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摘要：为研究采空区变形对河谷区岩质斜坡变形破坏过程的影响，以贵州省清镇市小二岩斜坡为研究对象，运用底摩擦物理模型试验，将物理模型分别设置为预制裂隙组和无预制裂隙组，研究采空区变形影响下岩质斜坡破坏过程，并探讨该类斜坡的变形破坏模式。初步研究发现：① 两组试验共同点是由于采空区导致小二岩斜坡出现变形，小二岩斜坡为缓倾上硬下软型结构，采空区上覆顶板在重力作用下发生弯曲变形导致采空沉陷。② 无预制裂隙组模型总的变形演化过程为采空沉陷-坡体中产生拉裂缝-裂隙拓展延伸至坡顶。③ 预制裂隙组模型总的变形演化过程为采空沉陷-卸荷裂隙贯通至坡脚-发生滑塌。④ 分析认为在对斜坡体预制卸荷裂隙后，卸荷裂隙对于斜坡的变形模式有较大影响，小二岩斜坡变形破坏的地质力学模式可分为表生改造和拉裂-滑塌（或拉裂-倾倒）2个阶段。
关 键 词：采空区;缓倾岩质斜坡;变形破坏;卸荷裂隙;底摩擦试验
中图法分类号：U418.55;P642.22
文献标志码：A
文章编号：1001-4179（2021）09-0126-05
DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.09.020
0 引 言
地下开采导致大量的采空区出现，极易在重力的作用下发生变形，进而导致地面沉陷、崩塌、滑坡等地质灾害发生[1-4]，影响工程建设，危害人民生命财产安全。针对此类灾害，众多学者进行了大量的研究，得到了很多重要成果。代张音等[5]研究了不同开采地下顺序（顺坡开采、逆坡开采）、煤柱留设（上下边界矿柱、区段或水平矿柱）情况下采空区不同空间分布及其诱发上覆岩层变形破裂的响应特征，认为弯曲-断裂和滑移-拉裂是该类地下采空条件下含软弱夹层缓倾顺层斜坡主要的变形破坏方式。陈明是等[6]通过研究链子崖裂缝与节理、断层的特点，从构造学的角度分析了该区域节理裂隙的排列组合特征，认为斜坡重力卸荷拉张是由于采空区变形导致岩体向临空面偏转造成力矩的变化引起的。Gao等[7]用极限分析法和变分极限平衡法研究了因为开挖导致含有拉裂缝斜坡的稳定性，认为裂纹的形成机理应考虑为内部耗散。史文兵等[8-9]通过现场调查和物探得到了采空区分布情况及斜坡裂缝体系发育规律，继而通过离散元数值模拟、物理模拟等手段模拟了多煤层重复采动条件下覆岩移动变形过程，分析了临空面、重复采动影响下高陡缓倾斜坡变形的规律和机理，通过研究建立了失稳识别特征。黄达等[10]考虑了基座的风化效应，通过数值建模再现了危岩体的失稳过程，将危岩变形失稳过程分为稳定、累积损伤、座落及折断4个阶段。赵建军等[11]通过框架模型试验研究了马达岭斜坡的变形破坏过程，指出由于下部软岩变形导致上部硬岩形成拉应力区，得出了顶板破坏-坡顶后缘拉裂-裂隙贯通-发生滑动的斜坡变形破坏机制。黄敏等[12]通过AutoCAD和DIMINE软件建立了三维地质模型，重现了塑性区的发展过程，认为开采后边坡主要是受拉破坏，从而诱发了滑坡。这些研究成果探讨了该类地质灾害的成因机制，并且对变形阶段有了准确的划分，对于采空区诱发斜坡变形破坏研究具有重要意义。
小二岩斜坡位于鸭池河区域，该区域有一百多年的采煤历史，在斜坡上形成了大量危岩体，危岩体的形成影响因素较多，除采空区因素导致坡体变形的原因外，经野外勘查结合研究推测，河谷下切卸荷过程中形成了陡崖顶部的初始裂隙，这些裂隙逐渐拓展，加深了斜坡的不稳定性。目前，矿区所在斜坡坡顶已经产生了多条长且较深的卸荷裂隙，在外力的作用下很有可能发生崩塌等地质灾害，威胁矿区居民点。综合考虑河谷初始裂隙以及地下开采的影响，开展采空区变形诱发的斜坡变形影响因素、失稳过程的研究，可为该区域矿山的下一步开发与规划提供科学理论依据，减缓此类灾害的发生。
1 研究区概况
研究区域属侵蚀-溶蚀低中山河谷岸坡地貌，地势总体南东高、北西低，地形上部为陡崖，下部为陡坡-缓坡。区域高程840.0 m（鸭池河岸）～1 309.5 m（研究区东侧顶），相对高差469.5 m左右。小二岩斜坡危岩带顶面海拔高程1 100 m，危岩带分布宽度约600 m，陡崖距离鸭池河直线距离约1 km（见图1）。斜坡岩层产状为340°∠12°，坡体呈上硬下软结构，区域内从老到新发育地层依次为二叠系上统龙潭组（P3l）、二叠系上统长兴-大隆组（P3c+d）、三叠系下统夜郎组（T1y），硬岩以灰岩为主，软岩以粉砂质泥岩为主。崩塌发育于二叠系上统长兴-大隆组和三叠系下统夜郎组地层中，现阶段开采煤层主要是位于龙潭组的M9煤层。由于历史上河谷下切的侵蚀切割作用，在陡崖顶部产生了初始卸荷裂隙，这些裂隙由于地下开采等外力的作用，向下拓展，在陡崖上产生了多条深切裂缝。由于采空区变形导致斜坡曾经发生过两次崩塌，其中2008年崩塌总方量约3 500 m3，2012年崩塌总方量约500 m3，崩塌方向均为325°。
区域采用走向长臂后退式开采法，在M9煤层因大量开采形成了9101，9102，9103，9105采空区以及物探推测采空区（见图2～3），采空区高度为 0.5～4.4 m，平均厚3 m。其中物探推测采空区已经开采到斜坡陡崖正下方，目前认为此采空区的变形是导致斜坡变形破坏的重要原因。
小二岩斜坡位于鸭池河沿岸，研究区区域地层经受多次构造运动[13]，地形地貌有了极大的改变，河流对于河床的侵蚀切割作用，造成河床高程不断下降，斜坡升高，形成了小二岩斜坡高陡的地貌特征。由于河谷下切侵蚀卸荷作用，在斜坡上部分位置产生卸荷裂隙，降低了斜坡的稳定性，这些卸荷裂隙在地下开采、雨水、放炮振动等外力作用下逐渐拓展，加剧了斜坡的的破坏。
2 底摩擦试验模型设计
2.1 材料选择以及模型设计
本次试验主要目的是模擬小二岩斜坡变形破坏过程，对其破坏机理进行研究。小二岩斜坡高70 m，要让模型尽可能大地放到模型框中，而模型框尺寸为80 cm×100 cm，考虑到小二岩的地下开采状况以及边界效应，将小二岩斜坡分为4层，其中砂粉砂质泥岩2层，煤层1层，灰岩可以看做为1层，建立概化模型（见图4）。模型的设计高度为42 cm，最底部宽度为80 cm，因此小二岩斜坡几何条件相似系数为500，内摩擦角相似比为1∶1。通过室内岩石力学试验得到小二岩斜坡岩体物理力学参数（见表1）。通过多组试验确定灰岩（硬岩）配比以及粉砂质泥岩（软岩）配比（见表2）。考虑到采空区位于龙潭组地层中并且被采空，因此试验中煤层采用粉砂质泥岩配比。 2.2 模型制作
将粉砂质泥岩相似材料和灰岩相似材料按照已经计算好的重量称量好，使用直尺标记每一层模型对应的高度和宽度，从模型的最下层开始制作，再分别用1 361.5 g与652.4 g的夯实器夯实。粉砂质泥岩经调查属于薄-中层状岩体，对粉砂质泥岩每2 cm进行分层，在每层之间使用适当的云母粉进行分割，将煤层用墨水涂成黑色。将灰岩相似材料加入水后适当搅拌至可以塑型。预先在皮带上涂抹少量润滑油防止相似材料凝固在皮带盘上，根据斜坡形状铺在试验机上并用木板压实，用刷子把模型表面扫干净。模型粉砂质泥岩部分用保鲜膜包好防止含水率变化，模型常温下硬化2 d。
3 模拟分析
该区域煤矿采用的开采方法是走向长臂后退式开采法，即沿煤层走向开采，从斜坡内部开采至开始掘进的位置，因此试验先开采对斜坡坡顶有最大影响的物探探明采空区，采用一个采空区一次完成开挖方式进行模拟。考虑到河谷下切在斜坡中产生的初始裂隙，将设计模型试验为两组，一组在模型陡崖顶部预制一条裂隙（即考虑初始裂隙），另一组不做布置（不考虑初始裂隙），观察对比两组变形的区别。
（1）第1组试验（不考虑预制裂隙，见图5）。在未开挖前斜坡处于天然稳定状态，层面处于压密状态，开始对物探探明采空区开挖，模拟采空沉陷形成以及斜坡破坏。在开挖完成后，重新开机并将速度调制1.00。观看摩擦力观测仪，待其数值稳定之后再调大传送带的转速，防止模型底部与传送带之间有粘连，随后将速度调制5.00。底摩擦试验机转动10 min后，运行观察到试验模型的采空区上覆顶板在重力的作用下，逐层向下沉降，采空区上覆顶板出现离层裂隙，发生采空沉陷;30 min时顶底板合槽，由于地下开采导致应力集中和重新调整，陡崖出现上下贯通的裂缝，裂缝宽0.1 cm，位于斜坡后缘（见图6）。继续开机转动3 h后，斜坡无明显变形，此时关机，第一组试验结束。
（2）第2组试验 （考虑预制裂隙，见图7）。小二岩危岩体是由于河谷下切、地下开采等外力因素形成的，经野外调查，发现陡崖顶部存在河流侵蚀卸荷造成的卸荷裂隙，经无人机测得卸荷裂隙宽约10 m，本次试验设计相似比为1∶500，因此在模型上预制裂隙的长度为2 cm。在未开挖时，斜坡处于稳定状态，对物探探明采空区开挖完成后，重新开机并将速度调至1.00，5 min后将速度调到5.00。与第1组一样，在采空区形成后，采空区上覆顶板逐渐弯曲沉降，斜坡上出现拉张裂隙，30 min后顶板向下闭合。开机35 min后，由于采空塌陷，被卸荷裂隙分割出来的岩体重心发生偏移，受力方向改变，导致卸荷裂隙向坡脚进一步发展，进而与层面相连，危岩体后缘边界形成。随着裂缝进一步发展，危岩体沿贯通的裂隙面向下运动，造成了危岩体整体的滑动（见图8）。
4 斜坡失稳地质力学模式分析
（1）表生改造阶段[14]。采空区的掏空使得采空区顶板应力发生变化，顶板失去支撑出现弯曲变形，逐渐向下沉降，形成垮落拱。随着顶板冒落带裂隙的不断向上延展，垮落拱不断增高，最终形成了垮落带，在采空区与地表之间形成多条较长的张拉裂隙。
（2）拉裂-滑塌阶段（或拉裂-倾倒阶段）。在斜坡陡崖顶部无初始裂隙的位置，由于垮落带的形成，以及灰岩下部粉砂质泥岩内部应力的变化以及位移的产生，导致灰岩自身发生破坏，由下而上产生贯通的裂隙。雖然没有发生整体的失稳现象，但由于裂隙的贯通，斜坡危岩体很可能由于继续向坡体内开采、放炮振动等外力的作用，向临空方向发生倾倒，推测发生拉裂-倾倒型崩塌。
在斜坡陡崖顶部有初始裂隙的位置，前半部分的变形与无初始裂隙的一样，不同的是由于预制了裂隙，变形的开展部位发生了变化。裂隙沿初始裂隙底部的位置一直发展到了坡脚，发展成为了可以使危岩体整体滑动的滑面。由于重力沿坡向产生分力，导致危岩体整体发生了滑动，最终斜坡发生了失稳破坏，发生拉裂-滑塌型崩塌。
5 结 论
（1）采空区变形是小二岩斜坡变形破坏的主要因素，采空区上覆顶板弯曲沉降，最终形成了垮落带，导致陡崖上部由于应力调整产生拉张裂隙，其中存在初始裂隙的陡崖位置由于裂隙拓展形成滑面，最终发生崩塌。
（2）小二岩斜坡存在两种裂隙：一种是卸荷裂隙+开采诱发，位于坡顶边缘;一种是仅开采诱发，位于坡顶后缘。
（3）以小二岩斜坡为例，研究了缓倾“上硬下软”型“地下采空”斜坡变形的地质力学模式，将该类斜坡的地质力学模式分为表生改造和拉裂-滑塌（或拉裂-倾倒）2个阶段。
斜坡变形是由多个因素综合导致的结果。本文通过底摩擦试验模拟了采空区变形这一重要因素导致斜坡破坏的过程，但在实际中斜坡的变形破坏还要受到其他一些条件的影响，比如降雨入渗会产生动水压力与静水压力，加剧坡体中裂缝的拓展，而地震（爆破）振动也会加剧卸荷裂隙的扩展，受限于试验条件，这些因素并未加以研究。此外，试验是针对斜坡的一个剖面进行的，如果使用三维模型进行研究，就可以更深入地模拟采空变形对于斜坡坡顶后缘的影响范围，构建地下开采与斜坡稳定性之间的定量化关系，这些都有待于进一步研究。
参考文献：
[1] KULATILAKE P，SHREEDHARAN S，HUANG G，et al.3-D discontinuum numerical modeling of subsidence incorporating ore extraction and backfilling operations in an underground iron mine in China[J].International Journal of Mining Science & Technology，2017，27（2）：191-201.
[2] SHERIZADEH T，KULATILAKE P.Assessment of roof stability in a room and pillar coal mine in the U.S.using three-dimensional distinct element method[J].Tunnelling and Underground Space Technology，2016，59：24-37. [3] ZHANG Z X，XU Y，KULATILAKE P，et al.Physical model test and numerical analysis on the behavior of stratified rock masses during underground excavation[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2011，49：134-147.
[4] 汤伏金，田家琦，于根.地下开采诱发滑坡的机制分析[J].阜新矿业学院学报（自然科学版），1991（增1）：16-17.
[5] 代张音，唐建新，舒国钧，等.地下采空诱发顺层岩质斜坡变形破坏特征研究[J].安全与环境学报，2017，17（4）：1294-1298.
[6] 陈明是，张树淮，陈生，等.长江三峡链子崖危岩体裂缝发育特征及其形成动力学机理[J].中国地质科学院院报，1992（4）：97-107.
[7] GAO Y，SONG W，ZHANG F，et al.Limit analysis of slopes with cracks：comparisons of results[J].Engineering Geology，2015，188：97-100.
[8] 史文兵.山區缓倾煤层地下开采诱发斜坡变形破坏机理研究[D].成都：成都理工大学，2016.
[9] 史文兵，黄润秋，赵建军，等.山区平缓采动斜坡裂缝成因机制研究[J].工程地质学报，2016，24（5）：768-774.
[10] 黄达，杨伟东，陈智强.考虑软弱基座风化效应的望霞危岩崩塌机制分析[J].人民长江，2018，49（6）：64-69，78.
[11] 赵建军，蔺冰，马运韬，等.缓倾煤层采空区上覆岩体变形特征物理模拟研究[J].煤炭学报，2016，41（6）：1369-1374.
[12] 黄敏，唐绍辉，吴亚斌，等.地下开采对山体边坡稳定性影响的数模分析新方法[J].矿业研究与开发，2016，36（6）：5-8.
[13] 陈毓遂.贵州地质演化的基本轮廓[J].贵州地质，1984（1）：65-78.
[14] 赵建军，马运韬，蔺冰，等.平缓反倾采动滑坡形成的地质力学模式研究：以贵州省马达岭滑坡为例[J].岩石力学与工程学报，2016，35（11）：2217-2224.
（编辑：刘 媛）
关 键 词：采空区;缓倾岩质斜坡;变形破坏;卸荷裂隙;底摩擦试验
中图法分类号：U418.55;P642.22
文献标志码：A
文章编号：1001-4179（2021）09-0126-05
DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.09.020
0 引 言
地下开采导致大量的采空区出现，极易在重力的作用下发生变形，进而导致地面沉陷、崩塌、滑坡等地质灾害发生[1-4]，影响工程建设，危害人民生命财产安全。针对此类灾害，众多学者进行了大量的研究，得到了很多重要成果。代张音等[5]研究了不同开采地下顺序（顺坡开采、逆坡开采）、煤柱留设（上下边界矿柱、区段或水平矿柱）情况下采空区不同空间分布及其诱发上覆岩层变形破裂的响应特征，认为弯曲-断裂和滑移-拉裂是该类地下采空条件下含软弱夹层缓倾顺层斜坡主要的变形破坏方式。陈明是等[6]通过研究链子崖裂缝与节理、断层的特点，从构造学的角度分析了该区域节理裂隙的排列组合特征，认为斜坡重力卸荷拉张是由于采空区变形导致岩体向临空面偏转造成力矩的变化引起的。Gao等[7]用极限分析法和变分极限平衡法研究了因为开挖导致含有拉裂缝斜坡的稳定性，认为裂纹的形成机理应考虑为内部耗散。史文兵等[8-9]通过现场调查和物探得到了采空区分布情况及斜坡裂缝体系发育规律，继而通过离散元数值模拟、物理模拟等手段模拟了多煤层重复采动条件下覆岩移动变形过程，分析了临空面、重复采动影响下高陡缓倾斜坡变形的规律和机理，通过研究建立了失稳识别特征。黄达等[10]考虑了基座的风化效应，通过数值建模再现了危岩体的失稳过程，将危岩变形失稳过程分为稳定、累积损伤、座落及折断4个阶段。赵建军等[11]通过框架模型试验研究了马达岭斜坡的变形破坏过程，指出由于下部软岩变形导致上部硬岩形成拉应力区，得出了顶板破坏-坡顶后缘拉裂-裂隙贯通-发生滑动的斜坡变形破坏机制。黄敏等[12]通过AutoCAD和DIMINE软件建立了三维地质模型，重现了塑性区的发展过程，认为开采后边坡主要是受拉破坏，从而诱发了滑坡。这些研究成果探讨了该类地质灾害的成因机制，并且对变形阶段有了准确的划分，对于采空区诱发斜坡变形破坏研究具有重要意义。
小二岩斜坡位于鸭池河区域，该区域有一百多年的采煤历史，在斜坡上形成了大量危岩体，危岩体的形成影响因素较多，除采空区因素导致坡体变形的原因外，经野外勘查结合研究推测，河谷下切卸荷过程中形成了陡崖顶部的初始裂隙，这些裂隙逐渐拓展，加深了斜坡的不稳定性。目前，矿区所在斜坡坡顶已经产生了多条长且较深的卸荷裂隙，在外力的作用下很有可能发生崩塌等地质灾害，威胁矿区居民点。综合考虑河谷初始裂隙以及地下开采的影响，开展采空区变形诱发的斜坡变形影响因素、失稳过程的研究，可为该区域矿山的下一步开发与规划提供科学理论依据，减缓此类灾害的发生。
1 研究区概况
研究区域属侵蚀-溶蚀低中山河谷岸坡地貌，地势总体南东高、北西低，地形上部为陡崖，下部为陡坡-缓坡。区域高程840.0 m（鸭池河岸）～1 309.5 m（研究区东侧顶），相对高差469.5 m左右。小二岩斜坡危岩带顶面海拔高程1 100 m，危岩带分布宽度约600 m，陡崖距离鸭池河直线距离约1 km（见图1）。斜坡岩层产状为340°∠12°，坡体呈上硬下软结构，区域内从老到新发育地层依次为二叠系上统龙潭组（P3l）、二叠系上统长兴-大隆组（P3c+d）、三叠系下统夜郎组（T1y），硬岩以灰岩为主，软岩以粉砂质泥岩为主。崩塌发育于二叠系上统长兴-大隆组和三叠系下统夜郎组地层中，现阶段开采煤层主要是位于龙潭组的M9煤层。由于历史上河谷下切的侵蚀切割作用，在陡崖顶部产生了初始卸荷裂隙，这些裂隙由于地下开采等外力的作用，向下拓展，在陡崖上产生了多条深切裂缝。由于采空区变形导致斜坡曾经发生过两次崩塌，其中2008年崩塌总方量约3 500 m3，2012年崩塌总方量约500 m3，崩塌方向均为325°。
区域采用走向长臂后退式开采法，在M9煤层因大量开采形成了9101，9102，9103，9105采空区以及物探推测采空区（见图2～3），采空区高度为 0.5～4.4 m，平均厚3 m。其中物探推测采空区已经开采到斜坡陡崖正下方，目前认为此采空区的变形是导致斜坡变形破坏的重要原因。
小二岩斜坡位于鸭池河沿岸，研究区区域地层经受多次构造运动[13]，地形地貌有了极大的改变，河流对于河床的侵蚀切割作用，造成河床高程不断下降，斜坡升高，形成了小二岩斜坡高陡的地貌特征。由于河谷下切侵蚀卸荷作用，在斜坡上部分位置产生卸荷裂隙，降低了斜坡的稳定性，这些卸荷裂隙在地下开采、雨水、放炮振动等外力作用下逐渐拓展，加剧了斜坡的的破坏。
2 底摩擦试验模型设计
2.1 材料选择以及模型设计
本次试验主要目的是模擬小二岩斜坡变形破坏过程，对其破坏机理进行研究。小二岩斜坡高70 m，要让模型尽可能大地放到模型框中，而模型框尺寸为80 cm×100 cm，考虑到小二岩的地下开采状况以及边界效应，将小二岩斜坡分为4层，其中砂粉砂质泥岩2层，煤层1层，灰岩可以看做为1层，建立概化模型（见图4）。模型的设计高度为42 cm，最底部宽度为80 cm，因此小二岩斜坡几何条件相似系数为500，内摩擦角相似比为1∶1。通过室内岩石力学试验得到小二岩斜坡岩体物理力学参数（见表1）。通过多组试验确定灰岩（硬岩）配比以及粉砂质泥岩（软岩）配比（见表2）。考虑到采空区位于龙潭组地层中并且被采空，因此试验中煤层采用粉砂质泥岩配比。 2.2 模型制作
将粉砂质泥岩相似材料和灰岩相似材料按照已经计算好的重量称量好，使用直尺标记每一层模型对应的高度和宽度，从模型的最下层开始制作，再分别用1 361.5 g与652.4 g的夯实器夯实。粉砂质泥岩经调查属于薄-中层状岩体，对粉砂质泥岩每2 cm进行分层，在每层之间使用适当的云母粉进行分割，将煤层用墨水涂成黑色。将灰岩相似材料加入水后适当搅拌至可以塑型。预先在皮带上涂抹少量润滑油防止相似材料凝固在皮带盘上，根据斜坡形状铺在试验机上并用木板压实，用刷子把模型表面扫干净。模型粉砂质泥岩部分用保鲜膜包好防止含水率变化，模型常温下硬化2 d。
3 模拟分析
该区域煤矿采用的开采方法是走向长臂后退式开采法，即沿煤层走向开采，从斜坡内部开采至开始掘进的位置，因此试验先开采对斜坡坡顶有最大影响的物探探明采空区，采用一个采空区一次完成开挖方式进行模拟。考虑到河谷下切在斜坡中产生的初始裂隙，将设计模型试验为两组，一组在模型陡崖顶部预制一条裂隙（即考虑初始裂隙），另一组不做布置（不考虑初始裂隙），观察对比两组变形的区别。
（1）第1组试验（不考虑预制裂隙，见图5）。在未开挖前斜坡处于天然稳定状态，层面处于压密状态，开始对物探探明采空区开挖，模拟采空沉陷形成以及斜坡破坏。在开挖完成后，重新开机并将速度调制1.00。观看摩擦力观测仪，待其数值稳定之后再调大传送带的转速，防止模型底部与传送带之间有粘连，随后将速度调制5.00。底摩擦试验机转动10 min后，运行观察到试验模型的采空区上覆顶板在重力的作用下，逐层向下沉降，采空区上覆顶板出现离层裂隙，发生采空沉陷;30 min时顶底板合槽，由于地下开采导致应力集中和重新调整，陡崖出现上下贯通的裂缝，裂缝宽0.1 cm，位于斜坡后缘（见图6）。继续开机转动3 h后，斜坡无明显变形，此时关机，第一组试验结束。
（2）第2组试验 （考虑预制裂隙，见图7）。小二岩危岩体是由于河谷下切、地下开采等外力因素形成的，经野外调查，发现陡崖顶部存在河流侵蚀卸荷造成的卸荷裂隙，经无人机测得卸荷裂隙宽约10 m，本次试验设计相似比为1∶500，因此在模型上预制裂隙的长度为2 cm。在未开挖时，斜坡处于稳定状态，对物探探明采空区开挖完成后，重新开机并将速度调至1.00，5 min后将速度调到5.00。与第1组一样，在采空区形成后，采空区上覆顶板逐渐弯曲沉降，斜坡上出现拉张裂隙，30 min后顶板向下闭合。开机35 min后，由于采空塌陷，被卸荷裂隙分割出来的岩体重心发生偏移，受力方向改变，导致卸荷裂隙向坡脚进一步发展，进而与层面相连，危岩体后缘边界形成。随着裂缝进一步发展，危岩体沿贯通的裂隙面向下运动，造成了危岩体整体的滑动（见图8）。
4 斜坡失稳地质力学模式分析
（1）表生改造阶段[14]。采空区的掏空使得采空区顶板应力发生变化，顶板失去支撑出现弯曲变形，逐渐向下沉降，形成垮落拱。随着顶板冒落带裂隙的不断向上延展，垮落拱不断增高，最终形成了垮落带，在采空区与地表之间形成多条较长的张拉裂隙。
（2）拉裂-滑塌阶段（或拉裂-倾倒阶段）。在斜坡陡崖顶部无初始裂隙的位置，由于垮落带的形成，以及灰岩下部粉砂质泥岩内部应力的变化以及位移的产生，导致灰岩自身发生破坏，由下而上产生贯通的裂隙。雖然没有发生整体的失稳现象，但由于裂隙的贯通，斜坡危岩体很可能由于继续向坡体内开采、放炮振动等外力的作用，向临空方向发生倾倒，推测发生拉裂-倾倒型崩塌。
在斜坡陡崖顶部有初始裂隙的位置，前半部分的变形与无初始裂隙的一样，不同的是由于预制了裂隙，变形的开展部位发生了变化。裂隙沿初始裂隙底部的位置一直发展到了坡脚，发展成为了可以使危岩体整体滑动的滑面。由于重力沿坡向产生分力，导致危岩体整体发生了滑动，最终斜坡发生了失稳破坏，发生拉裂-滑塌型崩塌。
5 结 论
（1）采空区变形是小二岩斜坡变形破坏的主要因素，采空区上覆顶板弯曲沉降，最终形成了垮落带，导致陡崖上部由于应力调整产生拉张裂隙，其中存在初始裂隙的陡崖位置由于裂隙拓展形成滑面，最终发生崩塌。
（2）小二岩斜坡存在两种裂隙：一种是卸荷裂隙+开采诱发，位于坡顶边缘;一种是仅开采诱发，位于坡顶后缘。
（3）以小二岩斜坡为例，研究了缓倾“上硬下软”型“地下采空”斜坡变形的地质力学模式，将该类斜坡的地质力学模式分为表生改造和拉裂-滑塌（或拉裂-倾倒）2个阶段。
斜坡变形是由多个因素综合导致的结果。本文通过底摩擦试验模拟了采空区变形这一重要因素导致斜坡破坏的过程，但在实际中斜坡的变形破坏还要受到其他一些条件的影响，比如降雨入渗会产生动水压力与静水压力，加剧坡体中裂缝的拓展，而地震（爆破）振动也会加剧卸荷裂隙的扩展，受限于试验条件，这些因素并未加以研究。此外，试验是针对斜坡的一个剖面进行的，如果使用三维模型进行研究，就可以更深入地模拟采空变形对于斜坡坡顶后缘的影响范围，构建地下开采与斜坡稳定性之间的定量化关系，这些都有待于进一步研究。
参考文献：
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（编辑：刘 媛）