孝义柱濮镇采空滑坡成因机制及防治

发布时间：2020-02-15 04:35

【摘要】：地下矿产的开采造成了大面积的采空区,采空区会导致地下岩体结构破坏,造成岩土体移动变形,地表沉陷,出现地表裂缝等,导致了山体滑坡的发生,危害滑坡下方的建筑设施、村庄、教育设施以及交通设施,因而采空滑坡变形破坏机制的研究势在必行。本文以山西省孝义市柱濮镇采空滑坡为研究对象,在对其进行了详细的野外勘查和下伏采空区资料收集的基础上,对其进行了发育特征分析,同时运用MIDAS-GTS NX数值模拟软件对其进行数值模拟,对其在下伏煤层开采后边坡的应力、应变、位移特征变化进行了分析,并运用强度折减法,通过分析其稳定性系数及塑性变形分布变化,对其稳定性进行了判定,同时总结出采空滑坡的成因机制。结果表明:1.斜坡在原始应力作用下趋于稳定,地下煤层开采对上覆山体起到了扰动作用,导致上覆地层中的不利于坡体稳定的因素恶化,随着采空区面积的不断扩大,山体应力进行重新调整,采空区顶板塌陷冒落,上覆岩层在自重作用下下沉出现弯曲变形,变形传递到地表,地表开始缓慢下沉。随着时间的推移,由于煤层自身强度小,没有必要的防护措施,原始保留的煤柱在上覆岩体自重应力作用下弯曲变形直至压碎,上覆岩层失去支撑,导致采空区顶板大面积塌陷冒落,由于采空区边缘压应力集中,体现在地表一定范围内出现拉张,采空区上覆坡体在拉张作用下,坡体中部到后缘逐渐出现拉张裂缝,由于采空区上覆岩层下陷,导致坡体岩层软弱面被破坏,强度降低,直到坡脚剪应力达到临界,坡脚被剪切破坏,滑动面贯通,坡体内形成了水的渗流通道,进一步降低滑动面的强度,当滑坡体的下滑力大于抗滑力到一定程度时,滑坡坡体产生了足够大的推力,开始发生剧烈移动变形直至破坏,导致滑坡的发生,最终坡体重新趋于稳定,应力达到平衡态。具体归结为几个阶段:(1)煤层开采,应力失衡;(2)采空区覆岩下陷,地表拉张;(3)坡体后缘出现裂缝;(4)后缘裂缝加深,降雨入渗;(5)坡脚剪应力集中;(6)坡脚发生剪切破坏,滑动面贯通;(7)滑坡发生。2.煤层开采,采空区上覆地层表现为垂直向下沉陷,地表山体表现为坡体向坡下的位移,其中由于地表的不均匀位移,导致坡体应力失衡,坡体产生向坡脚的不均匀位移,随着工作面的不断推进,地表下沉位移逐渐变大,坡体后缘裂缝逐渐加深,坡体中部裂缝不断扩大,坡脚岩土体发生剪切破坏,坡脚出现剪出口,滑面贯通,最终滑坡发生。3.随着煤层开采,采空区顶板中部出现拉应力集中区,采空区边界出现压应力集中区,随着工作面的推进,采空区顶板出现冒落,采空区边界煤层会被压裂鼓胀。4.煤层开采致地表山体稳定性变弱,最终导致山体滑坡。经过分析认为采空区已经处于稳定状态,选取了刷方减载+桩板墙+排水工程+植被护坡的防治方案对此采空滑坡进行综合治理。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P642.22

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本文编号：2579708