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渗流作用下采动岩体视电阻率变化特征研究

陈雨志  
【摘要】:受煤矿开采扰动影响,岩体稳定性降低的岩体称为采动岩体。随着近年来强降雨天气出现次数逐渐增大,降雨引发采动岩体变形情况加剧,引发斜坡发生滑动和崩塌等问题愈益凸显,严重影响了矿区安全生产和人民群众生命财产安全。本文以不同开采条件:未采斜坡、近采斜坡和久采斜坡作为分类指标,在贵州省内选取三种典型采动斜坡样点,在详实地质调查基础上,采集样点斜坡降雨前后视电阻率剖面变化数据。构建三种类型斜坡试验模型,开展物理模拟试验,通过控制开采条件,研究模型斜坡在循环降雨条件下应力应变情况及视电阻率变化规律,探求降雨渗流作用下采动岩体视电阻率变化特征。并建立了常水头物理计算模型,计算试验模型渗流通道渗透系数及渗透系数变化率的值。研究结果可初步识别内部裂缝发育特征,圈定采空区影响边界,预测采动滑坡潜在滑面,判定岩体稳定性情况。也为采动斜坡地质灾害防治提供一定参考和理论支撑。本文采用现场调查和物理模拟试验方法,研究了贵州省内典型“上陡下缓”采动斜坡渗流作用下视电阻率变化特征规律,主要取得以下研究成果:(1)查明了斜坡形态特征及结构特点,确定相似比例系数为1:800,构建三种斜坡物理模拟试验模型。研究点坡型均呈“上陡下缓”形态,上部较陡区域主要出露下三叠系嘉陵江组和飞仙关组地层,下部较缓区域主要出露上二叠系龙潭组地层,地层分界线位于陡缓相交位置。(2)建立了三种模型斜坡渗流通道渗透系数及渗透系数平均变化率计算方法。采用等效原理,构建常水头物理计算模型,计算未采、近采和久采斜坡模型渗透系数: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内平均变化率dk_(近采)=6.18×10~(-8)cm/s~(-2),久采斜坡24h内平均变化率dk_(久采)=1.63×10~(-8)cm/s~(-2)。(3)得出了不同开采条件斜坡在降雨作用下坡表沉降变形情况。未采斜坡坡表变形主要表现为零星低洼槽,冲刷物堆积于坡脚位置;近采斜坡最大沉降量达到11mm,平均沉降量达到8mm左右;久采斜坡最大沉降量达到16mm,且随降雨持续,仍处于蠕变阶段。(4)发现了渗流作用下采动岩体斜坡剖面视电阻率值突变与岩体内部发生了压密或离层变形密切相关。覆岩变形破坏过程中岩体内部多次形成“临时受力支撑带”,即受力区域上下层岩体沉降速度不等,上部大于下部,表现为支撑作用,岩体压密,含水率降低,视电阻率值增加。反之,表现为离层作用,含水率增加,视电阻率值降低。(5)验证了引起未采斜坡岩体视电阻率值变化主要因素为重力和地形,在沟谷位置易形成渗流通道,明确了采动斜坡内部裂缝位置视电阻率在降雨前后变化较大。对比降雨前后岩体视电阻率值变化情况,可初步识别内部裂缝发育情况,圈定采空区影响边界,预测采动滑坡潜在滑面,判定岩体稳定性情况。


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