贵州水城煤矿上覆岩层破坏机理及地质环境灾害预测

山区煤矿地质构造复杂,采煤导致矿区地表变形形式与平原地区有很大差异。以贵州水城煤矿为例,依照其工程地质条件及开采方式,选取贯穿矿界的3条地质勘探剖面,利用FLAC3D有限差分软件对开采过程进行数值模拟,预测采煤引起上覆岩破坏机理和地表破坏形态。研究结果表明:前期阶段上覆岩层破坏和地表下沉最为明显,随着采区向深层延伸,地形起伏增大,倾斜的覆岩组合特征和岩性发生改变,地表不会形成类似平原地区的沉陷盆地和沉陷漏斗,而是产生大量裂缝;上覆岩层破坏表现为出现贯通的拉张裂隙带,尤其在沟谷等应力集中区域更为明显,将会改变矿区原有水文地质条件,不排除局部地表水出现疏干的状况。最后结合上覆岩层变形量及破坏机理,对采区可能引发的地质环境灾害进行了预测。研究成果对山区煤矿土地复垦和矿山地质环境评价提供了参考。     

辽宁省抚顺矿区宏观地质结构及其工程效应分析

抚顺采煤已有百余年历史,由于各种原因造成了一系列地质灾害:滑坡、矿震、地表沉陷和地裂缝等。矿区的中部和西部的形成带状的地表拉裂和建筑物破坏;软岩区形成大面积的地表沉陷,硬岩区形成脆性和线性拉裂,这些现象与矿区地质结构是分不开的。通过对矿区地质结构和矿区地层构造演化研究,认为抚顺矿区地质灾害是发生在花岗岩与火山岩之间的"凹槽"内,是有限的。根据矿区主断层F1、F1A交汇点位置,将矿区地质结构类型划分为三种类型,并通过FLAC二维数值计算对三种类型的典型剖面进行了数值模拟和验证,合理地解释了矿区地质灾害的产生机理和发展趋势,为抚顺矿区地质灾害综合治理和采煤规划提供了科学依据。采用地质结构控制论来研究城市地质灾害提供了新的思路和方法。     

榆神矿区采煤失水危险性分区研究

以榆神矿区区域地质资料为依据,总结了该区煤层与含(隔)水层空间组合类型; 采用三维数值模拟方法,根据塑性条件、破坏准则及应力判别,模拟首采煤层与含(隔)水层空间组合类型下导水裂隙带高度; 通过对比钻孔探测法与数值模拟法,发现数值模拟法具有可行性; 利用模拟结果,绘制矿区导水裂隙带高度空间分布图,总结矿区导水裂隙带高度的整体分布规律; 对比导水裂隙带高度与其首采煤层上覆岩层厚度,总结矿区采煤失水危险性,并进行采煤失水危险性分区; 通过控制采煤失水危险区域的采厚可以达到“保水采煤”的效果。本研究对榆神矿区后期安全生产具有重要的理论意义与实际价值。     

山西襄垣县采煤诱发地质灾害分析

襄坦县是一个产煤大县，同时也是一个地质灾害严重的地区，灾害的发生与地质背景及人类工程活动密切相关，其中采煤活动是引起该县地质灾害肆虐的主要原因。灾害类型主要有：沉陷盆地、地裂缝、埸陷、滑坡及泥石流。地形地貌及地质因素对灾害的分布有一定影响，厚松散土体与断层的存在促成不同类型的灾害发生。采空区规模不同，所诱发地裂缝等灾害的地表形态不同。公路开控及采煤活动诱发滑坡。煤矸石的随意堆放有引发泥石流的可能。本文的详细调查的基础上，全面论述了采煤诱发的地质灾害的类型，简要分析了它们的形成机制。     

采煤沉陷区地质环境现状及生态环境修复措施探析——以安龙县普坪采煤沉陷区综合治理为例

煤炭开采引起的地表沉陷造成的地质灾害、经济损失和社会问题日趋严重,对采煤沉陷区进行生态环境修复治理尤为迫切。本文以贵州安龙县普坪采煤沉陷区为研究区域,基于该采煤沉陷区矿山地质环境调查成果,针对存在的地质环境问题提出生态环境修复措施。结果认为：安龙县普坪采煤沉陷区地质环境问题主要为矿山地质灾害、地下水资源破坏和土地资源损毁。生态环境修复治理中应有针对性地采取搬迁工程措施、工业场地及废弃建筑物拆除措施、矿区残余房屋拆除措施、煤矸石堆修复工程措施、土地整治的工程措施及复绿工程措施。通过实施生态修复措施将有效改善矿区生态环境,减少和控制地质灾害发生,实现良好的环境、经济及社会效益。     

奥陶系石灰岩推覆体含水层下煤层开采覆岩破坏特征研究

采用相似模型试验和数值模拟相结合的方式,分析了奥陶系石灰岩推覆体含水层下煤层开采的覆岩破坏及地表沉陷 特征。经验公式计算,相似模型试验和数值模拟的对比分析表明：该特殊地质条件下,不考虑渗流场影响时,垮落带高度 为采厚的2.2~4.5倍,导水裂隙带高度为采厚的14.0~19.1倍;渗流场的存在使导水裂隙带及垮落带高度增加,此时垮采比为 4.8,裂采比为20.6。因此,从偏安全的角度考虑,煤层的实际开采过程应考虑渗流场的影响,以渗流场-应力场耦合作用 下的导水裂隙带高度作为安全煤（岩）柱合理留设的依据。     

断裂活动影响矿区的采煤沉陷灾害问题

文章结合抚顺矿区实际,分析论述了断裂活动影响矿区的地应力环境特征。阐述了在断裂活动影响矿区,岩体长期大规模开挖造成局部区域构造应力卸载,岩体弹性变形能恢复发生水平变形,导致地表产生附加水平移动与变形。通常的沉陷区边缘区域,地表移动变形值不大,采动损害也相对较轻。但断裂活动影响矿区,沉陷区边缘区常存在着明显的水平移动与变形,并造成相应损害。尤其是在矿震等岩体地质动力现象显现影响下,地表沉陷灾害更为严重。     

神府—东胜矿区采煤塌陷对包气带结构的影响

通过对比采煤前和采煤塌陷过程中及稳定后包气带结构的变化,详细研究了神府—东胜矿区采煤塌陷对包气带结构的影响。研究结果表明:在采煤塌陷前,包气带组成岩性主要为风积砂岩和萨拉乌苏组粗砂岩,相对较薄,包气带组成介质层序较清晰,各岩性介质颗粒排列有序、均一,包气带内部结构以孔隙为主;在采煤发生后的塌陷非稳定阶段,塌陷裂隙贯通含水层,使地下水大量渗漏,同时产生大量贯穿地表的裂隙,引起岩土孔隙性发生变化,使得塌陷区包气带变厚,在一定深度上结构不均,浅部包气带结构转化为以裂隙为主;到塌陷稳定阶段,包气带结构变化趋于稳定,厚度增加,但在地表以下仍存在一些断续的裂缝(隙),使塌陷区包气带形成以孔隙为主,间夹断续裂隙的特殊包气带结构。     

地下水位下降对采矿覆岩下沉影响探析

地下采煤会导致地表下沉盆地的形成。然而地下水尤其是承压水的流失即水位降低对地表下沉盆地的形成存在不可忽视的影响，而对两者之间的关系及其过程的力学机理是岩移领域亟待研究的课题之一。矿区地下水位降低的主要原因为承压水通过采动裂隙向下渗流、煤层开采前顶板岩溶含水岩层的疏干以及地面人为钻井取水。根据对一具体矿区地下水位下降对地表沉陷影响实测数据的分析得出，在以采煤为主导条件导致地表下沉的过程中，几乎全部的开采沉陷量中均包含有由于含水层释水而造成的沉陷量。通过对上覆岩层力学机理分析，指出水位降低对覆岩移动、地表下沉的影响是由于一定地质条件下可渗水性岩石的物理力学特性、渗水对其它岩石的软化、释水后原冲积层的压密固结以及水渗透过程中的水岩耦合作用等因素综合作用所致。同时，在以上理论的基础上还探讨性地建立了地下水位下降对地表下沉贡献模型，在此模型基础上可以建立2个或2个以上影响因素对地表下沉的贡献模型。最后以框图形式概括了地下水位下降及其对地表下沉影响的综合过程。     

厚黄土覆盖山区开采沉陷预计

以铜川矿区90 5山区地表观测站的观测资料为基础,对山区地表移动变形的特征进行了具体分析,获得稳定后的走向、倾向主断面移动曲线,建立了走向主断面的下沉和水平移动表达式,把山区地表移动看作是开采影响分量和开采影响下的山坡滑移分量叠加的结果。用影响函数叠加法确定出该地质条件下的预计参数,分离出山区滑移影响参数P(x),并进行了滑移影响的定量分析和移动变形的预计检验,预计结果与实际吻合程度较好,所提出的参数求取方法和参数可在类似地质采矿条件下参考使用。      

甘肃黑方台滑坡类型与活动特征研究

由于农业灌溉水的长期入渗软化作用,1984-2019年甘肃黑方台已频繁发生滑坡灾害约150次,沿黄土塬边形成长约10公里的滑坡密集发育带。滑坡类型以中、小型黄土层内滑坡为主,占90%以上;大、中型黄土-泥岩顺层滑坡次之。黄土层内滑坡速度快、滑程远,突发性、频发性、继发性强;黄土-泥岩顺层滑坡速度慢、滑程近、复活性强。高陡的台缘地形和强度低、水敏感性强的岩土体和岩层倾向坡外的地质结构是滑坡发生的基础,台塬区长期大量的农业灌溉是主要引发因素,大量水体入渗软化斜坡岩土体,使抗剪强度降低,并形成了约20多米厚的饱和软弱基座,导致斜坡失稳滑动,侧压力、季节性冻结滞水和溶滤作用等也有一定影响。黄土层内滑坡高速远程滑动的主要原因是：滑坡剪出口位置高,滑动势能大,释放条件好,剪出口下部有陡坡加速段和开阔、平缓的滑动空间,滑体底部饱和软弱黏性土持续产生超孔隙水压力、液化等低摩阻效应,是远程滑动的润滑剂。黄土-泥岩顺层滑坡的主滑面沿外倾15°左右的泥岩层面发育,且剪出口位于斜坡下部坡脚部位,能量释放条件差,决定了黄土-泥岩顺层滑坡的滑动速度较低、滑动距离较短,滑体易再次复活滑动。     

陕西陇县李家下滑坡稳定性分析

李家下滑坡是大型岩质滑坡,发育在黄土滑坡众多的黄土高原区。基于野外地质调查、工程地质勘探和室内岩土体分析测试及土工试验,利用Ansys有限元软件对3种气候条件及3种滑带土强度条件下李家下滑坡的稳定性进行了模拟分析。模拟结果表明:滑带土强度参数的改变对李家下滑坡的稳定性有极大的影响,李家下滑坡已处于不稳定状态。结合李家下滑坡最新的变形现象,认为沿主滑带再次滑动的可能性较大。      

天水市麦积区税湾地震黄土滑坡特征及其形成机制

以天水市税湾地震黄土滑坡为例, 依据野外调查和室内测试结果, 总结天水地区历史地震黄土滑坡特点, 剖析地震黄土滑坡发生的力学机制, 初步提出历史地震黄土滑坡的识别标志。税湾滑坡及柳沟右岸滑坡群属典型的地震黄土滑坡, 具有规模大、滑动面切割深、滑坡坡度小、成群成带分布和高位下滑等特点, 可作为识别历史地震黄土滑坡的重要标志。税湾滑坡及柳沟右岸滑坡群坡体具有明显的黄土/泥岩二元斜坡结构, 极易沿黄土/泥岩接触面滑动。当坡体受到地震力作用时, 地震产生的循环动荷载一方面降低滑坡岩土体的抗剪强度, 另一方面改变滑坡体的力学状态, 坡体应力平衡遭到破坏, 地震力增加坡体下滑力、减小坡体抗滑力, 导致坡体失稳发生滑坡。目前, 税湾滑坡处于欠稳定状态, 遇地震或强降雨有可能再次失稳下滑, 因而有必要进一步开展地震黄土滑坡的成灾模式研究, 为潜在强震区防灾减灾提供科学依据。      

Study of shaking table test of seismic subsidence loess landslides induced by the coupling effect of earthquakes and rainfall

Light rain or moderate rain is the most common meteorological event in the rainy season in the loess area of China, so the probability of landslide hazards induced by the coupling effect of earthquakes and rainfall under the condition of light rain or moderate rain is relatively higher than that under heavy rain. To study the dynamic response characteristics and instability mechanism of loess slopes by the coupling effect of earthquakes and rainfall under the conditions of moderate rain and light rain, a low-angle slope model test of a large-scale shaking table after 10 mm of rainfall was carried out. By gradually increasing the dynamic loading, the evolution of the macroscopic deformation and the instability failure mode of the slope model are observed; the temporal and spatial trends of the amplification effect, acceleration spectrum, pore pressure and soil pressure are analyzed; and the failure mechanism of the slope is determined. The results showed that the amplification effect increased along the slope surface upward, and a strong amplification effect appeared at the front of the top of the slope. Because of the stronger dynamic stress action on the upper part of the slope, the immersed soil in the upper part of the slope experienced seismic subsidence deformation, the saturation in the seismic subsidence soil increased, and the water content temporarily increased locally. With the further increase in the loading intensity, a large number of tension cracks were generated in the seismic subsidence area, and water infiltrated down along the cracks and the wetting range expanded under dynamic action. The range of seismic subsidence and cracks further extended to the deep part of the slope. Under the reciprocating action of the subsequent ground motion, the swing amplitude of the soil mass in the seismic subsidence area, which is divided by a large number of cracks in the upper part of the slope, increased further, resulting in the further reduction in the residual strength of the seismic subsidence soil mass located at the crack tip due to the pull and shear action. Finally, under the combined action of gravity and dynamic force, the upper soil mass in the seismic subsidence area dragged the lower soil mass in the seismic subsidence area downward because the sliding force is greater than the residual strength of the soil mass, which induced a seismic subsidence-type loess landslide. Under the coupling effect of earthquakes and rainfall, the instability mode and mechanism of this landslide are significantly different from those of liquefaction-type landslides.

     

甘肃岷县永光村滑坡特征及其成因研究

泥流型黄土滑坡发生的条件除一般滑坡具有的条件之外,还应包括特殊的状态因素、触发因素及相应的驱动剪应力条件。通过对甘肃岷县永光村滑坡的现场勘察和实地调查,分析其成因,结果表明：永光村滑坡平面形态虽与泥流类似,但其具有滑坡形成区以及滑坡发生所需要的特殊的地形地貌、岩土体性质以及水文地质条件。永光村滑坡发育于沟道上游的黄土塬地带,临空面较大,滑坡剪出口位置高,具有较高的势能,滑坡体的主要岩土体是马兰黄土,黄土具有大孔隙结构,垂直节理发育,有利于地表水的下渗。下部为新近系泥岩,渗透系数低,为一相对隔水层。长期灌溉导致地下水位较高,黄土层存在软弱夹层,地下水位上升,导致其软化饱和,强度迅速降低,形成潜在滑动面。永光村滑坡亦具有圆弧形的滑坡后壁,滑坡后缘顶部分布有多条拉张裂缝,在前期发生降雨的外部条件下,在岷县“7·22”地震诱发下,发生了低角度、快速和远程的泥流型黄土滑坡,滑体在冲出沟口后形成了扇形堆积区。永光村滑坡是一种特殊的地震引发的泥流型黄土滑坡。目前,泥流型黄土滑坡的研究还处在探索阶段,是作为黄土滑坡分类的一种补充,建议进一步加强对此类灾害发生机理及其稳定性计算方法的深入研究。     

黄土-泥岩接触面滑坡的特征与成因

黄土-泥岩接触面滑坡是黄土沿下伏泥岩等接触面滑动的黄土滑坡, 是黄土高原广泛分布的主要黄土滑坡类型之一. 黄土-泥岩接触面滑坡发育的黄土斜坡一般为坡度10°～20°的地势低洼部位. 上部黄土、下部泥质岩的“双层异质”斜坡结构, 倾向坡外的接触面构成的软弱结构面, 是黄土-泥岩接触面滑坡发育的地质基础. 地下水作用是黄土-泥岩接触面滑坡的重要引发因素. 斜坡上部黄土的渗透性较好, 且垂直节理和落水洞发育, 有利于降水入渗, 而下部泥质岩的渗透性差, 地下水易在接触面及其低洼部位汇集, 使黄土底部接触面一带岩土长期处于过湿软塑-饱和状态, 成为滑坡发育的软弱结构面. 黄土-泥岩接触面滑坡具有滑动速度低、滑动距离短, 滑体稳定性差、易复活滑动等活动特征. 受斜坡地质结构和水文地质条件的控制, 黄土-泥岩接触面滑坡变形破坏的地质力学模式为滑移-拉裂型或塑流-拉裂型.     

柳家凹黄土滑坡滑动机制研究

以豫西山区柳家凹黄土滑坡为研究对象,采用现场地质勘探和调绘的方法确定了滑坡的形态和性质;利用原位试验和室内试验确定了滑带土的强度衰减的影响因素和影响规律;采用现场监测等技术手段,确定了滑动深度。在此基础上,分析了柳家凹滑坡的活动历史、成因、范围和影响因素。调查和分析表明,柳家凹黄土滑坡的滑动机制可概括为古滑坡因路堑开挖和降雨而局部复活。古滑坡黄土体结构相对松散,抗剪强度较差。当古滑坡前缘土体被开挖后,古滑体失去前缘支挡,在自重应力和地下水共同作用下,古滑坡体前缘沿黄土层与砾石层交接面滑动带滑移破坏。根据古滑坡复活情况分析,柳家凹黄土滑坡为牵引式滑坡,当滑体前缘滑动后,后面的滑体陆续出现滑动,裂缝向纵深方向发展。     

刘家湾滑坡特征及成因机制探讨

刘家湾滑坡位于青川东河口红光乡刘家湾,为汶川地震触发的特大型岩质山体滑坡。野外调查结果表明,该滑坡堆积体与一般汶川地震滑坡运动堆积体迥异的是滑体在沿碳质板岩与白云岩划分带破坏溃滑后,滑源区又沿白云岩风化卸荷带触发了二次溃滑,形成二级堆积平台的形态且以不同岩性区分,在岩性划分带及风化卸荷带呈现出明显的动力破坏特性。通过对该滑坡堆积体进行岩体物理力学试验及波速测试研究表明,该滑坡由白云岩、碳质板岩及千枚岩组成的内硬外软岩质边坡具有明显的量化差异特性,强震条件下差异岩性组合边坡岩层接触面的动力突变效应耦合凸出地形是导致该边坡破坏的主要因素。近一步研究显示该滑坡运动可大致分山体震裂阶段、地质分界面应力突变阶段、高速溃滑阶段、碎屑流堆积阶段、二次溃滑堆积5个动力过程。     

甘肃天水市北山地质灾害类型及成因分析

本文在深入分析天水市北山地质灾害发育现状的基础上,通过野外调查、实验数据和已有成果资料综合分析的方法,系统研究了天水市北山地质灾害的主要类型及成因。通过对研究区地质灾害的形成机制分析和探讨,揭示了该地区地质灾害发育的物质基础、力学性质、自然因素和人为因素,可为进一步治理该区的各类地质灾害提供理论指导,同时对预测研究区未来地质灾害发生、发展具有积极的指导作用和实际意义。研究区突发性地质灾害的类型主要有滑坡、崩塌、不稳定斜坡、地面塌陷和泥石流沟等五种类型,其地质灾害主要分布在北山的阳坡,形成了数条滑坡群沟。滑坡类型以混合式、中层、小型黄土滑坡为主;崩塌类型以人为黄土崩塌为主;不稳定斜坡主要属黄土型,主要位于滑坡或阶地前缘以及人类居住区;地面塌陷主要分布在滑坡体上;泥石流沟灾害,按物质组成属于泥流沟,按流域形态属于山坡型,按流体性质属于稀性,按水动力条件属于暴雨型。     

山西煤矿区滑坡特征及分类

滑坡分类研究一直是滑坡研究的基础和重点。通过对山西煤矿区滑坡灾害的工程实践和大量的调查统计分析,根据滑坡地层结构、岩性特征、诱发机制及运动特征等因素将山西煤矿区滑坡归结为5种类型:顺基岩面推移-滑动型黄土滑坡;蠕滑-挤出型黄土滑坡;水浸溜滑型黄土滑坡;煤层自燃倾覆-拉裂滑移型岩质滑坡;受节理控制的蠕滑-张裂型岩质滑坡。研究结果发现:黄土滑坡滑带土一般为松散土层,岩质滑坡的滑面为软弱结构面（多为泥岩薄层）或煤线;除溜滑型黄土滑坡滑动速度较快外,其他为低速滑坡,其典型特点是历时长,滑距短,致灾范围小,但滑坡推力大,破坏力强,往往造成更大损失。该研究进一步细化了滑坡分类的内容,其成果可对山西矿区及类似滑坡地质灾害的防治提供指导。