山區(qū)平緩采動(dòng)斜坡裂縫成因機(jī)制研究*

史文兵 黃潤(rùn)秋 趙建軍 巨能攀 向喜瓊

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山區(qū)平緩采動(dòng)斜坡裂縫成因機(jī)制研究*

史文兵①②黃潤(rùn)秋①趙建軍①巨能攀①向喜瓊③

西南山區(qū)采動(dòng)斜坡多具有高陡臨空地形、“上硬下軟”坡體結(jié)構(gòu)、巖層平緩、陡傾節(jié)理面發(fā)育、開采活動(dòng)強(qiáng)烈等特點(diǎn)，往往發(fā)育與采空區(qū)邊界對(duì)應(yīng)的寬大裂縫，未見明顯的移動(dòng)盆地，形成機(jī)制復(fù)雜。本文以貴州都勻市接娘坪變形體為例，通過(guò)數(shù)值模擬分析了采動(dòng)斜坡裂縫成因機(jī)制。研究結(jié)果表明，受坡體內(nèi)煤層采空及高陡臨空地形影響，斜坡覆巖沿陡傾節(jié)理開裂并一直向上延伸到地表，隨著重復(fù)采動(dòng)的進(jìn)行，裂縫開裂程度增大，有向臨空面傾倒破壞的趨勢(shì)，斜坡未形成明顯的沉陷盆地。斜坡裂縫形成演化過(guò)程包括開采擾動(dòng)-坡頂拉裂-裂縫加劇等3個(gè)階段，斜坡在多煤層重復(fù)采動(dòng)條件下裂縫變形經(jīng)歷4個(gè)階段，即初始變形階段、緩慢變形階段、急劇變形階段、穩(wěn)定變形階段。

平緩斜坡 重復(fù)采動(dòng) 采動(dòng)裂縫 成因機(jī)制

0 引 言

西南山區(qū)地下礦產(chǎn)如煤礦、磷礦等非常豐富，常常需要在斜坡內(nèi)進(jìn)行地下開采活動(dòng)。西南山區(qū)采動(dòng)斜坡多呈現(xiàn)以下特點(diǎn)(李騰飛等， 2012)：高陡臨空地形，“上硬下軟”坡體結(jié)構(gòu)，巖層傾角多為小于10°，坡體中陡傾節(jié)理面發(fā)育； 坡體下部開采活動(dòng)強(qiáng)烈。山區(qū)地下開采往往使得坡表形成多條寬大的邊界裂縫，在外在因素如降雨的作用下，斜坡就會(huì)失穩(wěn)破壞，甚至?xí)纬赡嗍?。因地下開采誘發(fā)斜坡變形開裂甚至失穩(wěn)的實(shí)例也日益增多，國(guó)內(nèi)的鹽池河崩塌、雞冠嶺崩塌、雞尾山滑坡等都是采動(dòng)斜坡失穩(wěn)災(zāi)害的典型實(shí)例(孫玉科等， 1983a，1983b； 黃潤(rùn)秋， 2007； 許強(qiáng)等， 2009)。研究地下開采誘發(fā)斜坡變形裂縫的成因機(jī)制問(wèn)題顯得非常重要。

為此，學(xué)者們?cè)谘芯可絽^(qū)地下開采誘發(fā)斜坡變形裂縫形成機(jī)制問(wèn)題上做了有益的探索。孫玉科等(1983a，1983b)在詳細(xì)分析礦山地質(zhì)環(huán)境條件基礎(chǔ)上，結(jié)合有限元數(shù)值模擬和低摩擦實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鹽池河崩塌首先沿巖層傾向滑動(dòng)然后倒塌，因而提出鹽池河山體變形裂縫形成機(jī)制為滑移-傾倒； 陳明東等(1991)認(rèn)為三峽鏈子崖危巖體變形失穩(wěn)機(jī)制非常特殊，即以西端為支點(diǎn)，危巖體沿層面發(fā)生視傾向的旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)，提出鏈子崖危巖體變形開裂形成機(jī)制為旋轉(zhuǎn)滑移-拉裂，炭質(zhì)頁(yè)巖層和煤層是危巖體滑坡的主控面； 劉傳正等(1995)， 劉傳正(2010)通過(guò)多年研究認(rèn)為，鏈子崖危巖體發(fā)展取決于3個(gè)因素，一是貫通性良好的豎直節(jié)理或斷層，二是地形上高陡臨空，三是煤層大面積采空，提出用“轉(zhuǎn)動(dòng)-傾覆破壞”機(jī)制解釋鏈子崖危巖體裂縫群分布特征，豎直方向上“懸板作用”是發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)-傾覆破壞的根本原因，同時(shí)認(rèn)為斜坡內(nèi)部大面積采空是雞尾山山體大規(guī)模開裂的原因。20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)初學(xué)者們?cè)诘V山開采誘發(fā)斜坡變形失穩(wěn)機(jī)制方面的研究有力地推導(dǎo)了人們對(duì)于這一特殊地質(zhì)災(zāi)害體的認(rèn)識(shí)。

2009年6月5日重慶雞尾山發(fā)生山體崩塌，其獨(dú)特的災(zāi)害形成機(jī)理引起了學(xué)者和科研人員的研究興趣和探索。許強(qiáng)等(2009)認(rèn)為雞尾山山體裂縫形成機(jī)制為拉裂-蠕滑，提出了斜坡變形失穩(wěn)的“關(guān)鍵塊體”觀點(diǎn)。 劉傳正(2010)認(rèn)為地形上高陡，斜坡內(nèi)部大面積采空是雞尾山大規(guī)模拉裂的主要原因，山體在視滑力作用下，克服滑面摩擦力和前緣抗剪力，先滑后崩。李騰飛等(2012)認(rèn)為雞尾山斜坡在采礦因素影響下發(fā)生指向采空區(qū)的整體性移動(dòng)變形，變形失穩(wěn)機(jī)制為“先崩-后滑-剪斷破壞”。學(xué)者們對(duì)于雞尾山斜坡變形失穩(wěn)研究為認(rèn)識(shí)山區(qū)開采變形裂縫形成機(jī)制提供了新角度。與山區(qū)開采裂縫不同，平原地區(qū)往往會(huì)形成移動(dòng)盆地，裂縫的形成、發(fā)展及分布規(guī)律均有所不同，姚娟等(2009)通過(guò)實(shí)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，煤礦開采后地表出現(xiàn)大量動(dòng)態(tài)裂縫，主要分布在采空區(qū)邊界和工作面推進(jìn)位置上方，裂縫由小到大逐漸增加，而后逐漸穩(wěn)定到一定范圍。王來(lái)貴等(2010)采用拉張破裂有限元程序模擬了平原地區(qū)不同開采深度及范圍時(shí)采動(dòng)裂縫演化過(guò)程，證實(shí)了前人的研究成果。

與平原地區(qū)相比，山區(qū)采動(dòng)斜坡未出現(xiàn)明顯的移動(dòng)盆地，往往發(fā)育與采空區(qū)邊界對(duì)應(yīng)的寬大裂縫，特殊的地質(zhì)環(huán)境條件導(dǎo)致其形成機(jī)制復(fù)雜，已有的研究非常有助于人們認(rèn)識(shí)山區(qū)斜坡裂縫成因機(jī)制，對(duì)于山區(qū)礦山崩滑地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警和控制工作開展有著重要意義。但對(duì)于巖體結(jié)構(gòu)和重復(fù)采動(dòng)影響斜坡變形破壞機(jī)制方面研究還需進(jìn)一步深入，對(duì)于重復(fù)采動(dòng)條件下山區(qū)斜坡變形裂縫形成過(guò)程和階段的認(rèn)識(shí)還需進(jìn)一步探討。本文以貴州都勻市接娘坪變形體為例，在現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上，分析了斜坡裂縫發(fā)育特征，利用數(shù)值模擬方法探討了重復(fù)采動(dòng)和巖體結(jié)構(gòu)對(duì)于斜坡變形裂縫形成的影響，研究了斜坡寬大裂縫成因機(jī)制，為山區(qū)平緩采動(dòng)斜坡變形研究和評(píng)價(jià)提供借鑒。

1 地質(zhì)環(huán)境背景

接娘坪變形體位于貴州黔西南州都勻市毛尖鎮(zhèn)富溪村，該變形體為橫向斜坡，東側(cè)、南側(cè)、南西側(cè)三面臨空，巖層近南北傾向，呈上硬下軟結(jié)構(gòu)。從60年代開始，先后由都勻縣煤礦、青山煤礦等在該區(qū)域進(jìn)行規(guī)模開采，開采歷史長(zhǎng)，由于多年開采形成了大面積采空區(qū)，斜坡變形開裂嚴(yán)重，山體坡頂形成多處裂縫。

研究區(qū)位于黔南臺(tái)陷貴定南北向構(gòu)造變形區(qū)富溪斷層上盤，處于貴定向斜和都勻向斜之間，以SN向擠壓構(gòu)造為主(王玉川等， 2013)。斜坡下部出露地層為泥盆系上統(tǒng)及石炭系下統(tǒng)的中至厚層灰?guī)r； 上部為石炭系下統(tǒng)祥擺組(C1x)砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)巖、煤系巖層。斜坡內(nèi)可采煤層有3層(從上到下編號(hào)依次為A4，A9，A7)，A7和A9為可規(guī)模開采的煤層，煤層厚1.7～3.5m， A4為民采煤層，煤層較薄，為0.9～1.3m。第四系由殘坡積物、崩落物堆積及沖積物組成，主要分布在斜坡頂部，厚0.5～1.5m； 地層總體為一單斜構(gòu)造，傾向?yàn)?15°～345°，傾角8°～10°。斜坡內(nèi)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，賦存基巖裂隙水，降雨是變形體主要的充水因素。

接娘坪變形體變形劇烈，形成了4條寬大主裂縫及次級(jí)裂縫 (圖1)?！敖幽锲骸弊冃误w總體呈NNW向展布，南北向最大長(zhǎng)度230m，東西向最大長(zhǎng)度300m，變形體投影平面面積達(dá)4.5×104m2，邊界范圍清晰，變形體的后緣以坡頂主裂縫LF4為界，前緣則以主裂縫LF2、LF3為界，右側(cè)緣則以主裂縫LF1為界 (圖2)。變形體下方有3層采空區(qū)，其中一層為民采采空區(qū)。

圖1 斜坡裂縫分布及地形圖

圖2 斜坡主裂縫分布示意圖(鏡像120°)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，接娘坪變形體4條主裂縫(LF1、LF2、LF3、LF4)已完全連通，它們是接娘坪變形體系中的控制性裂縫，延伸長(zhǎng)度在幾十至幾百米不等，張開寬度在幾十厘米至數(shù)米之間，裂縫LF4最寬達(dá)9.5m； 除了這4條主裂縫外，還有9條規(guī)模較小的次級(jí)裂縫及若干條分支裂縫，這些裂縫延伸長(zhǎng)度在十幾米至幾十米之間，張開寬度在數(shù)厘米至數(shù)米之間。

斜坡內(nèi)發(fā)育3組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面： ①陡傾結(jié)構(gòu)面，N55°～75°E/NW∠81°～86°，平直微粗糙，間距2～3m，裂隙張開2～6cm，未見充填； ②陡傾結(jié)構(gòu)面，N27°W～N20°E/NE～SE∠81°～86°，平直微粗糙，間距2～3m，裂隙張開2～5cm； ③陡傾結(jié)構(gòu)面，S62°～77°E/NE∠82°～87°，平直微粗糙，間距2～3m，裂隙閉合，鈣質(zhì)膠結(jié)，干燥。通過(guò)走向玫瑰花圖可以看出裂縫沿N27°W～N15°W及N89°W～N67°W最為發(fā)育(圖3)。裂縫優(yōu)勢(shì)走向與斜坡內(nèi)發(fā)育的優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面走向基本一致。

圖3 裂縫走向玫瑰圖

2 斜坡裂縫成因分析

接娘坪變形體是在特殊的地質(zhì)環(huán)境條件下形成的，接娘坪斜坡為單面山，斜坡上陡下緩，變形體發(fā)育坡段為陡-緩-陡相間，斜坡“上硬段”石英砂巖存在多層頁(yè)巖、煤層夾層，“下軟段”炭質(zhì)頁(yè)巖存在與煤層互層，特殊的坡體結(jié)構(gòu)對(duì)上覆脆性巖體的變形和穩(wěn)定不利 (圖4)。

圖4 斜坡A—A′工程地質(zhì)剖面圖

接娘坪斜坡幾乎三面臨空(東側(cè)、南側(cè)、西北側(cè)臨空)，這為“上硬下軟”型陡坡變形裂縫的發(fā)生、發(fā)展提供了空間。臨空面的形成會(huì)使得巖體產(chǎn)生向外的卸荷回彈變形，卸荷回彈時(shí)會(huì)產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，導(dǎo)致原有裂隙進(jìn)一步變形擴(kuò)展。

圖5 采動(dòng)巖層變形分區(qū)圖

表1 斜坡數(shù)值模型參數(shù)選取表

Table1 Numerical model parameters of slope

參數(shù)容重/kN·m-3彈性模量/MPa泊松比內(nèi)摩擦角/(°)黏聚力/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa剪切剛度/GPa法向剛度/GPa砂巖2360120000.2342240.72——頁(yè)巖220050000.5237150.52——煤層17005000.32260.430.31——層面———300.1—12節(jié)理面———250.1—1.22.1

由于長(zhǎng)期開采，斜坡內(nèi)形成了大范圍的采空區(qū)，對(duì)接娘坪變形裂縫的形成起了決定性作用。斜坡內(nèi)煤層地下采掘采用的是走向長(zhǎng)壁法，隨著開采的進(jìn)行，采空區(qū)頂板上方會(huì)出現(xiàn)壓應(yīng)力集中，兩側(cè)煤壁上方及以外區(qū)域的主應(yīng)力出現(xiàn)差異，這種應(yīng)力的調(diào)整和重分布會(huì)引起采空區(qū)覆巖張拉破壞、離層，甚至?xí)l(fā)生冒落(徐永圻， 1999； Brady et al.，2006)進(jìn)而沿結(jié)構(gòu)面和裂隙發(fā)生剪切和滑移。隨著作業(yè)面不斷推進(jìn)，采空區(qū)不斷增大，拉裂不斷擴(kuò)大。按巖層移動(dòng)變形性質(zhì)，山區(qū)斜坡地下采動(dòng)巖層內(nèi)部可分為4個(gè)變形區(qū)(圖5)，上覆巖體頂板以上會(huì)出現(xiàn)拉伸區(qū)，兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)拉伸和壓縮區(qū)(湯伏全， 1989)。

地表變形裂縫的形成及急速發(fā)展均出現(xiàn)在地下采煤活動(dòng)之后，而且裂縫的走向與采空區(qū)邊界也是有密切的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

斜坡特殊的坡體結(jié)構(gòu)、臨空面條件及長(zhǎng)期地下采煤活動(dòng)，使得坡體中拉張變形裂縫發(fā)育并沿陡傾結(jié)構(gòu)面急速發(fā)展、貫通，將坡體切割成大型塊體。

3 數(shù)值模擬分析

為分析斜坡采動(dòng)后應(yīng)力特征情況，采用FLAC3D軟件計(jì)算了A—A′剖面斜坡重復(fù)采動(dòng)后的應(yīng)力情況。模型邊界采用速度約束條件，坡表為自由。計(jì)算采用摩爾-庫(kù)侖彈塑性屈服準(zhǔn)則，初始地應(yīng)力僅考慮重力，模型共有砂巖、頁(yè)巖及煤巖3種巖性，模型計(jì)算參數(shù)(表1)。

開采后坡頂區(qū)域出現(xiàn)貫通的拉應(yīng)力區(qū)，在坡表前緣和后緣出現(xiàn)了較大的拉應(yīng)力，影響深度達(dá)到A4民采煤層，最大值約為1.0MPa。考慮到巖體風(fēng)化及節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體已經(jīng)被拉裂，中部拉應(yīng)力較小，最大值約為0.5MPa，坡表拉應(yīng)力呈現(xiàn)“兩端大，中間小”的特征，這與斜坡走向剖面上兩端有較大裂縫，中間未見明顯裂縫情況較為符合 (圖6)。

開采后，上下煤層之間的區(qū)域出現(xiàn)貫通性塑性區(qū)，破壞形式以剪切破壞為主。位于采空區(qū)頂板及坡面區(qū)域巖體受剪切-張拉復(fù)合作用，主要以張拉破壞為主，伴有剪切破壞。而斜坡后緣坡頂區(qū)域變形破壞則以張拉破壞為主 (圖7)。

圖6 最小主應(yīng)力云圖

圖7 塑性區(qū)分布圖

為進(jìn)一步分析巖體結(jié)構(gòu)及重復(fù)采動(dòng)對(duì)斜坡裂縫形成的影響，采用3DEC軟件建立了斜坡典型剖面的離散元模型。模型節(jié)理間距取8～24m，其中硬巖節(jié)理間距取18～24m，軟巖節(jié)理間距取8～12m，節(jié)理按優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面②進(jìn)行模擬，模型計(jì)算參數(shù)(表1)。

假定斜坡巖土體材料破壞符合Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則，計(jì)算模型底部邊界固定，即節(jié)點(diǎn)3個(gè)坐標(biāo)軸方向的速度為零； 模型左右下部邊界水平方向固定，上部及斜坡坡表邊界為自由邊界。

研究區(qū)內(nèi)A4、A9、A73層煤層開采可分為3個(gè)時(shí)期，其開采工況設(shè)計(jì)如下：A7煤層分為三步開挖，即A7-01和A7-02、A7-03； A9煤層分為三步開挖，即A9-01和A9-02、A9-03； A4民采煤層分為一步開挖，即A4-01； 開采順序?yàn)椋篈7-01→A9-01→A7-02→A9-02→A7-03→A9-03→A4-01(圖8)。

圖8 斜坡離散元模型剖面示意圖

圖9 斜坡變形破壞過(guò)程

圖10 監(jiān)測(cè)點(diǎn)X方向位移-時(shí)步曲線圖

圖11 監(jiān)測(cè)點(diǎn)Y方向位移-時(shí)步曲線圖

斜坡開采初期，煤層頂板開始出現(xiàn)拉裂和離層現(xiàn)象，之后頂板彎曲下沉，沿節(jié)理面也產(chǎn)生拉裂，地表此時(shí)均未受到明顯影響(圖9a)。開采中期，采空區(qū)頂板均發(fā)生嚴(yán)重冒落，影響范圍已經(jīng)延伸地表，采空區(qū)覆巖變形呈中心對(duì)稱形式，兩側(cè)向采空區(qū)中心傾向變形(圖9b)。開采結(jié)束后，A4煤層采空區(qū)覆巖變形開裂嚴(yán)重，其右側(cè)發(fā)育有延伸到地表的裂縫，該裂縫呈現(xiàn)上寬下窄“V”字型，與實(shí)際坡頂接娘坪變形最大的裂縫LF4對(duì)應(yīng)(圖9c)。接娘坪斜坡第四系覆蓋層薄，基巖裸露，陡傾節(jié)理發(fā)育，臨空條件有利，斜坡變形裂縫演化規(guī)律與平原地區(qū)有很大不同，并未出現(xiàn)明顯的移動(dòng)盆地和邊界角。開采后，采空區(qū)邊界沿陡傾節(jié)理面向坡表延伸開裂，隨著采動(dòng)的持續(xù)進(jìn)行，邊界處向采空區(qū)與臨空面方向的傾倒拉裂縫不斷擴(kuò)大，形成了接娘坪變形體寬大的邊界裂縫。

圖12 斜坡裂縫形成過(guò)程示意圖

離散元數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)，坡表設(shè)置了11個(gè)個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別為B01～B11，通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)X及Y方向位移與開挖時(shí)步的關(guān)系曲線圖可知 (圖10，圖11)，坡表水平及下沉移動(dòng)總體也可以劃分4個(gè)階段，即初始變形階段、緩慢變形階段、急劇變形階段、穩(wěn)定變形階段。開采初期，斜坡坡表位移較??； 開采中期，變形急劇增大，以下沉位移為主； 開采后期，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移呈穩(wěn)定收斂趨勢(shì)，表明此時(shí)斜坡變形已趨于穩(wěn)定，裂縫緩慢擴(kuò)展。

4 斜坡裂縫形成機(jī)制

結(jié)合接娘坪變形體裂縫成因與數(shù)值模擬分析，認(rèn)為平緩采動(dòng)斜坡裂縫形成可分為以下3個(gè)階段：

(1)開采擾動(dòng)階段。由于煤層地下開采，擾動(dòng)了采空區(qū)上覆巖體，采空區(qū)覆巖在采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)和自重應(yīng)力場(chǎng)共同作用下產(chǎn)生變形，頂板處形成彎曲下沉裂縫、覆巖出現(xiàn)離層等現(xiàn)象，邊界處出現(xiàn)“V”型拉裂縫 (圖12a)。

(2)坡頂拉裂階段。煤層開采一段時(shí)間后，采空區(qū)頂板的原有支撐逐漸受到破壞或者撤除，采空區(qū)頂板冒落和彎曲下沉，采空區(qū)覆巖自下而上形成冒落區(qū)與裂縫區(qū)，并迅速沿陡傾結(jié)構(gòu)面向上延伸，隨著變形的繼續(xù)發(fā)展，在采空區(qū)邊界對(duì)應(yīng)的坡頂形成較大裂縫 (圖12b)。

(3)變形加劇階段。煤層停采一段時(shí)間后繼續(xù)在其他區(qū)域進(jìn)行開采，同時(shí)民采煤層強(qiáng)度也開始加強(qiáng)，采空區(qū)頂板的冒落區(qū)和裂縫區(qū)繼續(xù)擴(kuò)大，采空之間的保留煤柱不能承受應(yīng)力集中而被壓碎，民采活動(dòng)距離坡頂較近，這些因素加劇了覆巖向采空區(qū)方向移動(dòng)，原有的坡頂裂縫增大。受臨空面和采空區(qū)的影響，山體右側(cè)的坡頂開始出現(xiàn)朝向右側(cè)臨空面的裂縫(圖12c)，停采后斜坡趨于穩(wěn)定，裂縫擴(kuò)展趨于停止，斜坡GPS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)表明，斜坡目前變形趨于穩(wěn)定(史文兵等， 2014)。

5 結(jié) 論

(1)接娘坪變形體屬于在平緩斜坡內(nèi)由于地下采煤誘發(fā)的一種災(zāi)害體，其具有西南山區(qū)采動(dòng)斜坡相似特點(diǎn)：高陡臨空地形，“上硬下軟”坡體結(jié)構(gòu)，巖層傾角多為小于10°，坡體中陡傾節(jié)理面發(fā)育，坡體下部開采活動(dòng)強(qiáng)烈。

(2)接娘坪變形體裂縫數(shù)量多，延伸方向大多沿已有優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面展布，裂縫分布大致在采空區(qū)上方或采空區(qū)邊界對(duì)應(yīng)部位。特殊的坡體結(jié)構(gòu)、臨空面條件及長(zhǎng)期地下采煤活動(dòng)，使得坡體中拉張變形裂縫發(fā)育并沿陡傾結(jié)構(gòu)面急速發(fā)展、貫通，將坡體切割成大型塊體。

(3)數(shù)值模擬研究表明，“上硬下軟”型緩傾層狀斜坡，受坡體內(nèi)采空及高陡臨空地形影響，斜坡覆巖沿節(jié)理開裂并一直向上延伸到地表，隨著重復(fù)采動(dòng)的進(jìn)行，裂縫開裂程度增強(qiáng)，有向臨空面傾倒破壞的趨勢(shì)。與平原地區(qū)采動(dòng)裂縫相比，山區(qū)采動(dòng)斜坡沒有明顯的沉陷盆地，采空區(qū)邊界處的寬大裂縫形成與地表第四系覆蓋層薄、基巖陡傾節(jié)理發(fā)育、有利的臨空面、重復(fù)采動(dòng)等有關(guān)。

(4)斜坡裂縫形成演化過(guò)程包括開采擾動(dòng)-坡頂拉裂-裂縫加劇3個(gè)階段，在多煤層重復(fù)采動(dòng)條件下斜坡裂縫變形經(jīng)歷4個(gè)階段，即初始變形階段、緩慢變形階段、急劇變形階段、穩(wěn)定變形階段。

上述觀點(diǎn)是基于以接娘坪變形體為背景的概化模型得出的，供學(xué)術(shù)研究參考。

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JournalofEngineeringGeology工程地質(zhì)學(xué)報(bào) 1004-9665/2016/24(5)- 0775- 13

GENETIC MECHANISM OF MINING CRACKS OF GENTLY INCLINED SLOPE IN MOUNTAINS

SHI Wenbing①②HUANG Runqiu①ZHAO Jianjun①JU Nengpan①XIANG Xiqiong③

The mining slope in mountains area of southwestern China has some common characteristics. They include high and steep terrain，“hard stratum over soft stratum” slope structures， gently inclined strata， well-developed joints with high dip angle， and strong mining activities beneath the slope. The slope has not obvious movement basin. The slope cracks caused by underground mining are large and corresponding to the mined-out area. It has a complicated formation mechanism. This article takes the case of Jieniangping deformable rock mass in Guizhou province. It analyses the genetic mechanism of slope cracks using numerical simulation. Result shows that slope occurs cracks along joints and all the way to surface. Due to the impact of high and steep terrain and underground mining， the cracks continues to expand with repeated mining. The slope has a toppling failure trend toward surface. It proposes that slope deformation process includes three stages： mining disturbance， the tension at the crest， deformation increase through numerical simulation. Due to repeated mining in multi-coal strata， slope deformation has experienced four stages， namely initial deformation stage， constant deformation stage and accelerated deformation stage and stable deformation.

Gently inclined slope， Repeated mining， Mining cracks， Genetic mechanism

10.13544/j.cnki.jeg.2016.05.006

2016-05-09;

2016-07-19.

國(guó)家自然科學(xué)基金(No. 41372306)， 貴州省地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與知識(shí)平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目(Z117238)資助.

史文兵(1980-)，男，博士生，從事地質(zhì)災(zāi)害機(jī)理方面研究. Email: wbshi2007@163.com

P642.21

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