地震动力作用触发的斜坡崩滑高差效应研究

运用岩石动三轴剪切试验及有限差分数值试验技术,对地震动力作用触发的斜坡崩滑破坏时的坡体力学特征值空间变化规律进行了研究。研究表明:(1)地震动力作用触发的斜坡体崩滑破坏具有显著的"高差"效应,即斜坡体先期崩滑破坏大多起始于坡肩部位;(2)斜坡体临界破坏应变有随坡体微元埋深减小而减小的趋势,临界破坏应变小和坡肩地震峰值加速度的优势放大双重因素导致坡肩部位优先发生先期破坏;(3)斜坡体动态抗剪强度有随坡体微元埋深减小而减小的趋势,临界动态抗剪强度低和坡肩地震峰值加速度的优势放大双重因素导致坡肩部位优先发生先期破坏。     

基于不同开采方式作用下采动斜坡变形特征研究——以贵州发耳煤矿为例

煤层开采顺序和开采方式对采动斜坡起着一定控制作用,影响着采动斜坡的稳定性。近年来,大量学者对采动斜坡的研究仅限于采动斜坡自身原型的变形破坏模式研究,考虑煤层开采顺序和方式对采动斜坡的控制作用不够深入。贵州省发耳煤矿是典型的在多层开采作用下发生变形的缓倾结构采动斜坡。本文以贵州六盘水发耳煤矿尖山营变形体为例,基于离散元数值模拟原理,采用颗粒流数值模拟方法,对比了不同开采方式下对采动斜坡的变形破坏影响。结果表明：在进行煤层开采时,一次开采和分布开采对斜坡变形有着较大影响,分布开采时煤柱发生破坏后会加剧斜坡变形,不利于斜坡稳定;在分布开采时,正向开采对于坡体的损伤更为严重,斜坡变形更加明显;煤层开采后,上覆岩体竖直位移略大于煤层开采厚度,斜坡合位移受水平位移影响较大,坡脚及坡肩位置的煤层开挖对斜坡的变形影响显著。     

缓倾层状结构高陡采动斜坡变形特征研究

采空区深度、平面位置等控制缓倾层状结构采动斜坡的变形特征,直接影响采动斜坡整体稳定性。近年来,国内外学者针对地下采煤引起上覆岩体变形开展了大量研究,但目前采空区特征对斜坡关键位置的影响作用揭示还不够深入。贵州省发耳煤矿尖山营变形体是典型的缓倾层状结构采动斜坡,具有上陡下缓、上硬下软的特征。文章以发耳尖山营变形体为例,采用地质过程机制定性分析和数值模拟方法研究了多层开采与不同深度单层开采对斜坡变形的影响,揭示采空区宽度、深度及深厚比等参数对斜坡变形特征的影响。结果表明:多层开采导致斜坡坡脚破坏和整体塌陷,引起斜坡产生显著向坡外的水平位移,导致竖向位移远大于煤层开采总厚度;采空区跨越坡脚致使开采深厚比急剧减小,采动裂隙更易扩展至地表,是坡脚附近岩体产生破坏的重要因素;采空区宽度增大、多层采动会显著加剧斜坡变形,采空区深度增加可减小斜坡变形量值,但显著增加变形范围。在地形起伏强烈地区采煤,通过优化工作面布置,防止开采深厚比急剧减小、控制采空区宽度、避免重复采动以及开采更深部煤层对斜坡稳定性有利。     

震裂斜坡形成机理及变形破坏模式研究

震裂斜坡是强震作用下形成的一类分布范围广、震裂变形严重、潜在危害大的次生地质灾害,为了深入系统地分析其震裂机理及变形破坏机制模式,本文结合"5.12"汶川大地震造成的震裂斜坡及其破坏现象的详细调查,在对强震中的地震波效应深入分析的基础上,以双面斜坡为例,首先对震裂变形的力学机理进行了系统分析。认为强震中的体波效应将导致斜坡体处于量值和方向不断变化的拉-剪应力和反压应力的交替作用之下,其形成的拉-剪破裂效应和潜在的楔劈效应是斜坡震裂变形的重要力学因素之一。同时,面波效应将导致坡体表面处于鼓胀拉力和扭力的作用之下,是坡体表部整体震裂破碎甚至破坏的另一重要力学因素。二者共同作用均使坡体应力场处于不断的动态变化过程中,坡体(面)震裂变形甚至破坏更为严重。在此基础上,对强震中斜坡变形破坏的机制模式进行了归纳,认为主要有四种表现形式,即旋转-拉裂型、旋转-剪滑型、鼓胀-拉裂型和滑移-拉裂型。研究成果为震裂斜坡稳定性分析以及灾后重建和防灾减灾提供了有力参考。     

缓倾内斜坡多层采煤下覆岩变形特征数值模拟研究

贵州省水城县发耳煤矿尖山营变形体、米萝煤矿后山变形体以及兴仁县国保煤矿映山红山变形体是典型的采动斜坡,变形具有显著的矿山地质灾害特征。本文通过对前述三处采动斜坡坡体结构特征总结分析,提出具有代表性的概化工程地质模型,并基于离散元数值模拟方法,对开采三层煤条件下不同采空区排布方式覆岩变形破坏特征进行了研究。研究表明:采空区完全重叠条件下最上层采空区覆岩塌陷最严重,受岩体碎胀性影响岩体塌陷的最大深度小于采空区竖向总厚度;采空区顶板岩体破坏会逐渐向上部岩体传递,这种破坏现象传递至地表后破坏程度相较于采空区顶板减弱,地表塌陷的最大值远小于采空区竖向总厚度,其与采空区重叠面积相关性小;采空区排列的总长度越大,斜坡变形范围越大,但位移量值相较于采空区重叠的情况小;斜坡下部煤层被开采后,采空区上部坡体具有向坡外运动的趋势,坡脚出现显著的应力集中,坡脚岩体对斜坡具有"锁固"效应,扰动坡脚对斜坡稳定会产生不利影响。     

巫山县望霞乡桐心村危岩体变形破坏机制分析

本文通过详细调查危岩体所处斜坡变形现象发现,斜坡下部有约1m厚煤层被开采,斜坡上有塌陷和岩体开裂两种变形现象,两种变形均在继续发展;且这两者均与煤层开采有较大关联。工程地质类比法认为采煤引起的沉陷-掀斜变形机制对地表变形起主导作用。采用UDEC数值模拟表明,煤层开采后,位移变形由下向上传递。地表沉陷量向临空面增加,水平位移量也向临空面增加。上部坡体变形受垂直裂隙控制,下部坡体变形受水平层面和煤层控制;整体形成沉陷-掀斜。计算变形曲线显示变形有两个阶段,突破式跳跃变形阶段和缓慢变形阶段;如果没有新的开采活动,随着时间的推移山体最终会自行稳定下来。临空面的孤立危岩体在斜坡系统平衡后仍有较大速率,其稳定性较差,建议对其进行清除。     

多年冻土斜坡路基失稳变形影响因素及特征研究

从力学相似性的角度进行多年冻土斜坡路基失稳变形离心模型试验,分析最大融深状态下冻土斜坡路基土层性质、高度以及地基坡度对其稳定性的影响规律,研究冻土斜坡路基失稳变形特性、失稳机制及模式,将片石路基与普通路基进行对比分析。试验结果表明,冻土斜坡路基土层力学性质、路基高度和地基坡度对其稳定具有显著影响,路基的变形在冻融交界面发生骤变,变形主要集中在冻融交界面之上的土层;在本试验条件下,多年冻土斜坡路基合理高度约为5 m;当斜坡路基高度为5 m时,地基坡度大于1: 6,路基横向变形迅速增大;冻土斜坡路基的沉降和横向变形表现出较大的不均匀性,冻土斜坡路基变形失稳的根本原因是冻融交界附近软弱带的抗剪强度不足,阳坡冻融交界面之上的土层沿软弱带滑移破坏;路基破坏可分为浅层开裂破坏、深层开裂破坏和整体滑移破坏3种;冻土斜坡片石路基的水平位移和沉降明显小于普通路基,片石路基具有较好的整体稳定性。     

水化学作用对砂岩抗剪强度特性影响效应研究

开展了不同水化学溶液侵蚀条件下砂岩的抗剪强度试验,分析了水化学作用对砂岩微细观结构的影响效应,探讨了砂岩的水化学损伤机制。在此基础上,分析了水化学作用对砂岩抗剪强度的影响规律。通过引入岩石水化学损伤度,定量表达了砂岩抗剪强度参数随水化学损伤的演化过程,并采用化学动力学方法,模拟在给定水化学环境条件下重庆砂岩损伤度随时间演化过程,进而预测其抗剪强度参数演化规律。所得结果为定量化研究水化学作用对岩石物理力学特性的影响效应及预测与水化学作用相关的岩土工程的安全性和稳定性提供了良好的借鉴作用。     

岩脉多次侵入条件下斜坡变形破坏模式及稳定性分析

岩质斜坡受到花岗岩脉的多次侵入,坡体结构和岩体结构均有较大的改变,因此斜坡的变形破坏模式和稳定性均有可能发生变化。本文以雅砻江中游楞古水电站坝址区嘎夏帕斜坡为例,对多次花岗岩脉侵入条件下斜坡的变形破坏模式和稳定性进行分析。嘎夏帕斜坡原本为陡倾中薄层砂岩组成的逆向坡,岩体完整性较好,稳定性较高; 由于受到花岗岩脉的多次侵入,坡体变成砂岩和岩脉互层的结构,在岩脉挤压作用下,大部分岩体呈碎裂状,完整性差,坡体的变形模式由弯曲-倾倒式变为挡墙溃决式。中部完整性较好的砂岩成为挡墙,和前部岩脉一起阻止后部大方量碎裂状岩体下滑,但是随着前部脉体的失稳破坏,斜坡有可能发生挡墙溃决式整体滑坡。并通过数值模拟软件3DEC进行了验证,计算结果与定性分析一致。本文的结论可以为此类斜坡的稳定性分析和防治提供理论支持,具有一定的参考价值和实际意义。     

不同围压下煤岩变形与剪胀扩容模型

在RMT-150B岩石力学试验系统上进行了煤岩的变形和剪胀特性研究,获得如下结论:随着围压增加煤岩均质性明显提高,峰值前变形特性基本趋于一致,屈服阶段逐渐增长;煤岩体变扩容初始点发生在应变硬化阶段,最大扩容率在应变软化阶段,且随着围压增加体变对围压的敏感性减小;为了准确表达煤岩在破坏过程中的非线性体积变化行为,建立了同时考虑塑性剪切应变和围压影响的煤岩剪胀角模型,该模型表明在较小塑性剪切应变下剪胀角即达到峰值,之后不断缓慢回落,围压越小对应的剪胀角峰值越大,小围压下峰值剪胀角对应的塑性剪切应变也较小。