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重复采动顺层岩质斜坡变形破坏动态演化规律研究_代张音.pdf

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资源描述

1、文章编号:1009-6094(2023)06-1807-10重复采动顺层岩质斜坡变形破坏动态演化规律研究代张音1,2,郑禄林1,2,王育林3,周 慧1,2(1 贵州大学矿业学院,贵阳 550025;2 复杂地质矿山开采安全技术工程中心,贵阳 550025;3 广安市前锋区人大常委会办公室,四川广安 638019)摘 要:在顺层岩质斜坡下覆岩层中进行采煤活动极易诱发滑坡、崩塌等地质灾害,严重威胁人民群众的生命和财产安全。运用 UDEC 离散元数值模拟方法,研究了近距离煤层群重复开采对其上覆顺层岩质斜坡变形破坏的动态演化规律。结果表明:1)重复开采导致斜坡的滑移范围扩大,坡面附近的下沉位移明显增加

2、,且超过采高,同时坡肩附近的水平位移加剧,超过单层开采时的 2 倍;2)采动斜坡裂缝具有明显的动态阶段性发育特征,单层采动时坡面中下部临时性裂缝发育过程为“积累产生扩展缩小闭合”,坡面上部及坡顶未贯通至滑面的裂缝发育过程为“积累产生扩展稳定”;3)在重复采动影响下,部分临时性裂缝和未贯通裂缝均开始活化,其发育过程为“活化扩展稳定”,最终转化为永久性裂缝,同时坡体内出现离层,横向裂缝显著增多,坡表产生更多细小开口的裂缝群;4)重复采动不仅会导致新裂缝的产生,也会加剧横向裂缝的产生和扩展,使得坡体更加破碎,稳定性逐步降低。研究成果为采动顺层岩质斜坡变形破坏机理研究奠定基础,为采动顺层岩质斜坡稳定性

3、分析提供参考。关键词:安全工程;重复开采;顺层斜坡;变形破坏;裂缝发育中图分类号:X936 文献标志码:ADOI:10.13637/j.issn.1009-6094.2021.2383收稿日期:20211228作者简介:代张音,讲师,博士,从事矿山灾害预测理论与控制、安全科学与技术研究,490945568 ;郑禄林(通信作者),副教授,博士,从事矿山安全与灾害防治、岩土工程灾害机理与控制研究,llzheng 。基金项目:国家自然科学基金项目(52164006);贵州大学青年教师国家自然科学基金培育项目(贵大培育2020 81 号);贵州大学引进人才科研项目(贵大人基合字(2019)42 号)0

4、 引 言顺层岩质斜坡是我国丘陵山区一种常见特殊地形地貌,在顺层岩质斜坡下覆岩层中进行采煤活动极易诱发滑坡、崩塌等地质灾害1 4,严重威胁人民群众的生命和财产安全。地下开采诱发山体变形、破坏和失稳机理研究是采矿、地质、岩土、环境等学科方向国内外研究人员的共同课题,其主要研究方法有现场勘测、数值模拟分析、物理模拟试验和理论分析等5 7。数值模拟分析方法以其适应较复杂工程、数据采集全、成本低等优势被广泛应用,其中二维离散元程序 UDEC(Universal Distinct Element Code)在模拟完整岩石的破裂过程、岩石断裂现象及裂隙发育过程等方面具有巨大优势,是研究不连续特征的潜在破坏模

5、型的理想模拟工具8 9。1997 年,Boris10采用 FLAC2D和UDEC 数值模拟软件,模拟了不同开采深度、开采方式、开采位置等因素对采动斜坡变形的影响,并分析了加拿大 Frank 采动滑坡的失稳机理,发现斜坡滑坡与采空区位置、坡体岩体结构密切相关。2009年,Guo 等11釆用数值模拟和相似模拟相结合,第一次研究了长壁综釆矸石充填技术引起的地表移动和下沉规律。2012 年,刘栋林等12采用 UDEC 模拟研究了工作面上坡开采和工作面下坡开采时山体产生裂缝的差异。2013 年,李雨桐13利用 UDEC 数值模拟技术,最先研究了采动顺层滑坡滑动面在不同挠曲程度下的应力分布及抗剪强度变化规

6、律,分析了不同深厚比开采矿层对坡体稳定性的影响。桂庆军等14 15利用 UDEC 数值模拟了贵州山区某煤矿开采影响下的覆岩移动变化规律和裂隙发育情况。2015 年,江君16在李雨桐13研究的基础上,采用UDEC 数值计算模拟了滑面形态为凸形和反 S 形的实际山体在不同采高情况下开采后的变形破坏情况。2017 年 Li 等17采用 UDEC 建立陡坡岩体边坡模型,提出了采矿活动和降雨作用下边坡的变形特征和破坏机理。2018 年顾东明18利用 UDEC 中Voronoi 模拟随机岩层节理,研究了三峡库区反倾边坡时效变形失稳的库水侵蚀 软化 渗流耦合作用机理。2021 年,代张音等19采用 UDEC

7、 离散元法,首次将不同地表斜坡与采空区之间的空间位置关系归纳为地下单区段开采、跳采、顺坡开采和逆坡开采 4种开采程序,并分别研究了其对顺层岩质斜坡的变形破坏响应特征。2021 年,唐建新等20采用 UDEC数值模拟研究了地下煤层重复开采对顺层岩质斜坡的影响。2021 年,熊飞等21采用 UDEC 建立含深大裂隙岩溶山体二维模型,模拟地下开采和裂隙水渗流过程,研究了采动和裂隙水渗流耦合作用下含深大裂隙岩溶山体的变形破坏过程和失稳机制。从这些研究可知,目前少见考虑煤层群重复开采对顺层7081第 23 卷第 6 期2023 年 6 月 安全 与 环 境 学 报Journal of Safety an

8、d Environment Vol.23 No.6Jun.,2023岩质斜坡变形破坏的影响,且未见针对这类问题的动态演化分析。本文以四川山区某地下煤矿开采为工程背景,运用离散元数值模拟方法,研究近距离煤层群重复开采对其上覆顺层岩质斜坡变形破坏的动态演化规律,以期为采动顺层岩质斜坡变形破坏机理研究奠定基础,为采动顺层岩质斜坡稳定性分析提供参考。1 数值模型建立1.1 研究区概况本次研究以四川某煤矿开采为工程背景。该矿区走向长 10 km,倾向长度约为 2.65 km,面积约为26.5 km2。井田内主要可采煤层为外连和内连煤层,平均倾角为 25,平均厚度分别为 1.48 m 和1.52 m,两煤

9、层间的间距为 0.12 10.32 m,平均为8.10 m,属近距离煤层群开采。工作面采煤方法为走向长壁采煤法,煤层间的开采顺序是下行式开采,即先采外连煤层,后采内连煤层。对同一煤层沿倾斜方向采用逆坡上行开采方式,即先采下区段,后采上区段。综合机械化采煤方式,采用全部陷落法处理采空区。表 1 岩石物理力学参数Table 1 Physical and mechanical parameters of rocks岩性容重/(kNm-3)弹性模量 E/MPa内聚力 C/MPa内摩擦角/()抗压强度 c/MPa 抗拉强度 t/MPa砂质泥岩上段25.316 2542.5226.9704.25砂质泥岩下

10、段25.216 12010.2226.51106.87软弱结构层18.0010.25160.030.05粉砂岩27.0620 75121.6434.41038.15泥岩18.705 0306.6420.61258.33粗砂岩26.4322 54323.2838.913312.09砂质泥岩25.676 12010.4326.510710.2细粒砂岩26.7322 67323.0837.910910.6细砂岩26.4322 54323.2838.912611.45中砂岩26.7322 67323.0837.913112.92外连煤层14.691 5101.5115.5192.09内连煤层17.31

11、1 6201.6916.4221.69研究区内的地形坡度为 20 50,基岩主要为砂质泥岩,坡体长约为 360 m,宽约为 110 m,平均厚度为 48 m,在基岩下部有一层厚度 0.5 m 左右的软弱结构层,岩性为炭质泥岩。岩石的物理力学参数见表 1。在煤层群重复采动影响下,地面变形破坏加剧,导致地面塌陷、地裂缝、建筑物变形、崩塌和滑坡等破坏现象。1.2 数值模型根据研究区域地质情况,运用 UDEC 离散元数值模拟方法,构建如图 1 所示的数值计算模型。数值模型的地质模型及测点布置如图 2 所示,在坡面设置 1 3 号位移监测点,坡顶间隔 30 m 设置 4 9号位移监测点。采取初始平衡自重

12、应力作为初始应力,对地应力进行简化处理。在模拟煤层开采时,不同煤层采用下行开采,即先采外连煤层,后采内连煤层;同一煤层进行逆坡上行式开采,外连和内连煤层均开挖 5 个区段,即开采图 1 数值模型Fig.1 Numerical model8081 Vol.23 No.6 安全 与 环 境 学 报 第 23 卷第 6 期工序依次为 W1 W2 W3 W4 W5 N1 N2N3 N4 N5,每个区段长为 100 m,两煤层停采线距离左边界 100 m。每次开挖计算至覆岩充分下沉后再进行下一区段的开挖计算,外连煤层开采结束时的步数为 100 万步,内连煤层开采结束时的步数为 180 万步。在数值建模中

13、,煤岩体破坏准则采用莫尔 库伦模型,节理材料模型采用节理面接触库伦滑移节理模型,节理物理力学参数根据文献20 取得,见表 2。图 2 地质模型及测点布置(单位:m)Fig.2 Geological model and arrangementof observation points(unit:m)表 2 模型岩层节理面物理力学参数Table 2 Physical and mechanical parameters of joint profiles in model结构面法向刚度 Kn/GPa剪切刚度 Ks/GPa内摩擦角/()黏聚力 C/MPa抗拉强度 t/MPa砂质泥岩上段2.41.219

14、0.10.05砂质泥岩下段2.61.3180.20.06软弱结构层0.920.43160.0050.002粉砂岩16.6211.35250.851.2泥岩3.41.2201.30.4粗砂岩18.8613.2271.51.4砂质泥岩2.41.3190.120.06细粒砂岩20.3412.36241.51.1细砂岩21.713.5251.61.1中砂岩19.612.87261.51.3外连煤层1.450.82170.760.35内连煤层1.450.82170.760.352 位移变化规律分析2.1 竖直 Y 方向位移单层开采外连煤层工作面推进距离对应的 Y 方向位移见图 3。由图 3 可知,4 次

15、推进工作面后模型竖直 Y 方向的位移云图(图 3(a)(d)基本呈对称状分布,特别是老顶至地表均表现为中间位移大、两侧下沉位移逐渐减小的趋势。当工作面推进至200 m 时(图 3(a),采空区上覆岩层产生向下的变形破坏,地表斜坡未受开采影响。当推进至 300 m时(图 3(b),岩体产生下沉位移区域显著增大,斜坡中下部产生下沉位移,且受软弱结构层影响,软弱结构层的上、下岩层位移边界不连续,软弱结构层上覆岩层位移范围增大。当推进至400 m 时(图3(c),受采动影响岩体产生下沉位移区域继续增大,整个斜坡也产生下沉位移,其中坡脚处下沉位移最大,且比其相邻下覆岩层位移大,表明坡脚产生裂缝,出现滑移

16、现象。当推进至 500 m 时(图3(d),岩体产生下沉位移区域持续增大,斜坡岩体最大位移从坡脚发展至坡体中部,且呈斑点状,表明斜坡中下部产生大量裂缝。当重复开采内连煤层时,工作面推进距离对应的 Y 方向位移见图 4。由图 4 可知,4 次推进工作面后模型竖直 Y 方向的位移云图(图 4(a)(d)也基本呈对称状分布,但云图形状没有单层开采时规整。当工作面推进至 200 m 时(图 4(a),除采空区9081 2023 年 6 月 代张音,等:重复采动顺层岩质斜坡变形破坏动态演化规律研究 Jun.,2023图 3 外连煤层开采过程中 Y 方向位移云图Fig.3 Y-direction disp

17、lacement nephogram during the upper coal seam mining上覆岩层向下变形破坏产生较大下沉位移外,外连煤层左侧停采线范围内上覆岩层都产生少量位移,地表斜坡也受开采影响。当推进至 300 m时(图 4(b),岩体产生下沉位移区域进一步增大,斜坡坡脚区域下沉位移最大,且比其相邻下覆岩层位移大,表明坡脚发育大量裂缝。当推进至 400 m 时(图 4(c),斜坡最大下沉位移区域由坡脚移至坡体中部,该区域整体呈条状,表明坡体中部裂隙发育,以纵深裂隙为主向软弱结构层延伸。当推进至 500 m 时(图 4(d),斜坡最大下沉位移区域继续上移至坡体上部,该区域整体

18、同样呈条状,表明坡体上部裂隙发育,以纵深裂隙为主向软弱结构层延伸。2.2 坡表关键位置测点位移由坡表关键位置测点绘出下沉值和水平位移的动态变化曲线,见图 5 和 6,深入分析坡体位移随工作面推进的动态变化规律。由图 5 可知,在外、内连煤层开采过程中,随着工作面的推进,坡体各测点的下沉值均呈不同程度的增加趋势。7、8 和 9 号坡顶测点的下沉量变化幅度较小,曲线变化较为平缓,下沉变化值在 0 0.50m;靠近坡肩的 4、5 和 6 号测点下沉量变化适中,变化范围在0 1.50 m;坡面测点1、2 和3 号的下沉变化最为明显,其值在 0 2.97 m,曲线整体呈明显的反 S 形。对于单层开采,当

19、外连煤层工作面在300 400 m 范围推进时,斜坡开始出现明显变形现象,计算至 65 万步时下沉值开始出现明显拐点,此时测点1 的下沉值最大,为0.21 m;当工作面在400 500 m范围推进时,该阶段由于采空区在坡体的正下方,下沉值较 0 300 m 开采范围内显著增加,测点 1 的下沉量增长幅度最大,由 0.21 m 增长为 1.27 m,增长约 5 倍,测点 2 的下沉量由 0.20 m 增长为 1.14 m,增长约 4.7 倍,测点 3 的下沉量由 0.23 m 增长为0.71 m,增长约 2 倍。对于重复开采,坡顶各测点在开采全过程中仍呈缓慢增加趋势,越靠近坡肩位置的测点,增加幅

20、度越明显。坡面 1、2 和 3 号的下沉值变化与坡顶处测点明显不同,当内连煤层工作面在 0 200 m 范围内推进时,坡面测点的变化值呈缓0181 Vol.23 No.6 安全 与 环 境 学 报 第 23 卷第 6 期图 4 内连煤层开采过程中 Y 方向位移云图Fig.4 Y-direction displacement nephogram during the lower coal seam mining图 5 测点 Y 方向位移动态变化曲线Fig.5 Y-direction displacement dynamic curvesof observation points慢增加趋势,测点2

21、 的下沉值由1.15 m 增长至1.28m;当计算至 136 万步时,下沉曲线出现明显拐点,坡面测点的下沉量开始显著增加,当工作面推进至400 m 时,测点 2 的下沉值激增至 2.84 m;当工作面在 400 500 m 范围内推进时,各测点又呈现缓慢增加趋势,测点2 的最终下沉值为2.80 m,是单层开采结束时的 2.5 倍。图 6 测点水平位移动态变化曲线Fig.6 Horizontal displacement dynamic curvesof observation points在外、内连煤层开采结束后,各坡表测点的最终下沉量见表3。由表3 可知,测点3 的最终下沉值为2.38 m,

22、是单层开采结束时的 3.4 倍,测点 1 的最终下沉值为 2.97 m,是单层开采结束时的 2.3 倍。重复开采后,测点 1 9 的下沉量均大于单层开采后下沉量的 2 倍,表明重复采动是造成坡体大幅下沉的主要原因。1181 2023 年 6 月 代张音,等:重复采动顺层岩质斜坡变形破坏动态演化规律研究 Jun.,2023由图 6 可知,在开采全过程中,各测点的水平位移均呈上升趋势,但不同坡表位置测点的位移变化有所不同。坡面 1、2 和 3 号测点的水平位移变化较为复杂,整体呈波动增加趋势,但增长较为缓慢,水平位移值在 0 0.5 m 变化;坡顶处靠近坡肩位置的4、5 和 6 号测点的水平位移变

23、化较其他测点更为明显,其值在 0 0.93 m 增长;7、8 和 9 号测点的水平位移介于坡面测点和坡肩附近测点之间。在单层开采过程中,各测点的水平位移变化曲线较为接近,最大值均不超过 0.25 m。对于坡面的 1、2 和 3 号测点,当计算至 72 万步时,水平位移开始出现大幅上升趋势,形成突变现象,表明坡面裂缝显著扩大,当计算至 90 万步时,坡面位置全部位于采空区内,开采主要影响坡面的下沉移动,水平位移变化幅度减缓。在重复开采过程中,由于坡面产生较多斜坡裂缝,导致 1、2 和 3 号测点的水平位移继续波动上升,但变化幅度缓慢;4、5 和 6 号测点则呈现陡增趋势,其中 5 号测点的增长趋

24、势最为明显,由单层开采时的 0.21 m 陡增至 0.94 m,增长约 3.5 倍,内连煤层开采结束后,各位置测点的水平位移逐渐保持稳定。外、内连煤层开采结束后,各坡表测点的最终水平位移见表4。由表4 可知,重复开采导致的坡体水平位移量均为单层开采时的 2 倍以上,表明重复开采加剧了坡体临空挤出。表 3 开采结束后各测点最终下沉量Table 3 Final subsidence of each observation points after mining工况测点最终下沉量/m测点 1测点 2测点 3测点 4测点 5测点 6测点 7测点 8测点 9单层开采1.271.120.710.610.4

25、70.380.260.210.19重复开采2.972.802.381.601.200.890.560.460.37表 4 开采结束后各测点最终水平位移Table 4 Final horizontal displacement of each observation points after mining工况测点最终水平位移/m测点 1测点 2测点 3测点 4测点 5测点 6测点 7测点 8测点 9单层开采0.100.130.170.210.250.220.130.140.11重复开采0.230.350.530.860.950.840.510.530.37综合以上对监测点的动态位移分析可知,在重

26、复采动影响下,坡面附近的下沉量明显增加,最终下沉量会超过采高,而坡肩附近的水平移动将更加明显。3 裂缝发育规律分析在地下开采影响下,坡体不仅会产生竖向纵深裂缝,也会沿节理面产生横向裂缝,造成坡体的移动变形呈非连续性变化,而重复采动不仅会导致新裂缝的产生,也会加剧横向裂缝的产生和扩展,使得坡体更加破碎,稳定性逐步降低。坡体出现的一系列裂缝群和非贯通性裂缝中,以纵深裂缝为主。较明显纵深裂缝共 8 条,其中单层开采产生 6 条,重复开采产生 2 条。为深入研究重复采动对顺层岩质斜坡裂缝动态发育的影响规律,以单层开采过程中产生的第 4 条临时性斜坡裂缝 WLF4(W 代表外连开采,N 代表内连开采,L

27、F 代表裂缝,下同)为例,通过分析其发育宽度和深度的动态变化过程,研究重复采动对单层采动发育的斜坡裂缝的具体影响。3.1 单层开采裂缝 WLF4 发育过程当外连煤层工作面在 0 300 m 范围推进时,裂缝 WLF4 发育并不明显,但仍产生小幅度的移动变形,因此将该阶段视为斜坡移动变形积累阶段。当工作面在 300 400 m 范围内推进时,采空区范围不断扩大,下沉范围影响至坡肩附近,坡体内部的不连续移动变形现象严重,当移动变形增大直至超过坡体的抗变形能力时,坡表率先发生破坏并向坡体内部延伸,形成明显的“V”字形上开口裂缝 WLF4,裂缝 WLF4 位于坡面中部、距离模型左边界310.6 m处,

28、初始发育宽度为 0.03 m,发育深度为 3.16 m,该阶段可视为裂缝产生阶段,如图 7(a)所示,图中同时标注了其他裂缝的发育状态。当工作面在 400 500 m 范围内推进时,裂缝先后经历了发育扩展、缩2181 Vol.23 No.6 安全 与 环 境 学 报 第 23 卷第 6 期小至闭合的过程:当计算步在 80 万 92 万步时,裂缝不断发育扩展,发育宽度由 0.03 m 增长至 0.17m,深度由 3.16 m 延伸至 22.83 m,该阶段为裂缝发育扩展阶段(图 7(b)。当计算步增至 100 万步时,外连煤层开采结束,该阶段裂缝逐渐缩小闭合,发育宽度由 0.17 m 缩小至 0

29、.05 m,接近闭合,深度也减小,该阶段视为裂缝缩小闭合阶段。这一阶段性发育现象表明裂缝 WLF4 发育过程具有动态性,为先产生后闭合的临时性裂缝。图 7 单层开采斜坡裂缝 WLF4 发育过程Fig.7 Development process of slope crack WLF4during single-layer mining3.2 重复开采裂缝 WLF4 发育过程当内连煤层工作面在 0 300 m 范围推进时,裂缝 WLF4 的宽度变化不大,而深度由 6.8 m 延伸至 12.63 m,该阶段为裂缝二次发育前的变形积累阶段。当工作面在 300 400 m 范围推进时,裂缝开始明显扩展:

30、当计算步在 135 万 160 万步时,裂缝宽度由 0.07 m 扩展至 0.11 m,深度由 12.6 m 增加至 18.5 m(图 8(a);当计算步在 160 万 170 万步时,宽度和深度显著增加,其宽度扩展为 0.36 m,深度延伸至 31.4 m,该阶段为裂缝的发育扩展阶段。当工作面在 400 500 m 范围推进时,裂缝宽度和深度保持稳定不再继续增长(图 8(b),因此该裂缝由临时性裂缝转变为永久性裂缝,该阶段为裂缝的发育稳定阶段。内连煤层开采结束后,斜坡的变形逐渐保持稳定,裂缝不再继续发育。图 8 重复采动斜坡裂缝 WLF4 发育过程Fig.8 Development proc

31、ess of slope crackWLF4 during repeated mining3.3 裂缝 WLF4 动态发育规律裂缝 WLF4 的动态发育曲线见图 9。单层采动过程中裂缝 WLF4 的动态发育过程可分为 4 个阶段:斜坡移动变形积累阶段、裂缝产生阶段、裂缝发育扩展阶段和裂缝缩小闭合阶段,即“积累产生扩展缩小闭合”发育过程。重复采动过程中斜坡裂缝 WLF4 的发育过程经历了 3 个阶段:裂缝二次发育前的变形积累阶段、二次发育扩展阶段和发育稳定阶段,即“活化扩展稳定”发育过程。3.4 坡体主要裂缝发育情况在单层开采和重复开采影响下,分析坡体主要裂缝的位置及发育过程见表 5。由表 5

32、可见,地下开采影响下裂缝的发育过程3181 2023 年 6 月 代张音,等:重复采动顺层岩质斜坡变形破坏动态演化规律研究 Jun.,2023 表 5 主要裂缝位置及发育过程Table 5 Location and development process of main cracks裂缝名称裂缝上开口距坡脚斜长/m发育过程单层开采重复开采WLF113.2积累产生扩展发育贯通持续扩展稳定WLF229.5积累产生扩展贯通缩小闭合活化扩展缩小稳定WLF333.2积累产生扩展缩小闭合活化扩展贯通闭合WLF479.7积累产生扩展缩小闭合活化扩展稳定WLF5108.3积累产生扩展缩小稳定(未贯通)活化扩展

33、稳定WLF6183.6积累产生扩展稳定(未贯通)活化扩展贯通稳定NLF160.4积累产生扩展缩小闭合NLF2136.9积累产生扩展稳定图 9 斜坡裂缝 WLF4 动态发育曲线Fig.9 Dynamic development curves of slope crack WLF4都具有阶段性。在单层采动时,裂缝主要沿纵深发育,坡面中下部产生裂缝(WLF1、WLF2、WLF3和 WLF4)的发育过程为“积累产生扩展缩小闭合”,为先产生后闭合的临时性裂缝,坡面上部及坡顶产生裂缝(WLF5 和 WLF6)的发育过程为“积累产生扩展稳定”,未贯通至滑面。在重复采动影响下,临时性裂缝和未贯通裂缝均开始活化

34、,其发育过程为“活化扩展稳定”,最终转化为永久性裂缝。同时,重复采动导致斜坡坡体内出现离层,横向裂缝显著增多,坡表产生更多细小开口的裂缝群,其中 2 条明显新裂缝(NLF1 和NLF2)的发育过程为“积累产生扩展缩小闭合/稳定”。4 结 论1)单层开采时斜坡的下沉量较小,仅坡脚小范围出现滑移,最大下沉量不超过 1.5 m,而重复开采会导致斜坡的滑移范围扩大,坡面附近的下沉位移明显增加,最大下沉量达到 3.4 m,已超过采高,同时坡肩附近的水平位移加剧,超过单层开采时的2 倍。2)采动斜坡裂缝具有明显的动态阶段性发育特征。在单层采动时,裂缝主要沿纵深发育,坡面中下部产生较多临时性裂缝,其发育过程

35、为“积累产生扩展缩小闭合”,坡面上部及坡顶产生未贯通至滑面的裂缝,其发育过程为“积累产生扩展稳定”;在重复采动影响下,部分临时性裂缝和未贯通裂缝均开始活化,其发育过程为“活化扩展稳定”,最终转化为永久性裂缝,同时坡体内出现离层,横向裂缝显著增多,坡表产生更多细小开口的裂缝群,其中 2 条明显新裂缝的发育过程为“积累产生扩展缩小闭合”。3)在地下采动影响下,坡体不仅会产生竖向裂缝,也会沿节理面产生横向裂缝,造成坡体的移动变形呈非连续性变化,而重复采动不仅会导致新裂缝4181 Vol.23 No.6 安全 与 环 境 学 报 第 23 卷第 6 期的产生,也会加剧横向裂缝的产生和扩展,使得坡体更加

36、破碎,稳定性逐步降低。参考文献(References):1 YIN Y P,SUN P,ZHANG M,et al.Mechanism onapparent dip sliding of oblique inclined bedding rockslideat Jiweishan,Chongqing,ChinaJ.Landslides,2011,8(1):4965.2冯振,殷跃平,李滨,等.重庆武隆鸡尾山滑坡视向滑动机制分析J.岩土力学,2012,33(9):27042712.FENG Z,YIN Y P,LI B,et al.Mechanism analysis ofapparent dip

37、 landslide of Jiweishan in Wulong,ChongqingJ.Rock and Soil Mechanics,2012,33(9):27042712.3李滨,王国章,冯振,等.陡倾层状岩质斜坡极限平衡稳定分析 J.岩土 工 程 学 报,2015,37(5):839846.LI B,WANG G Z,FENG Z,et al.Limit equilibriumand stability analysis of steep stratified rock slopeJ.Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2015,37

38、(5):839846.4代张音,唐建新,江泽标,等.变滑面顺层滑坡相似模拟试验装置研制与应用J.安全与环境学报,2018,18(2):462467.DAI Z Y,TANG J X,JIANG Z B,et al.A new similarsimulation testing equipment for variable sliding planebedding landslide and its application J.Journal ofSafety and Environment,2018,18(2):462467.5 TANG J X,DAI Z Y,WANG Y L,et al.

39、Fracture failureof consequent bedding rock slopes after undergroundmining in mountainous area J.Rock Mechanics andRock Engineering,2019,52(8):28532870.6代张音,唐建新,舒国钧,等.地下采空诱发顺层岩质斜坡变形破坏特征研究J.安全与环境学报,2017,17(4):12941298.DAI Z Y,TANG J X,SHU G J,et al.The deformationand fracture response characteristics

40、of bedding rock slopeinfluenced by underground mined-out areasJ.Journalof Safety and Environment,2017,17(4):12941298.7代张音,唐建新,王艳磊,等.顺层岩质斜坡开采沉陷预测模型研究J.岩石力学与工程学报,2017,36(12):30123020.DAI Z Y,TANG J X,WANG Y L,et al.A model forpredicting mining subsidence in bedding rock slopesJ.Chinese Journal of Rock

41、 Mechanics and Engineering,2017,36(12):30123020.8 LIU M,LIU F Z,HUANG R Q,et al.Deep-seatedlarge-scale toppling failure in metamorphic rocks:a casestudy of the Erguxi slope in southwest chinaJ.Journalof Mountain Science,2016,13(12):20942110.9 MAJID N B,ZHAO Z H,JING L R.Subsidence versusnatural land

42、slides when dealing with property damageliabilities in underground coal minesJ.Journal of RockMechanics and Geotechnical Engineering,2013,5(6):419430.10 BORISB.Numericalmodelingofcomplexslopedeformations D.Saskatoon,Canada:University ofSaskatchewan,1997.11 GUO G L,ZHA J F,MIAO X X,et al.Similar mate

43、rialand numerical simulation of strata movement laws withlong wall fully mechanized gangue backfilling J.Procedia Earth&Planetary Science,2009,1(1):10891094.12 刘栋林,许家林,朱卫兵,等.工作面推进方向对坡体采动裂缝影响的数值模拟J.煤矿安全,2012,43(5):150153.LIU D L,XU J L,ZHU W B,et al.Numericalsimulation on the influence of working fac

44、e advancingdirection on fracture caused by slope miningJ.Safetyin Coal Mines,2012,43(5):150153.13 李雨桐.开采深厚比对顺层边坡稳定性的影响D.重庆:重庆大学,2013.LI Y T.Stability research of bedding slope influenced bydepth-thickness ratioofundergroundmining D.Chongqing:Chongqing University,2013.14 桂庆军.贵州山区煤层采动影响后裂隙发育模拟研究J.内蒙古煤

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46、ea based on UDECJ.CoalMine Modernization,2014(1):8082.16 江君.地下开采对顺层边坡稳定性的影响D.重庆:重庆大学,2015.JIANG J.Influence of underground mining on beddingslopestability D.Chongqing:ChongqingUniversity,2015.17 LI Z Q,XUE Y G,LI S C,et al.Deformation featuresand failure mechanism of steep rock slope under themining

47、 activities and rainfallJ.Journal of MountainScience,2017,14(1):3145.18 顾东明.三峡库区软弱基座型碳酸盐岩反倾高边坡5181 2023 年 6 月 代张音,等:重复采动顺层岩质斜坡变形破坏动态演化规律研究 Jun.,2023变形演化机制研究D.重庆:重庆大学,2018.GU D M.Failure mechanism and evolution of the anaclinal high carbonatite rock slopes with soft toes in theThree Gorgesregion D.Ch

48、ongqing:ChongqingUniversity,2018.19 代张音,刘庆,王育林,等.基于离散元法的采动顺层岩质斜坡变形破坏响应特征研究J.安全与环境学报,2021,21(3):10891098.DAI Z Y,LIU Q,WANG Y L,et al.Deformation andfailure response of the bedding rock slope induced by theunderground mining activities based on the distinctiveelement methodJ.Journal of Safety and Env

49、ironment,2021,21(3):10891098.20 唐建新,候阳阳,王育林,等.重复采动对顺层岩质斜坡变形破坏的数值模拟研究 J.煤矿安全,2021,52(10):237244.TANG J X,HOU Y Y,WANG Y L,et al.Study ondeformationandfailureresponsecharacteristicsofbedding rock slope induced by repeated mining based onnumerical simulation methodJ.Safety in Coal Mines,2021,52(10):237

50、244.21 熊飞,刘新荣,冉乔,等.采动 裂隙水耦合下含深大裂隙岩溶山体失稳破坏机理研究J.煤炭学报,2021,46(11):34453458.XIONG F,LIU X R,RAN Q,et al.Study on instabilityfailure mechanism of karst mountain with deep and largefissures under the mining-fissure water coupling J.Journal ofChinaCoalSociety,2021,46(11):34453458.Dynamic evolution law of

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