緩傾煤層采空區(qū)上覆巖體變形特征物理模擬研究

趙建軍，藺　冰，馬運(yùn)韜，張曉東，蘭志勇，2，黃潤(rùn)秋

(1．成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都　610059;2．四川省蜀通勘察基礎(chǔ)工程有限公司，四川 成都610081)

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緩傾煤層采空區(qū)上覆巖體變形特征物理模擬研究

趙建軍1，藺冰1，馬運(yùn)韜1，張曉東1，蘭志勇1，2，黃潤(rùn)秋1

(1．成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都610059;2．四川省蜀通勘察基礎(chǔ)工程有限公司，四川 成都610081)

摘要:以貴州馬達(dá)嶺滑坡所在的自然邊坡為原型，通過(guò)框架物理模型試驗(yàn)，研究了緩傾煤層采空區(qū)上覆巖體沿巖層走向方向的變形過(guò)程，分析采動(dòng)滑坡變形破壞機(jī)制。研究結(jié)果表明:煤層開(kāi)采后，上覆巖層發(fā)生應(yīng)力重分布，采空區(qū)邊界形成拉應(yīng)力集中區(qū);上覆巖層產(chǎn)生以沉降為主的彎曲變形，而在坡肩和坡腳部位產(chǎn)生較明顯水平向外位移;變形過(guò)程中先在采空區(qū)后邊界部位產(chǎn)生裂縫，回采煤柱后，裂縫貫通，形成潛在滑面。

關(guān)鍵詞:模型試驗(yàn);采空區(qū);相似材料;變形

趙建軍，藺冰，馬運(yùn)韜，等．緩傾煤層采空區(qū)上覆巖體變形特征物理模擬研究［J］．煤炭學(xué)報(bào)，2016，41(6):1369－1374．doi:10．13225/j．cnki．jccs．2015．1408

Zhao Jianjun，Lin Bing，Ma Yuntao，et al．Physical modeling on deformation characteristics of overlying rock mass above mined-out area in gently inclined coal seam［J］．Journal of China Coal Society，2016，41(6):1369－1374．doi:10．13225/j．cnki．jccs．2015．1408

露天采礦在給經(jīng)濟(jì)帶來(lái)飛速發(fā)展的同時(shí)，也留下許多環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，如地面沉陷、裂縫，以及由采空區(qū)塌陷引起的崩滑災(zāi)害［1－5］。早在1838年比利時(shí)工程師哥諾特提出“垂線(xiàn)理論”，隨后Gonot又以實(shí)測(cè)資料為基礎(chǔ)提出“法線(xiàn)理論”，到1885年裴約爾提出了“拱形理論”，1947年前蘇聯(lián)學(xué)者建立了地表下沉盆地剖面方程，并指出水平移動(dòng)與地面傾斜成正比的觀點(diǎn)，直到最近的1954年，波蘭學(xué)者李特維尼申提出了開(kāi)采沉陷的隨機(jī)介質(zhì)理論［6］。

馬達(dá)嶺滑坡發(fā)育于存在軟弱夾層和煤層采空區(qū)的緩傾斜坡中，由采空區(qū)的破壞和降雨誘發(fā)形成，體積達(dá)190×104m3，并伴隨有泥石流的發(fā)生，屬大型滑坡。前人對(duì)此滑坡做了大量研究，其中王玉川等［7］對(duì)馬達(dá)嶺滑坡的控制性砂巖和煤巖展開(kāi)室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn);王玉川等［8－9］指出馬達(dá)嶺滑坡的破壞模式為“塌落－拉裂－剪切滑移”，其形成機(jī)制和發(fā)展過(guò)程可為:斜坡后緣拉裂階段，滑面貫通階段和滑坡整體破壞階段。趙建軍［10］、肖建國(guó)［11］等采用離散元方法模擬緩傾煤層采空區(qū)滑坡的變形發(fā)展過(guò)程，指出了由采空區(qū)頂板變形引發(fā)的階梯狀蠕滑－拉裂－剪切滑移式滑坡形成機(jī)制。亓星等［12］從泥石流的特征方面入手分析馬達(dá)嶺滑坡的碎屑形成泥石流的機(jī)制，并分析采空區(qū)積水對(duì)滑坡快速形成泥石流的影響。李禹霏等［13］以貴州省馬達(dá)嶺地質(zhì)災(zāi)害鏈為研究對(duì)象建立了地質(zhì)災(zāi)害鏈自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并取得較好的預(yù)警預(yù)報(bào)效果。

上述研究結(jié)果表明，馬達(dá)嶺滑坡的形成主要受采礦活動(dòng)誘發(fā)?；掳l(fā)生于2006年，在煤礦關(guān)停3 a后發(fā)生，說(shuō)明采空區(qū)頂板發(fā)生累進(jìn)性變形并逐漸轉(zhuǎn)化為斜坡的時(shí)效變形。物理模型試驗(yàn)可以直觀的觀察研究采空區(qū)頂板變形破壞的時(shí)間效應(yīng)。李宏艷等［14］采用物理模型試驗(yàn)對(duì)采動(dòng)影響區(qū)覆巖裂隙分布進(jìn)行定性分析，利用分形理論將采動(dòng)影響覆巖裂隙場(chǎng)劃分為4個(gè)區(qū)域，即離層低角度裂隙區(qū)，采空區(qū)中部垮落及斷裂帶中角度區(qū)，裂隙擴(kuò)展高角度區(qū)，中、高角度過(guò)渡區(qū)。隨后，劉長(zhǎng)友等［15］對(duì)多采空區(qū)破斷頂板群結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)規(guī)律及其對(duì)工作面來(lái)壓的影響進(jìn)行了研究，得到了侏羅系煤層群頂板結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)率。廖學(xué)東等［16］針對(duì)近距離煤層群進(jìn)行相似試驗(yàn)研究，將采空區(qū)上覆巖層劃分為“三帶”。

本文采用物理模型試驗(yàn)?zāi)M馬達(dá)嶺采空區(qū)頂板變形過(guò)程，分析采空區(qū)頂板破壞特征及其對(duì)斜坡形成的影響，以期為同類(lèi)型采空區(qū)邊坡的預(yù)防和治理提供參考。

1　滑坡地質(zhì)概況

馬達(dá)嶺滑坡區(qū)大地構(gòu)造上位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)次級(jí)構(gòu)造單元黔南地陷—貴定南北向構(gòu)造變形區(qū)的南東部，以單斜構(gòu)造為主，局部發(fā)育少數(shù)次級(jí)小褶曲?；掳l(fā)育于祥擺組(C1x)，其地層巖性主要為淺灰、灰色厚度不等的細(xì)粒砂巖夾有黑色炭質(zhì)泥巖、暗灰色薄至中厚層泥砂巖和含炭泥質(zhì)粉砂巖，呈現(xiàn)石英砂巖與炭質(zhì)頁(yè)巖及泥質(zhì)粉砂巖互為消長(zhǎng)關(guān)系，其中間夾有12層厚度不等的煤層?；w平面上呈不規(guī)則長(zhǎng)方形，沿山脊分布，寬約120 m，長(zhǎng)約260 m，主滑方向172°，高差近160 m，體積1.90×106m3，滑坡后緣近直立，高度50 m左右，下部坡度較緩，總體坡度約20°，中部坡度為30°～40°。研究區(qū)內(nèi)一共包含4層采空區(qū)，從下到上分別為A7，A9，A10和A11(圖1，2);其中煤層A7，A9厚度較大，開(kāi)采工作面高度均在2.5 m左右，兩層相隔約20 m，開(kāi)采進(jìn)尺約200 m;煤層A10，A11相對(duì)較薄，兩層之間相隔不足15 m，開(kāi)采厚度1 m左右，開(kāi)采進(jìn)尺不足100 m。煤層頂?shù)装宥紴槭⑸皫r，穩(wěn)定性好、強(qiáng)度較大，但發(fā)育有裂隙，整體相對(duì)較差。根據(jù)高密度電法物探揭示，由于后期小煤窯私采，采空區(qū)已擴(kuò)展至接近地表［7－13］。

圖1　馬達(dá)嶺滑坡工程地質(zhì)平面Fig.1　Engineering geological plan of the Madaling landslide

2　模型試驗(yàn)方案

2.1模擬范圍及模型概化

為了研究采空區(qū)頂板變形特征，本文選擇煤層走向方向剖面建立地質(zhì)模型。影響該滑坡穩(wěn)定性的內(nèi)在因素包括滑坡區(qū)的地層巖性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、節(jié)理裂隙等，外在因素則為下伏采空區(qū)軟弱層。采空區(qū)頂板砂巖決定滑坡整體穩(wěn)定性，并考慮砂巖中的兩組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面的影響。巖層的傾角近水平，對(duì)滑坡整體穩(wěn)定性影響不大，不單獨(dú)模擬。從試驗(yàn)可操作性角度出發(fā)，對(duì)地質(zhì)原型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，模型總共包括10層，5層砂巖，2層煤，3層炭質(zhì)頁(yè)巖，把A7，A9兩層煤概化為一層(下部煤層)，A10，A11兩層概化為一層(上部煤層)，同時(shí)模型保留了地質(zhì)原型軟硬互層結(jié)構(gòu)特征。為了方便采煤，在坡表不預(yù)留煤柱。概化后的滑坡模型如圖2所示。

圖2　馬達(dá)嶺滑坡工程地質(zhì)剖面(A—A’)Fig.2　Engineering geological section of Madaling landslide(A—A’)

2.2相似條件及物理力學(xué)參數(shù)

試驗(yàn)采用了假三維地質(zhì)力學(xué)模型，選取幾何相似常數(shù)CL為200，根據(jù)馬達(dá)嶺滑坡規(guī)模和幾何相似比確定模型長(zhǎng)為150 cm，寬為50 cm，高為65 cm，下層煤開(kāi)采進(jìn)尺100 cm，上層煤開(kāi)采進(jìn)尺70 cm。

砂巖和炭質(zhì)頁(yè)巖重度相似常數(shù)Cγ定為1，根據(jù)相似理論［11］得應(yīng)力相似常數(shù)Cσ為200，黏聚力相似常數(shù)Cc為200，內(nèi)摩擦角相似常數(shù)Cφ為1。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)研究和相似比，得到原型［7］和模型物理力學(xué)參數(shù)(表1)。

表1　滑坡原型［7］和模型物理力學(xué)參數(shù)Table 1　Physical-mechanical parameters of prototype landslide and its models

2.3模型材料

本次試驗(yàn)采用水泥、石膏、重晶石［17］和河砂作為相似材料，其中水泥的作用是增加砂巖的脆性。同時(shí)，考慮到砂巖中有兩組結(jié)構(gòu)面優(yōu)勢(shì)發(fā)育，在模型堆制時(shí)用云母片［14］模擬巖體中的優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面。通過(guò)正交法配比試驗(yàn)制作22組不同配比的試樣，應(yīng)用Fuzzy［17－18］最佳選擇方法進(jìn)行配比參數(shù)的優(yōu)選，滿(mǎn)足相似條件的巖石相似材料見(jiàn)表2。

表2　模型材料配比及其物理力學(xué)參數(shù)Table 2　Components of model materials and its physical-mechanical parameters

2.4試驗(yàn)?zāi)M方案

由于斜坡巖層傾角較小，傾向?qū)π逼掠绊戄^小，模型試驗(yàn)重點(diǎn)研究斜坡沿巖層走向方向的變形破壞過(guò)程。試驗(yàn)中采用新方法模擬采煤(發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?201510068749.4)來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)采過(guò)程。先開(kāi)挖下部煤層，再開(kāi)挖上部煤層(均留有煤柱)，最后開(kāi)采下部煤層的煤柱。

2.5模型量測(cè)

采用桂量(SHAN)百分表(0－50×0.01 mm)定量記錄模型的變形和位移，采用佳能7D單反相機(jī)和等比例圖紙記錄模型的變形和破壞特征，采用LY－350應(yīng)變式微型土壓力盒(Φ28 mm×9 mm，0.5(% F.S.))記錄模型內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變變化，采用萊卡CH－9435(精度為2 mm)三維激光掃描儀［19］掃描坡面位移特征。在模型側(cè)面布置112個(gè)測(cè)點(diǎn)，從下部煤層頂板開(kāi)始布置在每層的中線(xiàn)上，間距5 cm。圖釘編號(hào)以字母和數(shù)字組合表示，從下往上(A～G)、從左往右(1～22)依次編號(hào)。貼有網(wǎng)格紙的有機(jī)玻璃板可以固定安裝在模型架上，并保證有機(jī)玻璃板和模型架始終處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。各煤層頂板中布置微型土壓力盒，土壓力盒沿模型寬度方向正中間布置，沿長(zhǎng)度方向正好形成一個(gè)剖面。三維激光掃描儀架設(shè)在模型坡面前方3 m處，每次掃描保持位置不變。觀測(cè)點(diǎn)和儀器布置如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)?zāi)Ｐ虵ig.3　Test model

3　試驗(yàn)過(guò)程

按相似材料的配合比稱(chēng)量各組分，經(jīng)過(guò)攪拌后，倒入模具內(nèi)夯實(shí)成型。模型共10層，進(jìn)行分層堆制，制作好一層待模型達(dá)到80%強(qiáng)度后制作下一層模型。制作過(guò)程中，在相應(yīng)位置埋置微型土壓力盒和云母片，待模型全部完成后，修刮模型，著色，設(shè)置圖釘，固定有機(jī)玻璃板，定觀測(cè)坐標(biāo)原點(diǎn)。模型最終效果如圖3所示。

首先測(cè)出圖釘?shù)某跏甲鴺?biāo)，模型內(nèi)部初始應(yīng)力和掃描坡面形態(tài)。得到各項(xiàng)初始值后開(kāi)始模擬煤層開(kāi)采。煤層開(kāi)采分3步:第1步開(kāi)采下部煤層，由坡外向坡內(nèi)連續(xù)開(kāi)采(兩側(cè)均預(yù)留3 cm寬煤柱)，開(kāi)采進(jìn)尺100 cm;第2步待模型基本穩(wěn)定后開(kāi)采上部煤層，開(kāi)采方法同下部煤層，開(kāi)采進(jìn)尺70 cm;第3步待模型再次穩(wěn)定后回采下層右側(cè)煤柱，只在近坡表位置保留煤柱。開(kāi)采時(shí)連續(xù)讀取土壓力盒讀數(shù)，開(kāi)采完成后立即讀取觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)和掃描坡表形態(tài)，繪制各層裂縫網(wǎng)。之后每間隔6 h采集一次數(shù)據(jù)，當(dāng)遇到變形較明顯時(shí)適當(dāng)增加采集次數(shù)。當(dāng)模型趨于穩(wěn)定時(shí)適當(dāng)減少采集次數(shù)。至下層右側(cè)煤柱開(kāi)采完模型坍塌試驗(yàn)停止，累計(jì)觀測(cè)時(shí)間98 h。試驗(yàn)過(guò)程及模型量測(cè)過(guò)程如圖4所示。

圖4　試驗(yàn)過(guò)程及模型量測(cè)流程Fig.4　Flow chart of test process and model measurement

4　試驗(yàn)成果分析

4.1應(yīng)力分析

試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)點(diǎn)應(yīng)力曲線(xiàn)如圖5所示。煤層開(kāi)采前(第0次)，測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值為初始自重應(yīng)力。下層煤層開(kāi)采時(shí)(第1次)，首先影響到下層煤頂板中的測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)3，開(kāi)采完成后3個(gè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力快速變化，其中測(cè)點(diǎn)1應(yīng)力增加了1倍左右，測(cè)點(diǎn)2和測(cè)點(diǎn)3降低超過(guò)50%，而測(cè)點(diǎn)3的降幅大于測(cè)點(diǎn)2。在隨后的第2～6次中由于頂板的垮落和上覆巖層的變形，使得測(cè)點(diǎn)2和測(cè)點(diǎn)3應(yīng)力逐漸劇降，然后趨于無(wú)應(yīng)力的穩(wěn)定狀態(tài)。測(cè)點(diǎn)1應(yīng)力隨著時(shí)間的推移不斷增大，到第6次后也基本穩(wěn)定，應(yīng)力值相當(dāng)于3倍的初始應(yīng)力值。測(cè)點(diǎn)4、測(cè)點(diǎn)5、測(cè)點(diǎn)6應(yīng)力變化在第2次后，較前3個(gè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化出現(xiàn)延遲，且變化速度緩慢。測(cè)點(diǎn)4應(yīng)力起初緩慢增加，到第6次應(yīng)力明顯增加，一直到第9次才基本穩(wěn)定，應(yīng)力值約2.5倍的初始應(yīng)力。測(cè)點(diǎn)5與測(cè)點(diǎn)6應(yīng)力從第2次后緩慢減小，到開(kāi)采完成第7次觀測(cè)后變到與測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)3應(yīng)力相當(dāng)。

圖5　測(cè)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程應(yīng)力曲線(xiàn)Fig.5　Stress curves of monitoring points in the experiment

開(kāi)采上部煤層后(第14次)測(cè)點(diǎn)4應(yīng)力變化最大，發(fā)生較為明顯增大，其次在第15次測(cè)點(diǎn)1也發(fā)生應(yīng)力增大的現(xiàn)象，其他測(cè)點(diǎn)則發(fā)生應(yīng)力減小。測(cè)點(diǎn)2與測(cè)點(diǎn)5應(yīng)力變化很小，主要是在下部煤層開(kāi)采后應(yīng)力得到大部分釋放，采空區(qū)上部巖體自重主要由煤柱邊界承擔(dān)，故未發(fā)生明顯變化。測(cè)點(diǎn)3與測(cè)點(diǎn)6應(yīng)力變化雖然也較小，但是比測(cè)點(diǎn)2與測(cè)點(diǎn)5更加明顯，由于測(cè)點(diǎn)3與測(cè)點(diǎn)6靠近臨空面，受采空區(qū)、卸荷作用影響，使得前緣部位變形更劇烈，開(kāi)采過(guò)程中斜坡前緣就產(chǎn)生了張拉裂縫，隨后坡頂可見(jiàn)明顯的不均勻沉降圈(圖6)。由于回采下層右側(cè)煤柱時(shí)部分土壓力盒已經(jīng)失效，后續(xù)不再記錄應(yīng)力變化。第1，2，6，8次觀測(cè)為下部煤層開(kāi)采后0.5，4，30，44 h，第14，15，18次觀測(cè)為上部煤層開(kāi)采后0.5，4，24 h。

圖6　斜坡表面變形云圖Fig.6　Deformation figure of landslide surface

4.2頂板變形特征

上、下層采空區(qū)頂板典型測(cè)點(diǎn)試驗(yàn)過(guò)程累積沉降曲線(xiàn)如圖7所示。

圖7　典型測(cè)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程累計(jì)沉降曲線(xiàn)Fig.7　Accumulated settlement curves of typical monitoring points in the experiments

下部煤層開(kāi)采完成后，采空區(qū)頂板發(fā)生了少量冒落，與此同時(shí)產(chǎn)生了大量的沉降和少許的水平位移。下部煤層頂板在下部煤層被采出后首先發(fā)生沉降，且主要沉降變形發(fā)生在第3次觀測(cè)以?xún)?nèi)，到第4次之后沉降明顯減弱，第6次之后沉降變化值趨于0，這與應(yīng)力分析中測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)3應(yīng)力變化時(shí)間上有較好的一致性。A層測(cè)點(diǎn)最大沉降發(fā)生在測(cè)點(diǎn)A12，沉降值36 mm，以12號(hào)測(cè)點(diǎn)為中心兩側(cè)測(cè)點(diǎn)沉降相應(yīng)減小，整體呈現(xiàn)中部沉降大、前緣部位(A22)沉降其次、靠近模型后邊界(A4)沉降最小。在第3次靠近坡腳部位測(cè)點(diǎn)A22沉降突變，沉降值與A12號(hào)測(cè)點(diǎn)下沉中點(diǎn)沉降值相當(dāng)，這與試驗(yàn)現(xiàn)象中第4次斜坡前緣開(kāi)裂，隨后發(fā)生垮塌有關(guān)，如圖6和圖8坡腳所示。上部煤層頂板典型點(diǎn)E4，E12，E17的沉降滯后于下層頂板，這與應(yīng)力變化相一致。

圖8　　滑坡模型破壞示意Fig.8　Sketch of failure model for landslide

上部煤層開(kāi)采后，A，B，C層測(cè)點(diǎn)沉降并未隨時(shí)間增加而變化，與開(kāi)采前沉降值差距在3 mm以?xún)?nèi)。E層測(cè)點(diǎn)沉降值發(fā)生了明顯變化，測(cè)點(diǎn)E12最大沉降值達(dá)32 mm，較開(kāi)采前增加6 mm，第15次后沉降減弱，第17次后沉降基本結(jié)束。測(cè)點(diǎn)E17，E4的沉降值都有所增加，且坡表的E17漲幅大于采空區(qū)后緣。試驗(yàn)完成后的滑坡模型破壞示意如圖8所示。由圖8可以看出，拉裂縫主要集中出現(xiàn)在采空區(qū)后緣，與煤洞坡變形體中產(chǎn)生的多條裂縫位置基本一致。

5　變形破壞機(jī)制分析

馬達(dá)嶺斜坡煤層開(kāi)采后，下部軟巖在重力作用下產(chǎn)生塑性變形，從而使上部硬巖內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力區(qū)，在坡頂產(chǎn)生拉裂。煤層的開(kāi)采引起坡體內(nèi)部的應(yīng)力重分布，采空區(qū)邊界部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，隨著時(shí)間推移，應(yīng)力重分布向上擴(kuò)展，硬巖中的拉應(yīng)力變大。頂板先發(fā)生破壞，接著上覆巖層變形，坡頂后緣開(kāi)裂;煤層開(kāi)采導(dǎo)致巖體完整性降低，加劇上覆巖體向臨空方向的塑性變形和上部硬巖中拉應(yīng)力的增加，坡頂裂隙快速發(fā)展，與采空區(qū)上覆巖體的裂隙帶聯(lián)通，坡體內(nèi)形成潛在滑動(dòng)面;降雨加劇斜坡的蠕滑變形，當(dāng)滑面貫通即發(fā)生整體滑動(dòng)。

6　結(jié)　　論

(1)煤層采空后頂板應(yīng)力迅速釋放，形成典型卸載區(qū);采空區(qū)后邊界附近應(yīng)力迅速增加，形成應(yīng)力集中區(qū);采空區(qū)中部與坡表應(yīng)力緩慢減小，呈應(yīng)力釋放。坡腳部位受采空與臨空面共同作用，巖體破碎，巖層中應(yīng)力快速釋放。

(2)由于煤層開(kāi)采引起的重力重分布在采空區(qū)邊界部位形成壓應(yīng)力集中，進(jìn)而產(chǎn)生豎向張拉裂縫，隨著應(yīng)力重分布范圍的擴(kuò)大，豎向張拉裂縫貫通并向上發(fā)展至坡頂。

(3)采空區(qū)上覆巖層主要以沉降變形為主，水平位移不顯著，其中采空區(qū)中部沉降量最大，靠近坡表沉降次之，后緣邊界最小。同時(shí)由于不同部位沉降量的不同使得巖層產(chǎn)生明顯離層現(xiàn)象。

(4)模型變形停止后，并沒(méi)有產(chǎn)生滑坡，但采動(dòng)裂隙的形成和頂板局部破壞導(dǎo)致巖體破碎，并形成滑坡變形破壞的邊界條件，導(dǎo)致斜坡進(jìn)入時(shí)效變形階段，并在暴雨條件下最終失穩(wěn)。

(5)青山煤礦區(qū)的煤洞坡變形體與馬達(dá)嶺滑坡的結(jié)構(gòu)特征一致，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和煤洞坡變形體的裂縫擴(kuò)張?zhí)卣?，可以推測(cè)變形體易發(fā)生約245°方向的視傾向滑坡。

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中圖分類(lèi)號(hào):TD315;TU452

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):0253－9993(2016)06－1369－06

收稿日期:2015－09－24修回日期:2016－01－26責(zé)任編輯:許書(shū)閣

基金項(xiàng)目:國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2015BAK09B01);地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金資助項(xiàng)目(SKLGP2013Z005);國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃(973)資助項(xiàng)目(2013CB733202)

作者簡(jiǎn)介:趙建軍(1980—)，男，山東臨朐人，教授，博士。Tel:028－84077988，E－mail:j．j．zhao@qq．com

Physical modeling on deformation characteristics of overlying rock mass above mined-out area in gently inclined coal seam

ZHAO Jian-jun1，LIN Bing1，MA Yun-tao1，ZHANG Xiao-dong1，LAN Zhi-yong1，2，HUANG Run-qiu1
(1．State Key Laboratory of Geohazard Preventiou and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu610059，China;2．Sichuan Shutong Survey and Foundation Engineering Co．，Ltd．，Chengdu610081，China)

Abstract:Using Madaling landslide in Guizhou Province as a case，based on physical modeling，this paper studied the deformation process and mechanism of overlying rock mass above a mined-out area in gentle inclined coal seam．As a result，the mining landslide deformation mechanism could be described as follow:firstly，the coal mining leads to the stress redistribution of overlying rock mass and tensile stress concentrated area along mined-out boundary．Secondly，the overlying rock mass subsides and generates bending deformation．At the same time，the shoulder and toe region of the slope moves outward and generates horizontal displacement．Thirdly，cracks generate at the back edge of the minedout area．After mining coal pillars，the cracks further extend and gradually form potential sliding surface combining mined-out area．

Key words:physical model test;mined-out area;similar material;deformation