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我国西南山区岩溶作用强烈、沟壑纵横、地形陡峻,同时河谷深切、降雨集中,多形成大型的高陡岩质斜坡。这些坡体往往具有上陡下缓的地形特征,上硬下软的地层结构,覆盖有厚石灰岩地层,岩溶裂隙发育,岩体结构破碎,在地下开采扰动下易发生大规模的崩滑灾害。因此,本文以西南山区某缓倾高陡灰岩边坡为研究对象,结合现场地质调查、理论分析、试验和数值模拟等方法,开展了地下开采扰动下灰岩边坡变形破坏机制研究,探讨了不同开采条件对采动坡体变形与裂隙扩展的影响,揭示了地下开采扰动下坡体的变形失稳演化过程与破坏模式,提出了坡体的稳定性评价力学模型。主要研究内容及成果如下:(1)通过现场踏勘、资料收集和无人机航拍等多种手段,对研究区崩滑灾害进行了细致的调查,获得了研究区典型孕灾地质环境特征与开采活动特征。坡体地形上陡下缓,地层岩性上硬下软,岩体节理裂隙发育,岩溶作用强烈,后缘发育有几组深大结构面,具备发生特大崩滑灾害的地质条件。地下煤层大面积的采空为崩滑灾害提供了诱因。山体崩滑失稳过程经历了“山体沉陷-拉裂变形阶段—坡体累积变形与裂隙扩展阶段—山体整体溃屈崩滑阶段”三个阶段。(2)开展了灰岩试样的基本力学特性试验研究,得到了灰岩的单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角分别为75.6MPa、5.6MPa、36.7GPa、0.27、16.6MPa、41.5°。单轴压缩和低围压(5MPa)三轴压缩下的破坏形式为与轴向加载方向相同的脆性张拉劈裂破坏,脆性破坏特征明显。随着围压的增加,灰岩的压缩破坏由脆性张拉破坏向延性剪切破坏转变。(3)开展了含平行断续结构面灰岩的剪切特性试验研究。直剪试验条件下,岩桥断裂面以拉伸破坏为主,而两侧断裂面以剪切破坏为主,张拉破坏主要分布于两个侧面和中间断裂面中间。试件的破坏模式随结构面倾角和法向应力的变化而变化,在低倾角高法向应力作用下,剪切破坏特征更加明显,在高倾角低法向应力作用下,张拉破坏特征更加明显。试样的抗剪强度随法向应力的增大而增大,随结构面倾角的增大先减小后增大。法向卸荷剪切试验条件下,除预制裂隙尖端的有限挤压破坏外,所有试件的岩桥均为拉伸破坏。两侧面的破坏一般为拉剪复合破坏,拉伸破坏区域主要集中在两侧破坏面中部。试件的破坏法向应力随裂隙倾角的增大先增大后减小,随初始法向/剪应力的增大而增大,随卸载速率的增大而减小。裂隙试样的抗剪强度明显小于完整岩石,其大小约为完整岩石的0.3~0.4倍,可见断续裂隙的存在对岩体的初始损伤非常大。相比于直剪条件,法向卸荷剪切条件下的抗剪强度略有提高。(4)基于模型试验与离散元数值模拟,开展了无煤柱开采下考虑不同开采顺序影响的采动坡体变形破坏机理研究。下行开采时,坡脚首先发生移动下沉变形,进而上覆坡体发生悬臂式张拉断裂,深大裂隙向下扩展,岩体结构松动,随后不断下沉挤压,坡脚及坡中挤出,最终导致坡体岩桥剪断而整体失稳。而上行开采时,覆岩发生梁板式弯曲下沉,斜坡体首先向下山方向移动变形,裂隙带不断向上传递,坡体变形松动,当开采超过坡脚,坡体达到充分采动并不断下沉挤压,坡脚及坡中受压挤出,最终导致坡体岩桥剪断而整体失稳。无煤柱开采时,由于采动影响范围很大,采动裂隙直接传递至地表,地下开采对坡体变形破坏的影响很大。影响程度上看,下行开采四工作面最大,上行开采四工作面次之,下行开采三工作面最小。(5)通过离散元数值模拟,开展了留煤柱开采条件下坡体的变形破坏机理研究。留煤柱开采时采动裂隙并未发育至地表。相同开采顺序情况下,长工作面开采时覆岩裂隙发育程度和坡顶沉降要明显大于短工作面开采;相同工作面布置情况下,上行开采时覆岩裂隙发育程度与坡顶沉降明显小于下行开采。上行开采时,采动裂隙发育高度越往浅部越小,而下行开采时越往浅部越大。这说明留煤柱开采相对于无煤柱开采对坡体变形与裂隙扩展的影响要小很多。相同煤炭采出率情况下,上行开采对坡体的影响小于下行开采,而短工作面开采对坡体的影响小于长工作面开采。煤层厚度越大,开采对坡体的变形扰动越大。相对于短工作面开采,长工作面开采时煤层厚度的变化对坡体沉降变化更加敏感。煤层倾角为7°时,坡体的变形程度最小,倾角为0°时次之,倾角为15°时最大。(6)揭示了缓内倾岩溶坡体的采动失稳破坏演变过程与破坏模式。地下开采扰动下,采动坡体的破坏模式为塌陷-拉裂-剪断(滑移)型,它经历了“采空区变形-地表沉陷-坡顶拉裂与岩体松动-坡中压剪挤出-岩桥剪断-坡体坐落解体和拉剪滑移失稳”的演变过程,可分为“开采扰动阶段-坡顶拉裂沉陷阶段-变形累积发展阶段-崩滑失稳阶段”四个阶段。基于此,构建了斜坡的渐进破坏失稳力学模型,揭示了采动覆岩的力学结构特征与变形卸荷力学机理,提出了减小开采引起地表移动变形的协调开采方法和灾害防治措施建议。