基于渗流--应力耦合的采动影响下堆积层滑坡变形研究

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采动滑坡是滑坡的一种,在我国发生十分频繁,而堆积层滑坡在滑坡灾害中占有很大比例,其形成多与降雨、地下水运动、地震等有关。为了分析由地下采动引起的堆积层滑坡的致灾机理,本文通过对研究区堆积层滑坡进行资料收集、勘查,对地下采动、降雨因素诱发的堆积层滑坡进行影响因素分析、形成机制分析。结合研究区堆积层实测的变形资料,采用MIDAS/GTS有限元数值模拟软件构建出分阶段开采的地下采动模型,分别进行不考虑渗流条件、渗流—应力耦合条件、降雨条件的地下开采模拟,研究地下采动、渗流及降雨因素三者共同作用下的堆积层滑坡致灾机理。结果表明:
  (1)研究区堆积层滑坡形成是众多因素共同作用的结果,可以分为自然因素与人为因素,自然因素主要有坡体几何形态、岩土体物理力学性质、坡体地质结构、水文地质条件等;人为因素主要是人类工程活动,包括采动影响、建筑荷载,其中采动影响对整个斜坡应力场影响最大。
  (2)3#煤开采对堆积层变形影响较小,2018年开始开采后总位移迅速增大,其中水平位移最小,垂向位移最大,一级平台垂向位移大于二级平台,且同一平台上垂向位移呈现出中间大两边小的沉降特点,这种位移特点与调查的变形裂缝位移特征吻合。3#煤开采后,堆积层上原始的压应力减小,2016年15#煤开始开采后,堆积层坡面上呈现出由压应力到拉应力的过渡特征,到2018年开采后,堆积层变形增大,下部堆积体被基岩牵引受拉下滑,上部堆积体受采动影响向下部产生推力,表现为受压,但是该推力受地形影响很大,在平台上被削弱,因此一级平台与二级平台交界处发育一拉张裂缝,一级平台到二级平台的坡面下部鼓胀变形,但是并未完全失稳。
  (3)渗流—应力耦合的情况下,堆积层表面应力、位移变化均比忽略渗流场作用下的结论有所增大,但是变化趋势相同,因此,堆积层滑坡形成的最主要原因还是地下采动因素,根据现场测量的地表裂缝变形特点,渗流—应力耦合下更接近实际。
  (4)降雨入渗后,由于坡脚处是三处泉水的发育位置,降雨后堆积层流入的水量除了本身接受的降雨,还包括来自后方山体表面、内部的补给,坡脚位置先形成暂态饱和区,聚集的水将会沿着堆积层与基岩的接触面下渗,对堆积层整体的稳定性有很大不利影响。
  (5)根据斜坡位移特征,将变形区划分为三个区域:塌陷区、弯曲—沉陷区和拉裂变形区,研究区堆积层滑坡形成机制可以分为:覆岩结构变形阶段、堆积体变形阶段、降雨诱发阶段,在这三个阶段中,地下水及降雨都是不可忽略的关键因素。
  (6)目前,地表变形控制常用的开采手段有充填开采、部分开采、协调开采,以及离层注浆等,可以预防采空区堆积层滑坡的形成,而采空区堆积层滑坡的治理要在采空区变形趋于稳定后再进行,研究区可以采用排水工程、支挡工程、土体加固等措施。
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