缓倾煤层采空区滑坡形成机制数值模拟研究

以贵州都匀马达岭滑坡为例,采用离散元方法,研究了缓倾煤层采空区滑坡的变形发展过程,提出了该类矿区滑坡防治建议。研究结果表明:采空区顶板塌陷导致上覆岩层弯曲-沉陷,地表产生沉降变形,同时采空区边界部位产生倾倒式拉裂,在地表形成深大拉裂;采空区上部岩体沉陷变形导致坡脚部位岩层往坡外剪切滑移;中部滑面沿变形后倾向坡外的层面和陡倾节理组合形成阶梯状滑面。滑坡形成机制可概括为由采空区顶板变形引发的阶梯状蠕滑—拉裂—剪切滑移式滑坡。缓倾煤层采空区滑坡的防治应从防止采空区顶板塌陷入手,通过回填矸石或加强顶板的永久支护来防治采空区上覆坡体的变形。     

基于弯曲模式的层状采动斜坡变形破坏机理研究

为揭示采空区反倾斜坡变形破坏机理,针对采空区顶板层状岩体提出固定梁约束模型,并根据已有研究给出其基于结构力学和最大拉应力准则的弯曲折断应力判据。为验证约束模型的效果,以纳雍左家营崩塌为例,在详细地质调查的基础上,选取典型地质剖面1-1′剖面,对面积最大的1号采空区顶板每隔10 m取一个计算点,计算出固定梁约束模型下采空区顶板不同位置处的弯曲折断应力,同时利用FLAC^3D对其进行数值模拟,最后综合结构力学计算结果、数值模拟结果和地质调查对左家营崩塌机理进行分析。研究结果表明:固定梁可作为采空区顶板反倾层状岩体的受力模型,采空区顶板受力由固定梁向简支梁转化;采空区两侧端面应力集中现象明显,且应力集中朝顺倾向偏移,顺倾向应力集中较反倾向显著,采空区顶底板中部局部呈受拉状态,塑性区以剪切破坏为主;上硬下软不利岩性组合和节理裂隙发育的岩体造成的岩体结构破碎是崩塌源区形成的关键因素,高度临空的斜坡地形为崩滑提供了有利地形,采空区应力调整导致已有裂缝裂隙不断扩展、贯通,加剧斜坡失稳,最终形成崩塌。     

基于离散元法的采空区诱发斜坡变形破坏过程研究

为研究节理条件下采空区对岩质斜坡变形破坏过程的影响,以贵州省清镇市小二岩危岩体为研究对象,运用PFC~(2D)模拟采空区影响下岩质斜坡渐进破坏过程,并在模拟过程中分别对斜坡坡顶、坡脚、采空区、采空区上方地表四个位置进行监测。初步研究发现:小二岩斜坡为缓倾上硬下软型结构,由于地下采煤导致小二岩斜坡出现变形,在开采作用下其主要的变形方式有采空沉陷和坡顶拉裂;研究区内节理裂隙发育,岩体被节理切割成块体,地下开采后,引起坡顶岩体应力变化,拉裂隙沿节理面产生,岩体发生累进性破坏,为崩塌的发生提供了积极条件;分析认为在对斜坡体进行节理化后,节理对于斜坡的变形具有指引作用,斜坡在采空区变形位置沿节理向陡崖顶部产生大量的拉张裂隙并且最终贯通,与小二岩斜坡的实际变形相近。     

反倾向层状岩质边坡失稳模式及支护对策

在对反倾向层状边坡进行地质调查研究基础上,提出了4种反倾向岩质边坡失稳模式,并就其破坏机制和稳定性分析方法进行讨论,根据不同失稳模式的反向坡情况,采用相应的支护措施.水是诱发反向坡边坡失稳的重要因素,设计中应合理布置排水措施.     

平缓反倾采动滑坡形成的地质力学模式研究——以贵州省马达岭滑坡为例

 马达岭滑坡是典型的采矿诱发型滑坡,自然斜坡为平缓反倾层状结构。以马达岭滑坡为原型,采用物理模拟方法,研究两层开采条件下采动斜坡的变形过程,并分析该类斜坡变形破坏的地质力学模式。研究表明：煤层开采后采空区边界上覆岩体产生应力集中,导致采动裂隙首先产生于该部位,以陡倾竖向倾倒式裂隙为主,裂隙向采空区中部扩展并逐渐形成离层裂隙和剪切裂隙;变形稳定后采空区上覆岩层弯曲,在地表形成沉陷区;受采空区上覆岩层沉陷的推挤作用,外侧坡体沿煤层向坡外滑移,导致坡体下部隆起。该类斜坡变形破坏的地质力学模式可以分为：弯曲–拉裂(“表生”改造阶段)、塑流–拉裂、蠕滑–拉裂3个阶段。     

高放废物处置库围岩开挖损伤区研究的关键问题及进展

高放废物(HLW)地质处置是将高水平放射性废物埋存于地下500～1 000 m地质体中,使放射性废物与生物圈长期隔离。地质处置库对核素的长期隔离能力是安全评价的关键课题。地下硐室的开挖将不可避免地对围岩造成损伤,形成开挖损伤区(EDZ),改变围岩的物理力学特性,对高放废物地质处置长期安全性存在潜在的影响。目前多个国家建成了高放废物处置地下实验室,并开展了大型原位开挖损伤区的研究,研究开挖损伤区的形成过程及其物理力学特性的变化。本文综述了国外结晶岩地下实验室开展的开挖损伤区研究,总结了EDZ关键研究问题;梳理了加拿大、瑞典、芬兰3个地下实验室多年来开展的系统的EDZ研究工作,对当前EDZ预测模型及模拟技术进行了总结;对我国地下实验室将开展的开挖损伤区研究工作进行了初步探讨,期望为我国的相关研究提供借鉴。同时,高放废物处置库是地下工程新实践,其EDZ的研究成果,形成的技术方法将对其他行业地下工程的建设,如引水隧洞、公路铁路隧道等也有重要的参考价值。     

基于微观矿物含量的灰岩细观参数标定研究

随着对岩体力学研究的深入,宏微观岩体力学的研究方法发展迅速。但岩体微观性质改变对引起岩体宏观力学各向异性行为的影响研究却较为缺乏,而在离散元分析方法中,岩体宏观力学行为的准确表征不仅需要合理的细观强度参数,也需要考虑岩体中微观矿物的成分和含量。以灰岩为研究对象,制作灰岩薄片标本,用偏光显微镜观察灰岩样本以确定矿物成分及含量,并以此为依据生成基于矿物含量的离散元模型,以接触软化接触模型模拟矿物间的细观力学行为。分别建立与室内试验对应的单轴压缩模型和巴西劈裂模型,使用试错法不断调整细观强度参数,最终使细观模型表现出的宏观力学性质与实际情况一致。研究结果表明,数值模拟得到的宏观参数与室内试验结果相吻合,说明基于微观矿物含量的岩体离散元模型参数标定方法能够很好地标定出颗粒的细观强度参数,同时细观强度参数又能够很好地表征岩体宏观力学强度,以该参数作为岩体力学响应分析的输入参数,能够更准确认识岩体的力学行为。     

红黏土在卸荷状态下的力学特性试验研究

选取工程中常见的3种应力路径,进行不同稠度状态的原状及重塑红黏土的力学特性试验,以研究在不同稠度状态下结构性红黏土在侧向卸荷条件下的变形破坏特性。通过将卸荷比的概念应用于贵州红黏土进行红黏土在卸荷开挖状态下其卸荷比与变形关系的研究,研究结果表明:初始卸荷比可以很好地描述红黏土剖面在不同应力路径下的变形破坏特征。不同含水率、不同应力路径和不同固结围压下红黏土的初始卸荷比有很大的规律性及差异性,其与红黏土的变形具有密切的联系,可以用来作为一种研究手段建立和描述红黏土在工程中的受力变形破坏规律。     

蓉遵高速仁怀—赤水段大石沟边坡破坏机理模拟研究

以蓉遵高速仁怀—赤水段大石沟边坡为研究对象,具体探讨贵州红层边坡的破坏过程与破坏机理。该边坡为典型丹霞地貌区软硬互层结构的红层斜坡,砂岩与泥岩共分为13层。边坡坡表处软岩风化严重并有宽大裂隙与凹岩腔产生,从坡顶处时有碎石滑落堆积在坡底。为了研究重力场条件下岩体的变形、破坏和发展趋势,本研究采用岩体底摩擦模型试验结合PFC 2D数值模拟分析边坡岩体的变形、发展演变过程及其特征,得出边坡的变形演化过程为:坡脚处应力集中产生压致拉裂缝→坡缘、坡体中产生拉裂缝→裂隙贯通→发生倾倒性破坏。     

工程岩土学实验课程教学改革与探索

通过对工程岩土学实验课程教学方法和开设方式的分析,提出了实验教学改革的必要性,实践证明：采用集中开设、加强课前预习、增设综合性设计实验、改革成绩考核方式等手段改革实验教学取得了良好的效果,极大地培养了学生动手能力和分析问题、解决问题的能力。