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黄土沟壑基底排土场滑坡的空间演化机制

王东, 张岩, 李广贺, 邢晓宇

王 东,张 岩,李广贺,等. 黄土沟壑基底排土场滑坡的空间演化机制[J]. 煤炭科学技术,2023,51(3):77−84

. DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2021-0749
引用本文:

王 东,张 岩,李广贺,等. 黄土沟壑基底排土场滑坡的空间演化机制[J]. 煤炭科学技术,2023,51(3):77−84

. DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2021-0749

WANG Dong,ZHANG Yan,LI Guanghe,et al. Spatial evolution mechanism of landslide in loess gully basement dump[J]. Coal Science and Technology,2023,51(3):77−84

. DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2021-0749
Citation:

WANG Dong,ZHANG Yan,LI Guanghe,et al. Spatial evolution mechanism of landslide in loess gully basement dump[J]. Coal Science and Technology,2023,51(3):77−84

. DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2021-0749

黄土沟壑基底排土场滑坡的空间演化机制

基金项目: 

国家自然科学基金资助项目(51874160);辽宁省“百千万人才工程”资助项目;辽宁工程技术大学学科创新团队资助项目(LNTU20TD-01)

详细信息
    作者简介:

    王东: (1978—),男,辽宁法库人,教授,博士。E-mail: lntu_wd@163.com

    通讯作者:

    张岩: (1998—),男,辽宁法库人,硕士研究生。E-mail: 15640544005@163.com

  • 中图分类号: TD824.7

Spatial evolution mechanism of landslide in loess gully basement dump

Funds: 

National Natural Science Foundation of China (51874160); Liaoning Province "tens of millions of talents project"; Subject Innovation Team Project of Liaoning Technical University (LNTU20TD-01)

  • 摘要:

    外排土场是露天采矿的必然产物。由于特殊的地形地貌,我国中西部的一些露天煤矿将排土场建立在沟壑发育的黄土基底上,形成了基底软弱、形态极其复杂的黄土沟壑基底排土场,其稳定性将成为影响露天煤矿安全高效生产的重要因素。因此,为揭示黄土沟壑基底排土场变形破坏的空间演化规律,以准能公司黑岱沟排土场为工程背景,基于断续结构面理论和强度折减理论,并考虑起伏结构面的啃断与爬坡效应,分析了黄土沟壑基底和排土场的破坏机理;采用FLAC3D数值模拟手段,研究了排土场变形破坏的空间演化过程,并通过分析黄土沟壑基底排土场和各剖面的最大位移云图及临界失稳时变形区位置,确定了黄土沟壑基底排土场的滑坡模式及滑坡区域。研究结果表明,黄土沟壑基底面可视为一起伏无充填结构面,在排土场载荷与剪切作用下会形成啃断与爬坡效应,即排土场将发生剪断部分凸起的非规则曲面滑坡;黑岱沟排土场易在排弃物载荷作用与沟壑基底形态的双重影响下,边坡上部岩体先发生变形,并挤压中、下部岩体发生变形,位于南北中轴线两侧的变形区向北部坡底扩展,形成类椭球形变形区,最终演化成推动式滑坡。研究结果可为黑岱沟排土场滑坡预警和边坡治理提供技术参考,为类似排土场边坡稳定性研究提供借鉴。

    Abstract:

    External dump is the inevitable outcome of surface mining. Because of the special landform, some open-pit coal mines in the middle and west of China build their dump sites on the loess base with gully development, forming the loess gully base dump with weak basement and extremely complex morphology. Its stability will become an important factor affecting the safe and efficient production of opencast coal mine. As a result, to study in Loess Gully basal dump deformation destruction of spatial evolution, in Heidaigou dump as an engineering background, based on discontinuous structural plane theory and strength reduction theory, considering the gnawing and climbing effect of undulating structural plane, the failure mechanism of loess gully basement dump was analyzed. Using FLAC3D numerical simulation method, the spatial evolution process of the deformation and failure of the dump was studied, the landslide mode and landslide area of the loess gully basement dump were determined by analyzing the maximum displacement cloud map of each section and the position of the deformation zone during critical instability. The results show that the loess gully basement can be regarded as an undulation and unfilled structural plane, and the gnawing and climbing effect will be formed under the loading and shear of the dump, that is, the irregular surface landslide of the raised shear part will occur in the dump. T Under the dual influence of the dumping load and the morphology of the gully base, the upper rock mass of the slope deforms first, and then the middle and lower rock mass deforms under the extrusion. The deformation zones located on both sides of the north-south central axis extend to the Northern Slope bottom, forming a quasi-ellipsoid deformation zone, and finally evolves into a push landslide. The research results can provide technical reference for landslide warning and slope treatment of Heidaigou dump, and provide reference for slope stability study of similar dump.

  • 图  1   排土场工程地质条件

    Figure  1.   Engineering geological conditions of the dump

    图  2   排土场潜在的滑坡模式分析

    Figure  2.   Analysis of potential landslide mode of dump

    图  3   沟壑基底排土场结构模型

    Figure  3.   Structure model of gully basement dump

    图  4   沟壑基底排土场潜在的滑坡模式分析

    Figure  4.   Potential landslide mode analysis of gully basement dump

    图  5   数值模拟模型

    Figure  5.   Numerical simulation model

    图  6   折减系数与最大位移关系曲线(基底岩土体先于排土场岩土体发生破坏)

    Figure  6.   Relation curve between reduction coefficient and maximum displacement (failure of basement rock mass occurs before that of dumping site)

    图  9   各剖面基底最大位移云图

    Figure  9.   Cloud map of maximum basement displacement of each profile

    表  1   岩土体物理力学指标

    Table  1   Physical and mechanical indices of rock and soil mass

    岩层容重γ/(kN·m3黏聚力c/kPa内摩擦角φ/(°)体积模量K/MPa剪切模量G/MPa
    排弃物料19.99.717.05.1250.886
    第四系粉土、黏土20.032.07.08.4001.800
    风化基底23.0154.030.366.67045.900
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-06-30
  • 网络出版日期:  2023-04-26
  • 刊出日期:  2023-03-14

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