地下采动引起的山体滑坡机理研究.pdf

论文题目 地下采动引起的山体滑坡机理研究 作者姓名塑送攫 专业名称芷些王程 指导教师蕉直苤 副指导教师签壹堑 论文提交日期 论文答辩日期 授予学位日期 入学时间2 Q 兰曼生2 且 研究方向芷出压盘皇蚩屋蕉剑 职称教授 职称夔援缍直王 2 Q 三生且2 窆目 2 Q 兰生亘且目 S T U D Yo NM E C H A N I S Mo Fl A N D S L I D E C A U S E DB YM I N I N G AD i s s e r t a t i o ns u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t so ft h ed e g r e eo f M A S T E Ro FP H I L o S o P H Y f r o m S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y Z h e n gH o n g b i n S u p e r v i s o r P r o f e s s o rF a nK e g o n g V i c es u p e r v i s o r P r o f e s s o rS u n C h u n j i a n g C o l l e g eo fN a t u r a lR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g J u n e2 0 1 3 声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交 于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名 日 A F F I R M A T I o N 断渥硷 ， 期伽污每6 习l 吁日． Id e c l a r et h a tt h i sd i s s e r t a t i o n ，s u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ea w a r do fM a s t e ro fP h i l o s o p h yi nS h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y ，i sw h o l l ym yo w nw o r ku n l e s sr e f e r e n c e do fa c k n o w l e d g e ．T h e d o c u m e n th a sn o tb e e ns u b m i t t e df o rq u a l i f i c a t i o na ta n yo t h e ra c a d e m i c i n s t i t u t e ． S i g n a t u r e D a t e 山东科技人学硕l 学位论文 摘要 摘要 我国有许多矿区位于山区及丘岭地区， 生。严重的危害国家和人民生命财产安全， 可持续发展急需研究解决的一个难题。 这种条件下开采往往会导致滑坡灾害的发 同时也对生态环境造成严重破坏，是矿区 地下采动引起山体滑坡的变形和滑动是一个复杂的力学过程与非线性问题，本研 究结合贵州发耳煤矿因地下采动引起的滑坡实例，利用改进的极限平衡法和大型岩土 工程专用软件F L A C 3 1 ’，在已有研究成果的基础上，结合实际工程情况，并参考大量 的现场调查资料，对因地下采动引起的山体滑坡的滑动机制以及变形规律进行了一系 列的研究。主要内容如下 1 总结前人在滑坡滑动机制分析方面的研究，并在此基础上提出地下采动引起的 山体滑坡的滑动机制，并对贵州发耳煤矿的滑坡滑动机制进行分析。 2 在讨论极限平衡法计算坡体稳定性的过程中，充分考虑地下采动因素的影响， 然后利用改进的极限平衡法分析贵州发耳煤矿滑坡的稳定性，并分析计算结果，与简 单的极限平衡法的分析结果进行对比，对比结果充分说明考虑地下采动因素的改进的 极限平衡法在地下采动引起的山体滑坡的稳定性分析中的更适用。 3 结合贵州发耳煤矿具体的工程实例，应用F L A C 3 D 软件对地下采动引起的山体 滑坡稳定性的影响进行模拟，分别分析在上坡开采和下坡开采方式下滑坡体内的应变、 应力特征；地表移动特征；以及由地下采动所引起的坡面、开挖面、坡脚塑性区的出 现，得出下坡开采方式比上坡式开采更易引起山体滑坡的结论。 关键词地下采动；山体滑坡；破坏机制；极限平衡法；影响因素 山东科技大学硕士学位论文 摘要 - ●_ _ _ _ _ ●_ _ _ - - _ _ ●- _ ●●- _ ●_ _ _ _ _ _ ●_ ●_ _ _ _ - ●- - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ ●_ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ ●_ _ ●_ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - ●- _ _ - ●_ ●- _ _ _ _ _ - A B S T R A C T M a n ym i n e si sl o c a t e di nt h em o u n t a i n sa n dh i l l sa r e ai nC h i n a ，t h ec o n d i t i o n so f m i n i n gw i l lr e s u l ti nt h el a n d s l i d ed i s a s t e r ．S e r i o u sh a r ml i f ea n dp r o p e r t ys a f e t yo ft h e c o u n t r ya n dt h ep e o p l e ，b u ta l s oc a u s e ds e r i o u sd a m a g et ot h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，a n d t h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h em i n i n ga r e au r g e n tn e e dt os t u d ya n ds o l v ea p r o b l e m T h eu n d e r g r o u n dm i n i n gl a n d s l i d e sc a u s e db yt h ed e f o r m a t i o na n ds l i d i n gac o m p l e x m e c h a n i c a lp r o c e s sa n dn o n l i n e a rp r o b l e m s ，w ec o m b i n eG u i z h o uF a ’e rc o a ld u et o u n d e r g r o u n dm i n i n gl a n d s l i d ei n s t a n c e ，h a sb e e nt h eb a s i so ft h er e s e a r c hw o r k ，t h e l i m i t b a l a n c em e t h o da n dg e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n gs o f t w a r eF L A C 3 D ，c o m b i n e dw i t ht h e a c t u a ls i t u a t i o no ft h ep r o j e c ta n dc o n d u c t e das e r i e so fs t u d i e si nt h er e f e r e n c ef i e l d i n v e s t i g a t i o no nt h eb a s i so ft h es l i d i n gm e c h a n i s mo fl a n d s l i d e sc a u s e db yu n d e r g r o u n d m i n i n ga n dd e f o r m a t i o nl a w ．T h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s 1 T h i sG r a d u a t e t h e s i sa n a l y z e sal a r g en u m b e ro fm i n e su n d e r g r o u n dm i n i n g l a n d s l i d e se x a m p l e ，t h el a n d s l i d ec a u s e db yt h ec l a s s i f i c a t i o no fu n d e r g r o u n dm i n i n g ，a n d d i s c u s st h el a n d s l i d es l i d i n gm o d e ．D e p t hs t u d yd u et o u n d e r g r o u n dm i n i n gi n d u c e ds l o p e l a n d s l i d ec h a r a c t e r i s t i c sa n dr u l e st h r o u g ht h eu n d e r g r o u n dm i m n gl a n d s l i d es l i ps u r f a c ea n d av a r i e t yo fg e o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n a l y s i s ，t od e t e r m i n el a n d s l i d ed e v e l o p m e n t p r o c e s s ． U n d e r g r o u n dm i n i n gl a n d s l i d em e c h a n i s ma n a l y s i s ，t h es t u d yo ft h em a i nf a c t o r st h a ta f f e c t t h eu n d e r g r o u n dm i n i n gl a n d s l i d e ．I nc o m b i n a t i o nw i t h p r e v i o u sl a n d s l i d e sc a u s e db y u n d e r g r o u n dm i n i n gs l i d i n gm e c h a n i s mo nt h eb a s i so fa l la n a l y s i so ft h el a n d s l i d e m e c h a n i s m ，a n dG u i z h o ut h ee a rh a i rC o a lM i n el a n d s l i d em e c h a n i s m 2 C a l c u l a t i o no fs l o p es t a b i l i t yi sd i s c u s s e di nt h el i m i te q u i l i b r i u mm e t h o d ，g i v ef u l l c o n s i d e r a t i o nt ot h ef a c t o r so fu n d e r g r o u n dm i n i n g ，a n dt h e nu s et o i m p r o v et h el i m i t e q u i l i b r i u mm e t h o do fh a i re a rc o a lm i n ei nG u i z h o ul a n d s l i d es t a b i l i t yc a l c u l a t i o n ，a n dt h e r e s u l t sw e r ea n a l y z e ds i m p l el i m i te q u i l i b r i u mm e t h o do fc a l c u l a t i o nr e s u l t sw e r ef u l l y c o n s i d e ru n d e r g r o u n dm i n i n gf a c t o r si m p r o v e dl i m i te q u i l i b r i u mm e t h o di nt h eu n d e r g r o u n d 山东科技大学硕．j j 学位论文 摘要 m i n i n gt h ea p p l i c a b i l i t yo ft h ec a l c u l a t i o no ft h el a n d s l i d es t a b i l i t y ． 3 C o m b i n e dw i t hp r a c t i c a le n g i n e e r i n gG u i z h o uf a e rm i n es p e c i f i c ，a p p l i c a t i o no f F L A C 3 0s o f t w a r et os i m u l a t et h ei n f l u e n c eo fm i n i n gl a n d s l i d ei n d u c e db yt h es t a b i l i t y ， a n a l y s i si nt h eu p h i l la n dd o w n h i l lm i n i n ge x p l o i t a t i o nm o d eo ft h el a n d s l i d e ，t h es t r e s s s t r a i nc h a r a c t e r i s t i c s ；s u r f a c em o v e m e n tc h a r a c t e r i s t i c s ；a n db yu n d e r g r o u n dm i n i n gs l o p e ， d y n a m i cc a u s e db yt h ee x c a v a t i o n ，t h es l o p eo fp l a s t i c ，t h ed o w n h i l lm i n i n gw a ym o r e e a s i l yt h a nu p h i l lm i n i n gc a u s e dl a n d s l i d e s K e y w o r d s U n d e r g r o u n dm i n i n g ；M o u n t a i n l a n d s l i d e ；d e s t r u c t i o nm e c h a n i s m ；l i m i t e q u i l i b r i u mm e t h o d ；i n f l u e n c i n gf a c t o r s 山东科技人学硕士学位论文 目录 目录 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 1 ．1 选题的背景及研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3 研究内容及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 贵州发耳煤矿工程地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．1 地质环境条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 矿区内不良地质因素及地下采动对环境影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 0 2 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 2 3 地下采动引起山地坡体变形破坏特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 3 ．1地下采动引起山体滑坡的分类及特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 3 3 ．2 地下采动引起山体滑坡的发展过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 5 3 ．3 影响地下采动引起山体滑坡的因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 8 3 ．4 地下采动引起L J J 体滑坡的变形机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 3 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～3 2 4 地下采动作用下山体滑坡稳定性计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 ．1 滑坡稳定性分析方法选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 3 4 ．2 基本原理和计算方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 3 4 ．3 计算方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 8 4 ．4 分析参数选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 9 4 ．5 贵州发耳煤矿滑坡稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 l 4 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 2 5 贵州发耳煤矿地下采动数值分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 5 ．1F L A C 基本原理及流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 5 ．2 模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 5 山东科技大学硕士学位论文目录 5 ．3 模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 8 5 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 0 6结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。6 1 6 ．1 结j 沧⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 致诩| ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 4 主要成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 8 山东科技大学硕士学位论文目录 Co n t e n t s 1I n t r o d u c t i o n ⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 B a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo f t h er e s e a r c h t o p i c ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．．，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．，．．．．，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1 ．2T h er e s e a r c hs i t u a t i o na th o m ea n da b r o a d ．．．．．．⋯．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．．⋯．．．．．⋯．．．．⋯．⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯．．⋯．．； 1 ．3R e s e a r c hc o n t e n t sa n dt e c h n i c a lr o u t e ⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2G u i z h o uf a e rc o a lm i n eg e o l o g i c a la n dt e c h n i c a lc o n d i t i o n so fp r o d u c t i o n ⋯⋯．⋯⋯⋯．．7 2 ．1T h er e g i o n a lg e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 R e g i o n a ls t a b i l i t ye v a l u a t i o n ．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．．⋯．．．．⋯．．．．．．．．．．．⋯⋯．．．．⋯⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 0 2 ．3T h es u m m a r yo f t h i sc h a p t e r ．⋯⋯．．⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 2 3 A n a l y s i so ft h ed e f o r m a t i o nl a w so fm i n es l o p e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 3 3 ．1 U n d e r g r o u n d m i n i n go f c l a s s i f i c a t i o n a n dc h a r a c t e r i s t i c s o f l a n d s l i d ec a u s e db y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 3 3 ．2 U n d e r g r o u n dc o a l m i n i n gc a u s e d t h ed e v e l o p m e n tp r o c e s s o f l a n d s l i d e ⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 3 ．3F a c t o r si n f l u e n c i n gt h ed y n a m i cd e f o r m a t i o no f u n d e r g r o u n dm i n i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯1 8 3 ．4 U n d e r g r o u n dm i n i n gd e f o r m a t i o nm e c h a n i s mo f s l o p e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3 ．5T h es u m m a r yo f t h i sc h a p t e r ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 2 4C a l c u l a t i o no fd y n a m i cs t a b i l i t yo fu n d e r g r o u n dm i n i n ga n dl a n d s l i d eu n d e r ⋯⋯⋯．3 3 4 ．1C a l c u l a t i o nm e t h o d so f l a n d s l i d es t a b i l i t y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 ．2T h eb a s i cp r i n c i p l ea n dc a l c u l a t i o nm e t h o d ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 3 4 ．3 c o m p u t a t i o n a ls c h e m e ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 8 4 ．4C a l c u l a t i o np a r a m e t e r s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯，⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 4 ．5C a l c u l a t i o na n da n a l y s i so f l a n d s l i d es t a b i l i t y ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。．．．。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。．．．．．．．．．．．．．．4 1 4 ．6T h es u m m a r yo f t h i sc h a p t e r ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．．．．．．．4 2 5G u i z h o uf a e rc o a lm i n eu n d e r g r o u n dm i n i n gn u m e r i c a la n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 5 ．1T h eb a s i cp r i n c i p l ea n dp r o c e s so f F L A C ⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 5 ．2M o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯．，⋯．⋯．⋯．．⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．3S i m u l a t i o nr e s u l t sa n d a n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．⋯．⋯⋯．．．．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 8 5 ．4T h es u m m a r yo f t h i sc h a p t e r ．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．．．．⋯。。。．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．．6 0 6M a i nC o n c l u s i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 山东科技大学硕士学位论文目录 6 ．1 C o n c l u s i o n s ⋯．⋯⋯．⋯．．⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯．⋯．．⋯．⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．6 l 6 ．20 u t l o o k ⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．6 l A c k n o w l e d g e m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 3 R e f e r e n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 4 M a i nr e s u l t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 山东科技大学坝士学位论文 绪论 1 绪论 1 ．1 选题的背景及研究意义 1 ．1 ．1 选题的背景 地下采动引起的山体滑坡是目前山区煤矿的主要灾害之一。它与水灾、地震、火山 等自然地质灾害一样，随时都有可能毁坏建筑物、堵塞河流、掩埋村镇、毁坏农田、断 绝交通等，给人民的生命财产与经济建设造成重大的损失。它是影响山区煤矿安全生产 和生态环境的重要因素，预防与治理地下采动引起的山体滑坡灾害对煤炭生产和矿井建 设具有重要意义。地下采动引起的山体滑坡，即由于地下采矿活动引起的老滑坡体的开 采复活和新滑坡体的滑移。这种滑坡灾害系统具有非线性、非平衡性、突变性、随机性 的属性，是多个系统协同作用发展的结果，其中地下采动是重要的外在作用因素【l 】。 由于地下采动要挖掘大量的煤炭形成采空区，通常煤矿不对采空区进行回填，从而 引发一系列的矿山灾害，例如地面塌陷、地面沉降、滑坡、地裂缝、泥石流等，其中影 响最为严重的灾害就是地下采动引起的山体滑坡，由于地下采动的影响，导致地表的变 形与沉降和地裂缝的产生，在地下采动扰动和降雨等因素的共同诱发下，导致了山体的 滑坡。地下采动引起的山体滑坡灾害越来越引起全世界广大人们的同益关注[ 1 ，2 J ，在美国、 德国、加拿大、澳大利亚及南非等国家都有大量的关于地下采动引起的山体滑坡灾害的 相关报道【3 刊。德国的B a l k e m a 矿区、加拿大S o u t hW a l e sC o a l f i e l d 煤田、澳大利亚O k ．T e d i 和P o r g e r a 矿山、斯里兰卡高原矿区等都因为地下采动引起了较大的山体滑坡灾害，此 灾害加剧了对矿区周边环境的损害使得矿区生态环境退化甚至荒漠化【6 ，7 】。仅是美国和加 拿大每年由于滑坡造成的经济损失就达到2 2 亿美元[ 5 】。 山体滑坡稳定性分析是预防和减少地下采动引起的山体滑坡灾害的重要研究领域， 它涉及到矿山工程、土木工程、建筑工程、水利工程等诸多的丁程领域。然而地下采动 引起的山体滑坡不是简单的地质现象，其发展过程极其复杂【8 】。很多因素影响L L I 体滑坡 的稳定性，概括地讲主要可以分为外部因素和内在因素。其中内在因素包括地质构造、 岩体结构、滑坡岩土体的地层岩性等，在这方面有较多研究。这些囚素的影响是缓慢而 长期的，是山体滑坡变形破坏的先决条件。而外部因素包括水文地质、风化作用、滑坡 山东科技大学硕二I 学位论文 绪论 形态、振动、人类工程作用以及植物生长、气象条件等等。这些因素比较明显和迅速地 对山体的变形和破坏产生影响，但是它们也只能是通过内在因素来破坏山体滑坡的稳定 性，或者加速山体滑坡变形的发生和发展。内部凶素矛r i J , t , 部因素共同决定了山体滑坡变 形的规模和形式，控制着L 【』体滑坡的稳定性；在诸多因素中，人类工程作用，例如地下 采动，它虽然属于- ；f , b J b 部因素，但这种地下采动要在地下留下大量的采空区，往往会 给矿区造成很大的危害，例如贵州发耳煤矿在地下采矿后，地下采动对山体滑坡稳定性 有较大影响，在这些地段发生山体滑坡灾害，其中滑动面积大于0 ．5 k m 2 的就有5 处，最 大的可达2 ．7 k m 2 芭蕉塘滑坡 。山体滑坡影响的深度不一，据钻孔探测，最深处的可 达2 3 0 m 芭蕉塘滑坡 ，最浅处的亦达4 0 m 尹家寨滑坡 ，严重威胁到居住在山体下 居民安全。 地下采动这类活动所造成的山体滑坡常与以下因素有关一是地下采动的规模，地 下采动的规模越大，坡体的应力场改变就越大，在坡脚和坡项引起的应力集中现象也越 强烈，山体滑坡的稳定性降低也就越快；二是地下采动的具体位置，地下采动越接近坡 面，滑坡滑动和地表移动就越强烈，但是其影响范围却显著减小；接近地表的地下采动 常常引起较小范围塌陷和沉降，山体滑坡的破坏和变形是局部的；当地下采动埋深较大 时，山体滑坡滑动和地表移动的影响范围比较大，山体滑坡常常是整体性的；三是滑坡 的地质条件，地下采动对山体滑坡的影响程度大小受山体的地质条件影响，地下采动最 先引起滑坡体地表的运动，当地表移动至一定程度时，拉裂缝会在坡项附近出现，剪切 破坏带会在坡脚附近出现；当滑坡体的岩土体破坏的较为严重时，拉裂缝和剪切破坏带 会贯通或者近乎贯通，滑坡滑动面的抗滑力会快速下降，滑坡体的稳定性会显著降低， 甚至失稳，造成山体滑坡灾害。 1 ．1 ．2 研究意义 在山体下进行煤炭开采，当采出煤炭后，采空区周围岩体内部的原始应力平衡状态 将被破坏，使岩层产生变形、移动、甚至破坏。当采空区的面积达到一定的范围后，在 采空区附近开始的移动将扩展至地表，引起地表沉降、变形、山体滑坡等灾害。地下采 动引起的山体滑坡跟一般意义的滑坡不同，它是由地表地形条件、覆岩赋存条件、开采 方法等复杂的因素共同决定的，其具有突发性、隐蔽性，治理难度相对较大的特征。大 量的观测研究表明，地下采动引起的山体滑坡是由于地表松散堆积层在开采扰动作用或 开采引起覆岩沿岩层中的软弱层滑移下发生的[ 9 1 羽，这些特征决定了很多地下采动引起 ’ 山东科技大学硕士学位论文 绪论 的L l J 体滑坡在开采地表移动角以外发生，是一个复杂的系统协同作用的结果，并不是一 个简单的山体滑坡及地表沉陷问题。例如陕西韩城矿务局象山煤矿将坑口电厂及矿井工 业广场建设在象山坡的脚下，虽然山体坡角的下部仅3 0 。、上部仅1 7 。，平均仅2 0 。， 但是由于在其地下存在着4 层比较完整的层间剪切带和软弱层，以致开采煤层引起工业 广场、坑口电厂、井筒等设施的滑坡损坏，从1 9 8 4 年到1 9 9 5 年进行了很多次的加固处 理，但是至今还没有得到完全有效的控制【”】。攀枝花矿区小宝鼎煤矿北区因急倾斜煤层 群的开采引起了顶底板的岩层沿着弱夹层方向滑移，以致在开采范围以外的6 5 0 m 处位 置出现了2 ．6 m 宽的大裂缝，造成了山体滑坡损坏北风井的事故。地下采动滑坡灾害对采 矿业的可持续发展有着严重的制约，伴随着西部能源的大开发，这一问题将尤为突出 [ 1 4 A 5 】。在山区的地表条件下，大多数工业广场、矿井、坑口电站等重要的建筑设施，是 沿着山脚分布的，地下采动引起的山体滑坡导致这些建筑设施被毁坏，严重的威胁人民 生命财产安全，制约着经济的发展。因此，进行地下采动对山体滑坡影响的研究具有重 大理论价值和社会意义。 1 ．2 国内外研究现状 伴随着科学技术水平的不断提高，各国的科学家从不同的角度出发，针对地下采动 引起山体滑坡展开了全面而深入的研究，而且收获了大量有益的研究成果，这些都为进 一步揭示地下采动引起的山体滑坡的成灾机理和形成条件奠定了基础。 早期多从滑坡学的角度去研究地下采动引起的山体滑坡，主要是从滑坡体的构造、 地层、地下水以及岩性结构的作用等方面去分析研究地下采动引起山体滑坡的机理与原 因，然而对地下采动引起的上覆岩体的应力应变关系、地下矿层开采方式及对坡体稳定 性的影u 向并没有进行深入的研搿M 】。这些研究多是一般性的对地形地质条件和滑坡过程 的描述，对于地下采动引起山体滑坡的理解程度也仅仅是停留于经验定性的认识阶段 【1 7