采动作用下岩溶山体视倾向松动演化规律及控滑机理研究

来源 :赵亚龙 | 被引量 : 0次 | 上传用户:coralcn
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视倾向滑坡是我国西南岩溶山区极为典型的一种山体失稳模式,其变形演化过程通常受溶蚀劣化和地下采矿扰动双重影响,表现出独特的岩坡结构时空变形特征和失稳机制,是地区内防灾减灾工作的重点内容之一。为此,本文依托国家重点研发计划项目(2018YFC1504802),以重庆武隆鸡尾山滑坡为地质原型,结合野外地质调研、室内试验和数值模拟等多种方法,开展了采动作用下岩溶山体视倾向松动演化规律及控滑机理的研究;揭示了溶蚀结构面工程力学特性劣化规律及采动岩溶山体视向变形破坏特征;从地质力学的角度阐明了采动作用下岩溶山体的视向失稳机理,并重点探讨了矿层采高、倾角、单矿层多期重复采动因素对岩坡稳定性以及矿山空间结构的影响规律;提出了减小覆岩移动变形的协调控制开采方法。主要研究内容及成果如下:(1)通过野外踏勘、无人机航测、历史资料搜集等多种方法,提出了复杂视倾向滑坡孕灾地质环境下的典型成灾模式,即“构造节理形成、地表水初始下渗、微弱溶蚀——局部汇水地形形成、硬岩溶蚀软岩泥化加速改造——优势结构面逐渐贯通、局部独立滑体单元形成——溶蚀结构面应力集中、外部触发视向突破滑出”,揭示了岩坡结构自组织由高能状态向低能状态转化的变形失稳本质。(2)基于灰岩结构面的室内渗流溶蚀试验,阐明了酸性环境下灰岩结构面渗流溶蚀演化模式和剪切力学特性溶蚀劣化规律。试验结果表明,持续溶蚀作用下,结构面微地貌由原生无序结构逐渐向低层次有序结构过渡,并最终形成相对稳定的高层次有序结构,具体表现出“初溶点式选择性改造——细槽线式稳定渗流溶蚀——优势管道流强烈溶蚀——渗流-溶蚀平衡”四个阶段;相应地,结构面抗剪强度总体呈现出“先减小后增大”的变化趋势,并基于此,提出了考虑溶蚀率的灰岩溶蚀结构面抗剪强度预测模型。(3)通过块体离散元数值模拟,探明了采动岩溶山体视向松动演化过程及覆岩移动变形基本规律。结果表明,视倾向滑坡失稳演化过程分为长期溶蚀劣化缓慢变形、短时采空卸荷强烈改造两个阶段,其中前者使岩溶山体逐渐进入一种“亚稳定”状态,后阶段采矿活动通过改变围岩应力环境起到降低岩坡稳定性、加速视向变形过程的作用;随着采空区的增大,覆岩松动变形总体呈现出前期轻微扰动、中期加速扩张和后期降速趋平的“S”形变化特征,地表开采沉陷逐渐由非充分采动态向充分采动态转化。(4)从矿山安全影响因素复杂性的角度出发,探讨了矿层采高、倾角和单矿层多期重复采动对矿山岩体空间结构自适应调整演化过程的控制规律,并基于正交试验极差分析原理,提出了减小覆岩移动变形的协调控制开采方法。结果表明,矿层采高越大、倾角越小、重复扰动次数越少,覆岩松动破裂面垂直层面向上扩展贯通就越彻底,导水裂隙带发育规模就越大,相应地,坡表岩层沉陷变形也越强烈,越接近于充分采动状态;相比之下,倾角对覆岩结构完整性的影响最大,采高次之,重复采动效应的影响微弱。
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