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采空区上覆岩体变形进而诱发斜坡失稳是影响山区矿山安全的主要工程地质问题之一。缓倾岩层中采空区变形破坏过程复杂,由采空区变形诱发的滑坡滑面发展过程更为复杂,为采空区斜坡稳定性评价带来了极大的困难。因此,研究缓倾岩层采空区上覆岩体裂隙扩展规律,对于分析斜坡变形破坏机制和稳定性评价具有重要意义。本文选择贵州省青山矿区马达岭滑坡和接娘坪变形体为研究对象,在现场调查的基础上,采用细观离散元方法,通过对马达岭滑坡变形过程的深入剖析,预测了接娘坪变形体的变形破过程,得到了缓倾采空区斜坡变形破坏模式和运动特征,为这类地质问题的解决提供了理论基础。取得的成果主要包括: (1)研究区斜坡为缓倾角斜向倾内层状结构斜坡,具有上硬下软的结构特点,坡体上部主要为由厚层砂岩夹薄层炭质页岩组成,下部为中厚层-薄层状炭质页岩、砂岩夹煤层组成。受坡体结构特征控制,研究区斜坡地形上具有上陡下缓的特点,形成坡高200 m的斜坡。在斜坡底部存在两层厚度1~2 m的可采煤层,煤层开采活动导致大面积采空区的形成。 (2)接娘坪斜坡位于马达岭滑坡东侧,其斜坡结构特征与马达岭一致。接娘坪受采煤活动的影响,产生了5条深大裂缝,均已贯通到煤层A11和A10的采空区。根据裂缝发育特征,接娘坪变形体正以裂缝LF1和LF2为边界发生向西南方向的滑动。 (3)本文用岩石数值试验拟合了砂岩、页岩和煤的力学参数,其结果符合室内试验的力学强度结果和破坏现象,对应的岩石力学微观参数能够直接用于斜坡变形破坏的数值模拟。 (4)在近主滑方向上,马达岭的二维模拟表明,根据微裂隙累积曲线特征,斜坡的变形破坏过程均可划分为裂隙快速发育与扩展阶段、裂隙贯通阶段和蠕变阶段三个大阶段。其中裂隙快速发育与扩展阶段是斜坡变形破坏最剧烈的阶段,期间斜坡后缘产生了由坡表往采空区发展的拉裂缝,裂缝在裂隙贯通阶段与采空区顶部连通。后缘拉裂缝与底部采空区和软弱煤层构成了潜在滑动面。在马达岭的三维模拟中,碎屑流的沉积情况与现场调查的情形基本一致,马达岭反演的微观参数能够反应斜坡变形破坏后的岩体强度特征,为接娘坪滑坡运动模拟提供了岩体的力学参数。 (5)基于对马达岭滑坡的研究,初步判断接娘坪也会经历马达岭相同的变形破坏和运动过程,为此进行了数值模拟预测研究。接娘坪由于分两次开挖——先开挖深部煤层A7和A9,然后开挖前部煤层A10和A11。第一次开挖中,斜坡的变形经历了裂隙快速发育与扩展阶段、坍塌压密阶段和蠕变阶段三个阶段,此过程主要使坡体内部发生冒落破坏,并且导致采空区端部产生由下往上发展的拉裂缝,并且开挖还导致斜坡整体下沉。在第二次开挖中,斜坡变形经历了三个阶段:裂隙快速发育与扩展、裂缝贯通和蠕变阶段,变形过程中在与裂缝LF2相似的位置产生了由上而下发展的拉裂缝,裂缝最终与煤层A11采空区顶部贯通。拉裂缝与软弱煤层A11及其采空区构成潜在滑动面。模拟结果表明,接娘坪的变形破坏过程与马达岭一致,并且可发生以LF2为后壁,LF1为边界,以煤层A11为底,向西南临空面滑动的滑坡,并且预测滑坡的形成机制为:深部塌陷—冒落—沉陷—后缘拉裂—蠕滑剪切和滑动。 (6)接娘坪的三维模拟表明,接娘坪可能会发生与马达岭滑坡类似的高速远程滑坡,并且预测运动过程可以划分为5个阶段:前缘崩滑阶段、后缘滑动阶段、碎屑化阶段、加速滑动阶段和减速沉积阶段,滑坡形成的碎屑流最终冲出沟口260 m左右。危险的区域主要为接娘坪西南侧400 m内的区域和离沟口260 m内的公路、河道和农田。