复合采动下边坡岩体滑移规律及其数值分析

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.05.028 第21卷第5期 北京科技大学学报 Vol.21 No.5 1999年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1999 复合采动下边坡岩体滑移规律 及其数值分析 孙世国 蔡美峰 乔兰 北京科技大学资源工程学院，北京100083 摘要在数值分析与实际变形分析的基础上，探讨复合开采影响下岩体内部的应力变化特 点.由于在地下与露天复合开采作用下，岩体变形的叠加作用机制与变化特征取决于2种采矿 的各自开挖量：当边坡角较小时，岩体变形更多地表现出地下采动特性，而在相同地下采动影 响下，随着露天边坡角增大，其相应的变形范围和变形深度均增大：2种开挖量大小直接影响 各单元体主应力矢量大小和方向，并且其中每个开挖量的变化都将使岩体产生不同的破坏特 点和滑移机制， 关键词采动效应：叠加：变形机理；边坡岩体 分类号P642.3 在我国各类矿业开采中，有许多矿山属地 算没有地下开采影响时的边坡岩体应力场分布 下与露天复合开采情况，依据开采的空间对应 特征：然后，再计算有地下开采影响时边坡岩体 关系，2种开采方法的采动影响域中的一部分相 应力场的演变特征，对比两者之间的应力场分 互重叠，致使采动效应相互作用和相互叠加，表 布，再变换不同的边坡角度，进行同样的计算和 现为一种采动效应对另一·个平衡体系的干扰或 分析，从中总结其变化的规律性，为了便于和实 作用，使得2种开挖体系之间相互诱发或相互 际情况对比，计算模型选取抚顺西露天矿北帮 制约，从而组成一个复合动态变化系统.因此，在 W200剖面.该剖面下部有深部井东区，分为东 该系统内的岩体应力状态与变化过程将完全不 区下一路、下二路和下三路，分别于1952年10 同于单一露天开采条件下的边坡岩体变形问 月至1964年4月回采；边坡角大小分别选取该 题.其变形与破坏机制更加复杂，边坡地表变形 剖面1956年(A方案)1986年(B方案)的实际边 速率之大，影响范围之广，持续时间之长是十分 坡角进行计算和分析. 惊人的，严重地影响到矿山生产和周边环境安 由于地下采区中东区下一路、下三路及下 全.研究和探索其变形机制及破坏特点，对此 二路中的一部分（余下部分为高落式采煤法）为 类矿山的后续开采将具有重要的经济和社会意 走向长壁水砂充填采煤法，充填率达70%左右， 义 为了方便起见，在计算中近似地将充填体视为 未开采，将余下的空间视为采空区. 1地下与露天同期采动影响下边坡 由于该剖面为不同力学特性的多岩层组成， 岩体变形机制的数值分析与类比 计算中的力学参数分别选取它们的实验值，并 按弹塑性(Druck-Prager)屈服准则对边坡体进行 1.1有限元计算方案的选择 分析. 为了分析地下与露天复合开采条件下应力 12在地下与露天复合采动彭响下边坡岩体应 场的演变规律与变化特点，对比与单一露天开 力场演变规律 采之间的差别，分别选取2种开采方案中的不 图1和图2分别为2种方案中两种不同采 同边坡角度逐一进行数值分析与对比.首先计 动效应的应力场分布图；表1为几个典型单元 1998-12-23收稿孙世国男，38岁，高工，博士 体应力矢量值及方向变化.在图1中，a图与b图 *国家自然科学基金资助项日No.59674008)

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 复合 采 动 下 边 坡岩 体滑 移规律 及 其数值 分 析 孙世 国 蔡 美峰 乔 兰 北 京科技 大学 资源工 程 学 院 ， 北 京 摘 要 在数值分析与实 际变形 分析 的基 础 上 ， 探 讨复合 开 采 影 响 下 岩体 内部 的应 力变化特 点 由于 在地 下 与 露天 复合 开 采 作用 下 ， 岩体变 形 的叠 加作 用 机制 与 变化特 征 取 决 于 种 采矿 的各 自开挖 量 当边 坡角较小 时 ， 岩 体变 形 更 多地表现 出地下采动特性 ， 而 在相 同地下 采动影 响下 ， 随着露天 边坡 角增 大 ， 其相 应 的变 形 范 围和 变 形 深 度均增大 种 开 挖 量大小直接 影 响 各 单元 体主 应 力矢 量 大小和 方 向 ， 并且其 中每 个开挖量 的变 化 都将 使岩 体产 生 不 同 的破坏特 点和滑移机制 关键词 采动效应 叠 加 变形机理 边坡岩体 分 类号 在 我 国各 类 矿 业 开 采 中 ， 有许 多矿 山属 地 下 与露天 复合 开 采情 况 ， 依据 开 采 的空 间对 应 关 系 ， 种 开 采方 法 的采动 影 响域 中的一 部分 相 互 重 叠 ， 致 使采 动 效 应 相 互 作 用 和 相 互 叠 加 ， 表 现 为一 种采动 效应 对 另 一 个平衡 体系 的干 扰或 作用 ， 使 得 种 开 挖 体 系之 间相 互 诱 发或 相 互 制 约 ， 从 而 组 成 一 个 复合 动态 变化 系统 因此 ，在 该系统 内的岩 体应 力 状态 与变 化 过 程 将 完全 不 同 于 单 一 露 天 开 采 条 件 下 的 边 坡 岩 体 变 形 问 题 其变形 与破 坏 机 制更 加 复杂 ， 边 坡地 表 变形 速率之大 ， 影 响 范 围之 广 ， 持 续 时 间之 长 是 十 分 惊 人 的 ， 严 重 地 影 响到 矿 山生 产和 周 边环 境 安 全 ‘，〕 研 究和 探 索 其 变 形 机制 及 破 坏 特 点 ， 对 此 类矿 山的后 续开 采将具 有 重要 的经 济和 社会 意 义 地下 与露 天 同期采 动影 响下 边坡 岩 体 变形 机 制 的数值 分 析 与类 比 有 限 元 计 算方 案 的选 择 为 了分 析地 下 与露 天 复合 开 采条件 下 应 力 场 的演 变 规 律 与变化 特 点 ， 对 比 与单 一 露 天 开 采之 间 的差 别 ， 分 别 选 取 种开 采 方案 中的不 同边 坡 角 度 逐 一 进 行 数 值 分 析 与 对 比 首先 计 一 一 收稿 孙 世 国 男 ， 岁 ， 高工 ， 博士 申 国家 自然 科 学 基 金 资助 项 目 伽 算 没 有地 下 开 采 影 响 时 的边坡 岩 体应 力 场 分布 特征 然后 ， 再 计算有地下 开采影 响时边坡岩体 应 力场 的演 变特 征 ， 对 比两 者 之 间 的应 力场 分 布 ， 再变换不 同 的边坡 角 度 ， 进行 同样 的计 算和 分析 ，从 中总 结其变化 的规 律性 为 了便于 和 实 际情况对 比 ， 计 算模 型 选取 抚顺 西 露 天矿 北 帮 剖面 该剖面 下 部 有深 部 井 东区 ， 分 为东 区 下 一 路 、 下 二 路和 下 三 路 ， 分 别 于 年 月 至 年 月 回采 边 坡 角 大 小 分 别选取 该 剖面 年 方 案 、 年 方 案 的 实 际边 坡 角进行 计 算和 分 析 由于 地 下 采 区 中东 区 下 一 路 、 下 三 路及 下 二 路 中的一 部分 余 下 部 分 为 高落 式采煤法 为 走 向长 壁 水 砂 充 填 采煤法 ， 充填 率达 左 右 ， 为 了方便起 见 ， 在计 算 中近似地 将充填 体视 为 未 开 采 ，将 余 下 的空 间视 为采 空 区 由于 该剖 面 为不 同力学特性 的多岩 层 组 成 ， 计 算 中 的力 学 参 数分 别 选 取 它 们 的实验值 ， 并 按 弹 塑 性 一 屈 服准 则 对 边 坡 体进行 分 析 在 地 下 与露 天 复合采 动 影 响 下 边 坡 岩 体应 力场 演 变规律 图 和 图 分别 为 种 方案 中两 种 不 同采 动 效 应 的应 力场 分 布 图 表 为几 个典 型 单元 体应 力矢 量 值及 方 向变化 在 图 中 ， 图与 图 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1999．05．028

418 北京科技大学学报 1999年第5期 (a) (b) ,1+++ 二++4+于 -山：444：1 图】A方案2种开采方法主应力矢量变化图 (a)单一露天开采：(b)地下与露天同期开采 (b) (a) 阳+ 图2B方案2种开采方法主应力矢量变化图 (a)单一露天开采：(b)地下与露天同期开采 相比，主要特点是在采空区四周应力场产生了 但2种方案对比，顺坡表层最大主应力矢量增 较大变化，采空区顶板的最大主应力矢量方向 大，说明坡角增大后，露天采动效应增大，因而2 指向两侧的承载区，致使承载区的最大主应力 种采动作用的叠加效应增大，这对边坡稳定不 值增大，如表1中58,98,99,174,179等单元，向远 利.但位于地下采区下山方向一侧的应力场变 处影响逐渐减少，位于地下采区下山一侧的边 化深度依次加大，这就意味着边坡岩体的变形 坡表层最大主应力顺坡面增大，而上山一侧减 深度加大，而位于地下采区周围各单元的应力 少，这是2种采动效应叠加的结果. 矢量方向变化也较大（见表1），其量值变化也较 图2是B方案的应力场分布图，a图与b图 大，因而每开挖一步，边坡岩体内部的应力场都 相比同样具有前一方案中应力场的变化特点， 在演变之中，随着露天边坡角的加大，位于地下 表】几个典型单元体不同开挖方式与开挖量应力值 MPa 地下与露天复合开挖 单元 开挖步骤 单一露天开挖 an) a() 58 1 -3.0 -5,1 1.0 172 -1.2 -5.8 2.3 158 58 -3.4 -4.9 0.7 156 -1.5 -4.6 1.5 147 98 -2.1 -5.1 1.5 173 -5.7 -12.4 3.3 171 98 2 -2.2 -3.9 0.8 156 -4.4 -7.1 1.3 151 % 2.5 -6.0 1.7 175 -2.8 -11.6 4.4 175 -2.8 -5.3 161 -2.9 -8.9 3.0 175 143 1 -1.7 -5.4 1.4 172 -2.5 -3.7 0.6 19 143 -1.5 -2.6 06 144 -1.5 -2.6 0.6 104 159 -1.8 -4.7 173 -2.4 -4.8 1.2 22 159 -1.8 -3.7 .0 159 -2.2 -2.6 0.2 74 174 -1.8 -4.7 1.4 173 -1.8 -5.7 1.9 16 174 -1.8 -3.7 1.0 161 -2.0 -3.2 0.6 21 179 1 -2.6 -7.7 2.5 175 -7.0 -12.8 2.9 19 179 -3.2 -8.3 2.5 175 -4.6 -10.4 2.9 15 14 -1.9 -4.9 171 -2.5 -4.2 0.9 17 144 2 -1.5 -2.6 0.6 144 -2.1 -2.7 0.3 110

一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 一〕 多到事 凌 卜黄尹 ， 、 火 卜 ，可 亥乡士 专狱 一 厂 几 引， 、 · 、 陈 、 卜 口口 ，叭 ， 告 于 劝一司 翎皿二目」二 一」呱、 尹 川 一饰一 困口 干 ‘ 狄 ， 守习 一 川、 专 去 干 闲囚午干 ， 专 午 十 团 万 斗 士 斗 十日 基六架么土川 千 蓦 囚之午一十 十 干习 凑李豁洲甲 橇暴 卜干华 士巨不子田 于寸 霍义拟干汗丁 给字 门 干平 ’ 十干十压 、 鞠冷田 图 方 案 种 开 采方 法 主 应 力矢 量 变化 图 单 一 露 天 开 采 地 下 与露 天 同期 开 采 厂 一一 庄人 、 巨二巨 二二 区 匡 午 卜 巨二巨二一 厂一陈不区区区 、 ， 下厂】 江卫匕 火 二口 匡比 丫、 ， 、 卜 李 一， 心 匕一 ‘ 一 匡区酬口曰 十 代汁布比口压巴 闪 囚国牛 ， 午门川 、 午十厅曰团飞 夏国洲十冈冈冈冈 国田、子 专侧川 蒸 用田 奎髦然浇仪口了 衷拟叮川 事丰 匡冈冈巨冈甲阵 一万更竺二 卞日日匡图田图 丁干牛 · 子 州 取料田 补 · ‘ 试 ， 丫一入 ， 傀‘ 矛 匕 减 互 二匕 ‘ 午磷 ， 一 卞 卜一协 认 、 ， 今 体 「 、 一干 ， 了 孟 岁 忿叹全气 ， 车 长止一 上 ‘ 一 华 奢食熟短 舟价 潺毒奢李绷驮巫布 日 书小厂熟护不 图 方 案 种开 采方 法 主应 力矢量 变化 图 单一 露天 开 采 地 下 与露天 同期开 采 相 比 ， 主 要 特 点 是 在 采 空 区 四周 应 力场 产 生 了 较 大 变 化 ， 采 空 区 顶 板 的 最 大 主 应 力 矢 量 方 向 指 向两 侧 的 承 载 区 ， 致 使 承 载 区 的 最 大 主 应 力 值 增 大 ，如 表 中 ， ， ， ， 等 单 元 ， 向远 处 影 响 逐 渐 减 少 位 于 地 下 采 区 下 山 一 侧 的边 坡 表 层 最 大 主 应 力顺 坡 面 增 大 ， 而 上 山一 侧 减 少 ，这 是 种 采动 效应 叠 加 的结 果 图 是 力 一 案 的 应 力场 分布 图 ， 图与 图 相 比 同 样 具 有 前 一 方 案 中应 力 场 的 变化 特 点 ， 但 种方案对 比 ， 顺 坡表层 最 大主 应 力矢量 增 大 ， 说 明坡 角增 大后 ， 露天 采 动 效 应 增大 ， 因 而 种 采 动 作 用 的叠 加 效 应 增 大 ， 这 对 边 坡 稳 定 不 利 但 位 于 地 下 采 区 下 山方 向一 侧 的应 力 场变 化 深 度 依 次加 大 ， 这 就 意 味着边 坡 岩 体 的变 形 深 度加 大 ， 而 位 于 地 下 采 区 周 围各 单 元 的应 力 矢量 方 向变化 也较大 见 表 ， 其量 值变化也 较 大 ， 因而 每开 挖一 步 ，边 坡岩体 内部 的应 力场 都 在演变之 中 随着露天边坡 角的加 大 ，位于 地 下 表 几 个 典 型 单 元 体 不 同 开 挖 方 式 与开 挖 量应 力值 单 元 开挖步骤 单 一 露 天 开 挖 地 下 一 与露天 复合 开 挖 氏 氏 瓦 。 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ， 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 二 一 一 ， 一 一 苏 一 一 ·朵 一 ， 一 一 一 一 一 一 一

Vol.21 No.5 孙世国等：复合采动下边坡岩体滑移规律及其数值分析 419 采区顶板中的部分单元体的应力矢量方向变化 1988年9月观测资料绘制的.测线位于447采 较大，原来指向下山一侧承载区的矢量，因露天 区下山方向，移动曲线仅表示出半盆地长的变 采动效应增大而使矢量转向，因此，应力场叠加 形特征.最大下沉点为对应的7号点，由于它受 作用结果表现何种采动属性取决于各自采动效 F断层带的影响，出现一塌陷漏斗.这主要是断 应的大小及空间位置关系，这也与实际移动结 层带的存在，使岩体变形出现了非连续性，位于 果相一致.另外露天开挖量增大对地下采区上 断层带边缘出现拉裂缝，造成断层带另一侧（北 覆岩体而言，因地下采区上覆岩体在走向主断 侧)岩体出现塌陷现象，因而其下沉值明显增大， 面两侧作用力不均衡，产生了滑移力，从而加大 同时，F,的存在也对变形范围起到加宽效应，即 了边坡的变形值、变形深度与破坏过程，其结果 增大地面变形范围.另一个移动特点是最大水 将更多地表现出某些露天采动特性，反之则表 平位移点为3号点.如果按抚顺矿区单一地下 现出某些地下采动特性，因此，在地下与露天复 开采影响传播角(-66)来考虑地面最大水下 合开采影响下，边坡岩体变形与破坏属性取决 位移点，那么最大水平位移位置应在6号点附 于2种开采方法中各自采动效应的大小，叠加 近，两者不重合，说明地下与露天同期采动效应 后更多地表现出影响较大的开采方法的属性， 下边坡体的变形是两者复合作用的反映，应该 1.3变形实例分析 说，在矿山开采过程中，每“次或每一步开挖，岩 抚顺矿务局胜利矿447采区与西露天矿边 体工程系统的结构和荷载都要产生变化，表现 坡位置分布关系如图3所示.447采区于1985 在系统几何形状的改变和内部应力状态的演变 年5月至1986年6月开采，它位于E950-E1250, 过程，但这种转化要经过一定的能量积累才能 N550-N750之间，采厚28m,标高-425--440 实现.该现象表现在开采过程中，可解释为不是 m,为走向长壁水砂废页岩充填.与此同时，E1 每一次或每一步开挖立即引起岩体的剧烈变形 000剖面从12段(-15m水平)至境界线(+72m 或破坏，而是要经过一定开挖量的累积或其他 水平)之间，从1980年至1986年该区段边坡角 平衡条件被破坏，才能实现能量的转换过程.采 由17.5增大到25°.根据抚顺矿区西部煤田的 动效应引起的滑坡就是这种能量转换过程的具 岩体移动参数，经验算得知，由447采区本身开 体体现 采所产生的移动与变形范围属非充分采动：但 由于该地区的老采区密集，一方面上覆岩体将 2结论 受到重复破坏，属于重复采动特征，另一方面， 在地下与露天同期采动影响下，边坡岩体 因采区影响域中的…部分相互重叠，所以，447 内的应力场变化取决于2种采矿方法的开挖量 采区的开挖效应将活化相邻采区的平衡体系， 和原始坡角大小，当边坡角较小时，地下开挖对 这些采区与447采区的叠加效应共同作用在边 边坡岩体的破坏作用不会十分显著，地面变形 坡体上，在447采区的采动影响下，沿走向E600- 主要是以地下开采变形特征为主，而当边坡角 E1000区域发生2次较大的破坏性滑坡，随后采 较大时，2种采矿方法的同期开采，露天开采对 取了抗滑桩等工程措施，才避免一些更大的滑 地下采动影响域中尚未平衡的应力场起到干扰 坡.下面具体分析一下岩体的动态变化过程. 作用、反过来地下开采对尚未平衡的边坡岩体 图3中的移动曲线是根据1985年12月至 应力场也同样起到干扰作用，致使2种采动效 位移m 应相互作用，相互叠加和相互干扰，使得变形量 6 4 增大，移动范围增大，再加上边坡体一侧为非平 53 面，将导致地下采动域内的移动性态产生变化. 凝灰岩 这种变化主要是叠加作用的结果. 矿山岩体工程开挖后，岩体内的应力状态 绿色页岩 与力学效应的变化相关，因此，在地下和露天共 油功洛 447采区 同开采影响下，边坡岩体内部的现时应力状态 取决开挖方式和开挖步骤，即不同的开挖方式 图3447采区与边坡位置分布关系及移动曲线图 (地下或露天开挖)对边坡岩体内部的应力分布

孙 世 国等 复合采 动 下 边 坡 岩 体滑 移 规 律 及 其 数 值 分析 采 区 顶 板 中的部分 单元 体 的应 力矢 量 方 向变 化 较 大 ， 原来 指 向下 山一 侧 承 载 区 的矢量 ， 因 露 天 采动 效 应 增 大而 使 矢 量 转 向 因此 ，应 力场 叠 加 作 用 结 果表 现 何种 采动 属性 取 决于 各 自采动 效 应 的大 小 及 空 间位 置 关 系 ， 这 也 与 实 际 移 动 结 果 相 一 致 另外 露 天 开 挖 量 增 大对 地 下 采 区 上 覆 岩 体 而 言 ， 因 地 下 采 区 上 覆 岩体 在 走 向主 断 面 两 侧 作用 力不 均衡 ， 产 生 了滑 移 力 ，从而 加 大 了边 坡 的变形 值 、 变形 深 度与破 坏过 程 其结果 将 更 多地 表 现 出某 些 露 天采 动 特 性 ， 反 之 则表 现 出某些地下 采 动特性 因此 ， 在地下 与露天 复 合 开 采影 响 下 ， 边坡 岩 体变形 与破 坏 属 性取 决 于 种 开 采 方 法 中各 自采 动 效应 的大 小 ， 叠 加 后 更 多地表 现 出影 响较 大 的 开 采方 法 的属 性 变形 实例 分 析 抚顺 矿 务局 胜 利矿 采 区 与西 露天 矿 边 坡位 置 分布关 系如 图 所 示 采 区 于 年 月至 年 月开 采 ， 它位 于 一 ， 一 之 间 ， 采 厚 ， 标 高 一 ， 一 为走 向长 壁 水 砂 废 页 岩 充填 与 此 同 时 ， 剖 面 从 段 卜 水 平 至 境 界 线 水平 之 间 ， 从 年 至 年 该 区 段 边 坡 角 由 。 增 大 到 根 据 抚 顺 矿 区 西 部 煤 田 的 岩 体 移 动 参 数 ， 经 验 算 得 知 ， 由 采 区 本 身 开 采 所产 生 的移动 与变形 范 围属 非充 分 采动‘ ， 但 由 工该地 区 的 老 采 区 密 集 ， 一 方 面 上 覆 岩 体将 受 到 重 复破 坏 ， 属 于 重 复采 动 特 征 ， 另 一 方 面 ， 因 采 区 影 响 域 中 的 」 部 分 相 互 重 叠 ， 所 以 ， 采 区 的 开 挖 效 应 将 活 化 相 邻 采 区 的 平 衡 体 系 这 些 采 区 与 采 区 的叠 加 效 应 共 同作用 在 边 坡 体 上 ，在 采 区 的 采动 影 响 下 ，沿 走 向 区 域 发 生 次 较 大 的破 坏 性 滑 坡 ， 随后 采 取 了抗 滑 桩 等 工 程 措 施 ， 才避 免一 些 更 大 的滑 坡 面 具 体 分 析 一 下 岩 体 的 动 态变 化 过 程 图 中的移 动 曲线 是 根 据 年 月 至 年 月观 测 资料 绘 制 的 测 线 位 于 采 区 下 山 方 向 ， 移 动 曲线 仅 表 示 出 半 盆 地 长 的变 形 特 征 最 大 下 沉 点 为对 应 的 号 点 ， 由于 它 受 ， 断层 带 的 影 响 ， 出现一 塌 陷漏 斗 这 主 要 是 断 层 带 的存 在 ， 使 岩 体 变 形 出现 了 非 连 续 性 ， 位 于 断层 带边 缘 出现拉裂 缝 ， 造 成 断层 带 另一 侧 北 侧 岩体 出现塌 陷现象 ， 因而其 下 沉值 明显 增 大 同 时 ， 的存 在 也 对 变 形 范 围起 到 加 宽效 应 ， 即 增 大地 面 变形 范 围 另一 个 移 动特 点 是 最 大水 平 位 移 点 为 号 点 如 果 按 抚 顺 矿 区 单 一 地 下 开 采 影 响传播 角 来 考 虑 地 面 最 大 水 卜 位 移 点 ， 那 么 最 大 水 平 位 移 位 置 应 在 号 点 附 近 ，两 者 不 重 合 ， 说 明地 下 一 与露 天 同 期 采 动 效 应 下 边 坡体 的变 形 是 两 者 复 合 作用 的反 映 应 该 说 ，在矿 山开 采过 程 中 ， 每 · 次或 每 一 步开 挖 ，岩 体 工 程 系统 的结构和 荷载 都要 产 生 变化 ， 表 现 在 系统几何 形 状 的改变和 内部应 力状态 的演 变 过 程 ， 但 这种 转化 要 经 过 一 定 的 能量积 累 才 能 实现 该 现象表 现在 开 采 过程 中 ， 可 解 释 为 不 是 每一 次或 每 一 步开 挖 立 即 引起 岩 体 的剧 烈 变形 或 破 坏 ， 而 是 要 经 过 一 定 开 挖 量 的 累 积 或其 他 平 衡 条件被破 坏 ，才 能 实现 能量 的转 换过 程 采 动 效应 引起 的滑 坡 就 是 这 种 能量转 换 过 程 的 具 体 体 现 交拼… 图 采 区 与边坡位 分 布 关 系 及 移 动 曲线 图 结论 在 地 下 与露天 同 期采动 影 响下 ， 边 坡 岩 体 内的应 力场 变 化 取 决 于 种 采矿 方 法 的开 挖 量 和 原 始 坡 角 大 小 当边坡 角 较 小 时 ，地 下 开 挖 对 边 坡 岩 体 的 破 坏 作 用 不 会 十 分 显 著 ， 地 面 变 形 主 要 是 以地 下 开 采 变 形 特 征 为 主 而 当边 坡 角 较 大 时 ， 种 采 矿 方 法 的 同 期 开 采 ， 露 天 开 采对 地 下 采动 影 响域 中 尚未 平 衡 的应 力 场 起 到干 扰 作 用 ， 反 过 来地 下 开 采 对 尚未 平 衡 的边 坡 岩 体 应 力场 也 同样起 到 干 扰 作用 ， 致 使 种采 动 效 应 相互 作用 ， 相 互 叠 加 和 相 互 干 扰 ， 使得 变形 量 增 大 ， 移 动 范 围增 大 ， 再 加 上 边 坡 体 一 侧 为 非 平 面 ，将 导 致 地 下 采 动 域 内的 移 动 性 态 产 生 变 化 这 种 变 化 主 要 是 叠 加 作 用 的 结 果 矿 山岩 体 工 程 开 挖 后 ， 岩 体 内的应 力 状 态 与 力 学 效应 的变化 相 关 ， 因此 ， 在 地 下 和 露 天 共 同 开 采影 响下 ， 边坡 岩 体 内部 的现 时应 力状 态 取 决 开 挖 方 式 和 开 挖 步 骤 ， 即 不 同 的开 挖 方 式 地 下 或 露 天 开 挖 对 边 坡岩 体 内部 的应 力分 布

·420· 北京科技大学学报 1999年第5期 规律与应力状态有着不同的作用，从而产生不 有些区域表现出露天采动特性，究竟何种效应 同的变形与破坏方式.地下开挖将改变其影响 占主导地位，与各自的开挖量、距离等因素相 域内围岩的应力状态，露天开挖将改变边坡岩 关：如果其中一种开挖方式的开采量大和距离 体内部的应力分布状态.如果将每一种开挖效 近，则叠加后的采动效应就更多地表现出该种 应视为一个平衡体系，那么在其受到其他开挖 采动效应，反之则更多地表现出另一种采动效 扰动后，在相互影响和相互作用下，构成一个复 应.所以，地下与露天同期采动影响下边坡岩体 合动态体系，并在合成应力作用下趋向新的平 有其特殊的变形特点与规律性，它与单一露天 衡，地下与露天同期采动效应除包含当次采动 开采具有本质上的不同. 效应之间的作用外，还包含当次采动效应与前 参考文献 一次采动效应之间的扰动和相互作用，从而构 成了一个复合动态叠加体系.所以在地下与露 】孙世国.复合采动对边坡岩体变形与稳定性影响的 研究：[学位论文】.北京：中国科学院地质研究所， 天复合开采的矿山中，不同的开挖方式，边坡岩 1998 体内部的应力状态或边坡体稳定状态是不同 2孙世国，王思敬，抚顺西露天矿北帮地面长期剧烈变 的.其结果是有些区域表现出地下采动特性，而 形原因的分析.勘察科学技术，1998(5)：31 Numerical Value Analysis of Slope Rock Mass Deformation Mechanism under Combined Mining Influence Sun Shiguo,Cai Meifeng, Oiao Lan Resources Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The change behavior of inner rock mass for combined mining on the basis of analysis of nu- merical value and actual deformation is explored.Because of effect under combined underground and open pit mining,mechanism about superimposition of deformation and change behavior depends on respectively am- ount of both mining methods.Deformation of rock mass would more present behavior of underground mining as slope dip angle is small.Therefore,under influence of the same amount in underground excavation,the ran- ge and depth of slope deformation are increased as slope dip angle is increased.Both amount of excavation di- rectly influences quantity value and direction of vector.Change of each amount of excavation would make the different behavior of failure and moving mechanism for rock mass is produced. KEY WORDS mining effect;superimposition;deformation mechanism;slope rock mass

一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 规 律 与应 力状 态 有着 不 同 的作 用 ， 从 而 产 生 不 同 的 变形 与 破 坏 方 式 地 下 开 挖将 改变其 影 响 域 内围岩 的应 力状态 ， 露 天 开 挖将 改变边坡岩 体 内部 的 应 力 分 布 状态 如 果 将每一 种 开 挖效 应 视 为 一 个 平 衡 体 系 ， 那 么 在 其 受 到 其他 开 挖 扰动 后 ， 在相 互 影 响和 相 互 作用 下 ， 构 成 一 个 复 合 动 态 体 系 ， 并 在合 成 应 力 作用 下 趋 向新 的平 衡 地 下 与露 天 同期 采 动 效应 除包 含 当次采动 效应 之 间 的作用 外 ， 还 包 含 当 次采动 效应 与前 一 次 采 动 效应 之 间 的扰 动 和 相 互 作 用 ， 从 而 构 成 了 一 个 复 合 动 态叠 加 体 系 所 以在 地 下 与露 天 复 合 开 采 的矿 山 中 ， 不 同 的开 挖 方 式 ， 边 坡 岩 体 内 部 的 应 力 状 态 或 边 坡 体 稳 定 状 态 是 不 同 的 其 结 果是 有 些 区 域表 现 出地下 采 动特性 ， 而 有些 区 域表现 出露 天采 动 特 性 ， 究竟何 种 效 应 占主 导地位 ， 与各 自的 开 挖 量 、 距 离等 因 素相 关 如 果 其 中一种 开 挖方式 的开 采 量大 和 距 离 近 ， 则 叠 加 后 的采 动 效应 就更 多地表现 出 该 种 采动 效 应 ， 反之 则 更 多地表现 出另 一种采动 效 应 所 以 ， 地下 与露天 同期采动影 响下 边坡岩 体 有其特 殊 的变形特 点与规律性 ， 它 与单 一 露 天 开 采具 有本质上 的不 同 参 考 文 献 孙世 国 复合采动对 边坡 岩体变 形 与稳定性影 响 的 研究 学位 论 文 】 北 京 中国科 学 院地 质研 究所 ， 孙世 国 ， 王 思 敬 抚顺西 露 天矿 北 帮地面 长期 剧 烈 变 形 原 因 的分 析 勘察科学技 术 ， 祝。 ， 人介沙 ， ， ， ， ， 耳犷 而 ， 任犷