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中国是一个滑坡灾害发生较为频繁的国家,统计结果表明在中国一半以上的滑坡发生与人类活动有联系。地下采矿是人类工程活动的主要形式之一,由地下开采导致的山体滑坡不仅会损毁地下和地表的工程设施,导致巨大的财产损失和人员伤亡,而且还有可能诱发泥石流、堰塞湖和生态环境的恶化等其它次生灾害,从而造成更大的损失。地下采矿条件下顺层块状岩体结构斜坡崩滑失稳地质灾害具有突发性、隐蔽性、大规模和危害严重的特点,近年来我国数起这类灾难性滑坡事件的发生,使得地下采矿与滑坡的关系问题受到社会的广泛关注。 针对采动滑坡地质灾害的发生机制,总结了近年来国内外的主要研究工作与成果,并分别从现场监测、物理模型实验研究和数值模拟实验研究三个方面对采动滑坡失稳机理进行了归纳和总结,得出如下认识:①已有的研究对小规模不充分开采引起的山体移动规律研究不清楚。认为地下开采作用仅是影响坡体稳定的一个因素,忽略了地下采矿活动本身各因素如开采方式、采空区处理技术等不同的影响;②现场监测方面多为地表的监测数据,缺少矿井上下的对照监测资料,即地下采空区的扩展过程与岩层移动监测数据之间的对应关系;③已有的模拟研究基于地质背景、本构及参数等因素的假设,对地质模型的刻画过于简化,得出的也多是一些趋向性的基本认识。 基于已有研究中存在的问题,论文对地下采矿诱发的山体崩滑地质灾害形成机理进行研究。以重庆武隆鸡尾山滑坡与湖北宜昌盐池河滑坡为研究对象,通过两个滑坡的现场工程地质调查、室内力学试验分析,初步查明了两个滑坡形成的基本地形地貌条件、地质构造、岩体结构特征和失稳破坏过程等,特别是着重分析了地下采矿因素及软弱夹层物理力学特性等。 采用随机介质理论方法对地下采矿条件下坡体上覆岩体的移动变形规律进行研究,建立了坡体内地下采矿剖面的计算模型,并通过计算机Matlab编程辅助计算,对地下采矿条件下坡体的移动变形规律进行了分析,并对不同地下采矿工况分别进行了详细研究。 在采动变形分析的基础之上,通过建立滑坡体不平衡推力法三维刚体力学模型,构建了滑坡体三维稳定判据,直观明确地说明地下采矿对山体稳定的影响作用,并综合对比分析了地下采矿和滑带参数弱化对山体稳定的影响。 采用基于连续介质的离散元方法(CDEM),建立了两个滑坡体的大型三维精细数值模型,借助GPU高性能加速计算技术,再现了滑坡体在地下采矿作用下的失稳破坏过程,研究地下采矿对坡体应力场和位移场的影响,分析滑坡体的形成机制与运动规律。最后,对鸡尾山滑坡和盐池河滑坡的形成机理进行综合分析,得出以下几个方面结论。 ①现场调查分析后认为,鸡尾山滑坡和盐池河滑坡具有相似之处:陡峻峡谷地貌,存在高陡的临空面,这在一定程度上说明了此类滑坡往往大规模、危害大的特点;山体为单斜面构造,地层呈现软硬相间的岩体介质结构特点;岩体中存在两组近于正交的垂直结构面,与软弱夹层一起将岩体切割成“积木块”状,岩体结构松散;山体下部都存在长时间、大面积的地下采矿活动,顶板管理方式不科学,地表采动变形现象如裂缝、滚石、局部崩塌等现象明显。 ②通过随机介质理论方法建立了地下采矿与坡体移动变形之间的对应联系,弥补了已有研究中的不足。计算结果表明,地下采矿造成鸡尾山滑坡体上覆岩体发生整体不均匀沉降,降低了前缘块体的阻滑作用,并使得后缘滑动面角度变大,从而整体上增加了坡体的下滑趋势。采动不均匀沉降降低了盐池河滑坡体岩层面的倾角,增加了坡体稳定性,但也加剧了滑坡体内侧Ⅰ号裂缝形成,极大降低了山体内侧对滑坡体的侧向阻滑作用,也为地表降雨入渗提供了通道。 ③根据鸡尾山斜坡三维稳定判据,相对滑带软化导致坡体安全系数降低了25%,地下采矿的影响更大,导致坡体安全系数降低了29%,地下采矿是鸡尾山斜坡失稳的相对主要原因。针对盐池河滑坡,分析了地下采矿影响坡体稳定的三个方面:采动不均匀沉降导致岩层真倾角降低,使坡体的安全系数增加1.9%;采动不均匀沉降加剧滑坡体内侧Ⅰ号裂缝形成,降低了山体内侧对滑坡体的侧向阻滑作用;采动裂缝形成导致地表降雨入渗滑带劣化,使坡体安全系数降低17%。综上,这三个方面对坡体稳定性的影响是使坡体安全系数降低了15.1%,认为地下采矿是盐池河坡体失稳主要原因。 ④基于连续介质的离散元数值模拟,再现了滑坡体在地下采矿作用下的失稳破坏过程,验证了采动变形研究和三维稳定分析的基本认识。综合分析认为:鸡尾山滑坡体的发生过程为“前缘关键块体外侧局部崩塌—后缘坡体整体滑动—岩溶带剪断突破失稳”,地下采矿是鸡尾山崩滑的主要因素。盐池河滑坡体在地下采矿作用下滑坡体下部不均匀沉降变形,加剧了内侧裂缝的扩张,为降雨入渗、滑带弱化提供了条件,并最终导致坡体整体失稳。