7．3 监测成果分析

7．3．1 气象监测分析

7．3．2 地表相对位移监测分析

7．3．3 地面倾斜监测分析

7．4 分级预警指标

7．4．1 预警指标选取

7．4．2 定量预警指标研究

7．4．3 预警分级

7．5 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果