娘娘山大口子滑坡稳定性分析与治理研究

论文摘要

近几年来,随着国家对能源需求的不断增大,采矿业迅速发展,由此而产生的开采后地质灾害层出不穷。特别是地质条件复杂的山区,由开采所引起的滑坡、塌陷等地质灾害直接危害到当地人民的生命财产和经济建设,因此对采动后坡体的稳定性以及坡体滑动治理方法的研究就显得十分重要且必要。本文以河南省宝丰县娘娘山地区因采煤形成的老采空区上部滑坡为依托,首先回顾了国内外滑坡稳定性研究和治理技术的发展现状,并介绍了一些常用的数值分析方法以及对这些方法进展的浅析。在确定了本文的研究内容和基本思路的基础上,概述了河南省宝丰县娘娘山地区的自然地质环境、其次介绍了以往采矿的基本情况,并对研究区工程地质条件进行了评价。结合前人对采矿边坡变形规律分析的理论和研究,确定了影响本研究区滑坡稳定的主要因素,其中包括滑坡的岩体类型、岩体结构、煤层埋深、开采条件、滑坡形态及地质构造,对滑坡稳定性进行了初步的判定;在讨论极限平衡法计算坡体稳定性的过程中,充分考虑采动因素的影响,最终选取最为合理的极限平衡法对滑坡进行了稳定性计算,并对计算结果进行了分析,与实际进行了对照,充分说明计算结果的正确性和选取的极限平衡法在采动滑坡稳定性计算中的适用性。依托本文,作者介绍了NCAP-2D有限元分析程序的基本原理,并用其对滑坡的施工过程进行了模拟,分析了滑坡掘进时的应力、应变特征,以及由于掘进所导致的掘进面、坡面、坡脚塑性区的出现,充分反映了地下开采对坡体稳定性的影响而最终导致的滑坡局部失稳现象。在对该滑坡治理方法进行研究的基础上,针对本文研究对象的实际情况,提出最合理的治理方案,选取最经济合理的治理方法即注浆法,并对注浆法的分类、注浆流程,注浆理论进行了简要分析,对治理结果进行了有限元模拟,给出了治理后的应力、应变特征曲线图及塑性区特征,对比前面开采过程中的分析结果,进行了治理后的稳定性分析评价,同时也验证了NCAP-2D有限元分析软件在边坡稳定性计算中的实用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 滑坡变形问题的研究现状
• 1.2.1 国内外滑坡变形问题的研究现状
• 1.2.2 数值分析方法的发展
• 1.3 本文的研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容及研究方法
• 1.3.2 技术路线
• 2 滑坡的工程地质背景研究
• 2.1 滑坡概况
• 2.2 滑坡环境地质
• 2.2.1 气象与水文
• 2.2.2 地形地貌
• 2.2.3 地层岩性
• 2.2.4 地质构造与地震
• 2.2.5 水文地质条件
• 2.3 滑坡工程地质特征
• 2.3.1 滑坡发育状况
• 2.3.2 滑坡失稳后危害对象
• 2.3.3 滑坡失稳后危害程度
• 2.3.4 己采取的预防措施
• 3 滑坡稳定性计算与分析评价
• 3.1 滑坡稳定性计算方法的选取
• 3.2 计算方案
• 3.3 计算参数的选取
• 3.4 滑坡稳定性计算及分析评价
• 4 滑坡变形的数值分析
• 4.1 概述
• 4.2 有限元分析的基本原理
• 4.3 有限元分析软件NCAP-2D程序简介
• 4.4 有限元分析模型
• 4.4.1 计算范围的选取
• 4.4.2 岩土体模型的选择
• 4.4.3 岩体掘进问题的模拟
• 4.4.4 初始应力的确定
• 4.4.5 娘娘山大口子采空塌陷区滑坡有限元分析的计算模型
• 4.5 岩体力学参数的确定
• 4.6 有限元计算结果及分析
• 4.6.1 塑性区分析
• 4.6.2 应力场比较分析
• 4.6.3 位移分析
• 4.6.4 滑坡长期稳定性分析
• 5 滑坡变形规律分析
• 5.1 采动坡体的基本规律
• 5.2 影响坡体变形的因素
• 5.3 采动条件下滑体的变形机理
• 5.3.1 地下开采改变了覆岩的应力与应变状态
• 5.3.2 采动引起的坡体附加应力
• 5.3.3 滑动
• 5.4 娘娘山滑坡变形特征小结
• 6 滑坡治理措施
• 6.1 治理原则
• 6.2 治理方法的选取
• 6.2.1 选择采空区治理方法的主要条件
• 6.2.2 方法研究及选取
• 6.3 注浆方法研究
• 6.3.1 采空区注浆治理设计的原则与要求
• 6.3.2 注浆方法分类
• 6.3.3 充填注浆法过程
• 6.3.4 充填注浆理论计算
• 6.4 娘娘山滑坡充填注浆法的应用
• 6.4.1 充填注浆材料的选取
• 6.4.2 充填注浆法工艺流程设计
• 6.4.3 注浆钻孔布设及工作量
• 6.4.4 充填注桨参数的确定及总注浆量计算
• 6.4.5 采空区充填注浆治理效果检测
• 6.5 充填注浆后有限元模拟及分析
• 7 结论
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献