大学物理实验论文范文：降雨诱发采动滑坡物理模拟实验研究
通过实验发现诱发具显著变形的采动斜坡演化形成滑坡的累积降雨量为246 mm，这类滑坡由于中下部“锁固段”剪断可产生高速运动。
作 者
赵建军1,李金锁1,马运韬2,余建乐1
作者单位
1. 成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室；2. 四川省道达工程设计有限公司
一、研究背景
采矿条件下,斜坡原始应力状态发生改变,打破其初始应力平衡,在斜坡中产生应力重分布;采空区顶板产生变形、冒落引起地表的沉陷、开裂和塌陷,直至最后形成滑坡,常造成重大的经济损失和人员伤亡。因此,对矿区由开采扰动引发的采动滑坡的研究具有重要的实用价值和巨大的社会经济意义。
以往研究都没有揭示降雨对采矿滑坡形成的影响。因此,笔者以马达岭滑坡为地质原型,采用物理模型模拟在采矿与降雨耦合作用下的边坡变形破坏过程。
二、摘 要
采动滑坡是岩土工程中极具挑战性的问题之一,采动滑坡为矿区地质灾害的主要类型,其危害性相较于其他类地质灾害更加严重。采煤会诱发平缓结构斜坡发生强烈的地面变形,研究结果表明天然状况下采煤结束后一定时间内地面变形将趋于稳定,采动滑坡的发生受降雨影响显著。
以贵州马达岭滑坡为地质原型,马达岭斜坡为平缓倾内的层状结构斜坡,具有上硬下软和上陡下缓结构特征,是受采矿和降雨影响诱发的滑坡。采用物理模拟方法,应用模型箱和相似材料根据相似比建立滑坡模型,采用土压力监测计、孔压力监测计和三维激光扫描仪对模型进行监测,研究了模型在开采与降雨两类工况下变形及内部应力的变化情况和在开采与降雨共同作用下斜坡变形破坏过程,再现了滑坡从孕育到发生的全过程,分析强降雨诱发采动滑坡形成的机制。
研究表明:
采空区形成后,坡内原有的应力平衡被打破,发生应力重分布,采空区顶板应力卸荷,边界部位应力集中,顶板位置首先发生弯曲沉陷,产生大量离层裂缝,裂缝不断向四周扩展,逐渐形成大量竖向拉张裂缝,采空区的边界部位出现多条斜向裂隙;同时采动的影响不断向上传播,采空区顶板处产生裂缝多与上覆岩体中发育的裂缝贯通形成大型裂缝。
降雨作用下,坡内裂缝持续发展,降雨导致采空区及上覆岩体中形成稳定水位,增大坡后的静水压力,使裂缝不断增大,推动斜坡向临空面发生变形,雨水下渗作用下,逐渐沿下部“阶梯状”裂缝、采空区、竖向拉张裂缝形成基本贯通的潜在滑动面,最终在水压作用下,剪断锁固段形成贯通的滑面,发生整体滑动。
马达岭滑坡其演化过程可分为3个阶段:
①采空区覆岩-斜坡变形阶段:由于开采使上覆岩层产生变形破坏,模型坡表及内部发育大量裂隙,为雨水的入渗提供有利条件。
②降雨诱发斜坡整体变形演化阶段:雨水入渗模型,加剧裂缝发育,使模型向临空向发生变形,坡内裂隙已基本贯通,模型到达失稳的临界点。
③滑面扩展—滑坡发生:降雨作用下,岩体不断被软化,同时,模型内裂缝充水,使裂缝不断发育直至贯通,导致滑坡发生。因此其变形破坏机制可总结为采空区覆岩-斜坡变形→降雨诱发斜坡整体变形演化→滑面扩展-滑坡发生。
三、文中图片
地形全貌
马达岭滑坡典型剖面
模型设计
2006年都匀市全年日降雨量统计
监测数据结果
模型侧面变形破坏照片
模型表面扫描
模型阶段性变形破坏特征
滑前模型内潜在滑面和锁固段
