近水平上硬下软型岩质边坡变形破坏机制研究——以猴场镇边坡为例

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2006年1月27日,贵州省威宁县猴场镇发生崩塌灾害,规模约5000m3,掩埋一私人煤矿洞口,幸未导致人员伤亡。依托贵州省国土资源厅委托的科研项目“贵州省地质灾害监测预警与决策支持平台研究”,本人多次随课题组开展了现场调查及相关的研究工作。调查发现,崩塌灾害发生于近水平上硬下软型高陡岩质边坡中;区内与该边坡相关的大的古崩滑地质灾害有5处。近水平上硬下软型高陡岩质边坡是西南地区典型的边坡类型之一。基于此,论文以猴场镇边坡为例,研究这类边坡的变形破坏机理及条件,主要获得以下认识和成果:
  (1)基于现场调查,进行边坡变形破坏特征分析和已有灾害成因分析,查明了该区边坡地质结构特征,即本区边坡为近水平上硬下软型岩质边坡,其可能失稳模式主要有三类,一是倾倒-拉裂式崩塌,二是蠕滑-拉裂式滑坡,三是塑流-拉裂模式滑坡。
  (2)为了深入了解分析猴场崩滑灾害,进行了一些针对性的岩石物理力学性质试验,包括单轴压缩试验、直剪试验、抗拉试验、三轴压缩试验等。参考工程岩体分析标准对猴场边坡岩体进行岩体质量分级,并取得相关物理力学参数。
  (3)通过对幺岩脚崩塌发生过程的调查、崩塌堆积体特征、崩塌区变形特征及影响因素的调查,定性分析崩塌形成机制,并建立幺岩脚边坡变形破坏“概念模型”,并依此建立计算模型,分析在下部煤层开采下,边坡的应力演化机制和变形破坏机制,认为猴场幺岩脚崩塌的失稳模式为“倾倒-拉裂式”崩塌。
  (4)对猴场镇南侧高边坡的3个危岩体和1个变形体进行了调查,并分析其变形破坏机制。根据1号危岩体和2号危岩体建立了概念模型,并建立相应的计算模型进行数值模拟,模拟底部开采条件下危岩体的应力演化特征和变形特征,并计算出开采的安全距离为90m。
  (5)通过对猴场镇古滑坡堆积体特征的调查分析,猴场古滑坡的变形破坏模式主要有三种:蠕滑-拉裂、倾倒-拉裂、塑流-拉裂。
  (6)近水平上硬下软型岩质边坡的变形破坏模式,自然状态下有三种:蠕滑-拉裂、倾倒-拉裂、塑流-拉裂。人类工程活动影响下有两种:倾倒-拉裂型、塌陷-拉裂。
  (7)结合猴场边坡的模型,对这类边坡下部采矿条件下的失稳机制和安全距离进行数值模拟分析。当开采率不同时,采空率越大,应力集中区域应力水平越高,边坡越容易失稳,开采安全距离越大。当矿层的较浅时,软层起到的作用较小,采空区影响范围较小,开采安全距离较小;当矿层加深时,软层的作用加大,采空去影响范围加大,开采安全距离增大,可采矿区域减小;当矿层增加到一定深度时,软层较厚,采空区的影响越来越小,开采安全距离又开始减小,可采矿区域加大。
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