柱式采空区矿柱失稳诱导边坡滑塌机制研究
作者：
陈璐, 余茜, 罗容, 周子龙, 曾铃, 郭一鹏
作者单位：
1. 长沙理工大学 土木工程学院, 湖南 长沙 410114;
2. 南华大学 资源环境与安全工程学院, 湖南 衡阳 421001;
3. 中南大学 资源与安全工程学院, 湖南 长沙 410083
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摘要
柱式采空区中矿柱失稳极易诱发地表塌陷、坡体滑移等灾害。本文基于西南矿区典型案例分析, 结合物理模型试验和数值模拟等研究, 对矿柱逐渐弱化失稳条件下覆岩运移规律、边坡变形破坏特征及失稳滑移机理进行了研究。研究结果表明: 矿房开采后, 坡体内部应力重分布, 采空区边界及矿柱会形成应力集中区, 坡脚下方局部采空区顶板垮落。当矿柱劣化导致其不能承受上覆岩层的荷载而失稳时, 采空区顶板开始弯曲下沉; 在重力作用下, 坡内裂缝自采空区边界向上覆岩层扩展, 采空区上方形成“坍落拱”; 当坡内产生贯通的竖向拉伸裂纹后, 裂纹右侧岩体产生倾向坡外的位移, 坡脚岩体受其上覆岩层的压缩及下方采空区顶板剪切变形的共同影响而逐渐破碎, 坡体中下部破碎岩体被挤压向外运动, 诱导了坡体出现溃屈式滑塌。总体上, 矿柱逐渐失稳诱导边坡滑塌过程可分为采空区顶板坍塌阶段、形成贯通裂纹阶段、坡体倾倒失稳阶段和溃屈解体阶段。
图片
图 1 开阳磷矿区典型失稳灾害地质剖面
图 2 云龙山B2崩塌区
图 3 相似模型示意
图 4 相似材料原料
图 5 部分试样
图 6 各组试样的应力−应变曲线
图 7 石膏与碳酸钙质量占比对试件单轴抗压强度和弹性模量的影响
图 8 矿柱弱化诱导边坡失稳动态演化
图 9 数值模型及测点布置
图 10 裂隙演化及失稳过程
图 11 应力及裂纹演化
图 12 采空区顶板测点位移变化曲线
图 13 S−1采空区上覆岩层测点位移变化曲线
图 14 坡面测点位移变化曲线
图 15 坡顶测点位移变化曲线
图 16 边坡失稳阶段
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