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    滲流作用下采動巖體視電阻率變化特征研究

    陳雨志  
    【摘要】:受煤礦開采擾動影響,巖體穩定性降低的巖體稱為采動巖體。隨著近年來強降雨天氣出現次數逐漸增大,降雨引發采動巖體變形情況加劇,引發斜坡發生滑動和崩塌等問題愈益凸顯,嚴重影響了礦區安全生產和人民群眾生命財產安全。本文以不同開采條件:未采斜坡、近采斜坡和久采斜坡作為分類指標,在貴州省內選取三種典型采動斜坡樣點,在詳實地質調查基礎上,采集樣點斜坡降雨前后視電阻率剖面變化數據。構建三種類型斜坡試驗模型,開展物理模擬試驗,通過控制開采條件,研究模型斜坡在循環降雨條件下應力應變情況及視電阻率變化規律,探求降雨滲流作用下采動巖體視電阻率變化特征。并建立了常水頭物理計算模型,計算試驗模型滲流通道滲透系數及滲透系數變化率的值。研究結果可初步識別內部裂縫發育特征,圈定采空區影響邊界,預測采動滑坡潛在滑面,判定巖體穩定性情況。也為采動斜坡地質災害防治提供一定參考和理論支撐。本文采用現場調查和物理模擬試驗方法,研究了貴州省內典型“上陡下緩”采動斜坡滲流作用下視電阻率變化特征規律,主要取得以下研究成果:(1)查明了斜坡形態特征及結構特點,確定相似比例系數為1:800,構建三種斜坡物理模擬試驗模型。研究點坡型均呈“上陡下緩”形態,上部較陡區域主要出露下三疊系嘉陵江組和飛仙關組地層,下部較緩區域主要出露上二疊系龍潭組地層,地層分界線位于陡緩相交位置。(2)建立了三種模型斜坡滲流通道滲透系數及滲透系數平均變化率計算方法。采用等效原理,構建常水頭物理計算模型,計算未采、近采和久采斜坡模型滲透系數:k_(久采)=7.87×10~(-3)cm/s,k_(近采)=7.35×10~(-3)cm/sk_(未采)=6.46×10~(-3)cm/s。近采斜坡4h內平均變化率dk_(近采)=6.18×10~(-8)cm/s~(-2),久采斜坡24h內平均變化率dk_(久采)=1.63×10~(-8)cm/s~(-2)。(3)得出了不同開采條件斜坡在降雨作用下坡表沉降變形情況。未采斜坡坡表變形主要表現為零星低洼槽,沖刷物堆積于坡腳位置;近采斜坡最大沉降量達到11mm,平均沉降量達到8mm左右;久采斜坡最大沉降量達到16mm,且隨降雨持續,仍處于蠕變階段。(4)發現了滲流作用下采動巖體斜坡剖面視電阻率值突變與巖體內部發生了壓密或離層變形密切相關。覆巖變形破壞過程中巖體內部多次形成“臨時受力支撐帶”,即受力區域上下層巖體沉降速度不等,上部大于下部,表現為支撐作用,巖體壓密,含水率降低,視電阻率值增加。反之,表現為離層作用,含水率增加,視電阻率值降低。(5)驗證了引起未采斜坡巖體視電阻率值變化主要因素為重力和地形,在溝谷位置易形成滲流通道,明確了采動斜坡內部裂縫位置視電阻率在降雨前后變化較大。對比降雨前后巖體視電阻率值變化情況,可初步識別內部裂縫發育情況,圈定采空區影響邊界,預測采動滑坡潛在滑面,判定巖體穩定性情況。


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