开采扰动岩质高陡边坡实时监测及稳定性研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qingyun2008520
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岩质高陡边坡具有坡度陡、高陡大、突发性强特点,在地下采煤扰动下,坡体变形复杂,监测困难,难以防治,运用GNSS实时监测技术对采区高陡边坡形变规律研究和实时预警成为预防灾害的有效方法。针对采矿扰动下地面高陡边坡的实时监测及稳定性问题,本文以中国山西芦葫村高陡边坡为研究对象,依据芦葫村高陡边坡所在地形以及与采煤工作面的位置关系建立GNSS实时监测系统,探究采动高陡边坡变形机制,研究发现:(1)采动、地形、降雨是影响边坡移动变形主要影响因素,测点移动速度及位移可作为三个影响因素的综合反映,地下开采为边坡移动提供持续的外界驱动力,地形在边坡的顺坡方向明显加剧了变形,降雨对边坡临空方向速度具有阶段性加速作用。(2)建立基于边坡移动速度和位移指标的预警模型,速度变化具有正弦曲线变化特征,mm/d速度尺度数据适合长时间预测,mm/h速度尺度适合临滑预警,可通过长时间预测获取变形活跃期,结合临滑预警进行预警;采用统计分析方法建立速度三级预警模型,Ⅰ级预警受采动主导,Ⅱ级受采动和降雨主导,Ⅲ级受采动、降雨和顺坡方向主导;建立了基于Verhulst模型的位移预警,通过计算预测值决定初始位移,并将其作为坡体形变位移阈值。(3)地下开采造成的累计位移、非均匀形变、陡峭的地表坡度是造成坡体不稳定的直接原因,针对高陡边坡的稳定性,本文通过分析坡体的非均匀形变、位移场及无人机灾害时序影像特征,发现地表破坏主要集中在非均匀形变发生的时期,该阶段增加了坡体的不稳定性,同时非均匀形变主要集中在工作面推进位置前方,其后方形变速率较小,且坡顶的移动大于坡脚,坡顶应力拉伸区,坡脚为应力集中区。(4)基于坡体位移突变点变化特征,建立了采动边坡稳定阶段划分模型,依次划分为:稳定阶段-破坏阶段(集中且剧烈)-稳定增加阶段。该研究为采动区高陡边坡的动态形变规律及稳定性变化做出贡献,充分说明GNSS实时监测系统在采煤沉陷区的足够优势。
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