Experimental study on deformation and failure of a mining slope under the action of rainfall
01摘要
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2017年8月28日，贵州省普萨村矿山边坡塌陷，导致约8600m3土石方泄漏，造成35人死亡。以普萨村塌陷为例，通过物理模型试验，研究了降雨影响下矿山边坡的变形破坏机制。通过在物理模型中策略性地放置监测点收集数据，为定量分析边坡变形破坏模式奠定基础。试验结果表明，连续的采矿和降雨活动引起应力变化逐渐增加，呈现应力集中、松弛和稳定的周期性模式。采矿活动导致模型内形成张拉裂缝和分离裂缝，随后降雨加剧了这些裂缝和分离裂缝。雨水通过这些裂缝和岩土体下渗，导致模型上部的含水量比下部更明显。随着煤层开采的进行，模型内位移值逐渐增大，主要发生在采区顶板，降雨后位移扩展到模型顶部。普萨边坡在采动和降雨条件下的破坏模式具有以下特征：弯曲-拉动-下沉-蠕变-倾倒。变形破坏过程可分为四个阶段：采动扰动、裂隙扩展和延伸、潜在塌陷面形成和失稳破坏。
02图表
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03结论
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本文利用物理模型和试验数据，阐明了菩萨采空区失稳垮塌的破坏机制与过程，研究了开采与降雨联合作用下边坡的应力状态、裂隙发育、含水量及位移特征。利用上述参数建立的物理模型得到的变形破坏行为与实际原型较为一致，说明了方法的准确性。得到以下主要结论：
在M16开采过程中，采空区顶板发生了明显的应力变化，随着开采延伸至M14和M10，模型中的应力变化愈发明显，随后的每次降雨试验都使应力响应进一步加剧，呈现出“突升突降”的规律。
开采活动破坏了岩体原有的应力平衡，导致离层裂隙和张性裂隙发育。随后的降雨加剧了这些裂隙的扩展和延伸，开采和降雨都导致位移量和范围逐渐增大，最大位移量位于采空区顶板。
雨水通过裂隙和岩土体向边坡内部渗流，对上部岩体的影响大于下部岩体，导致饱和度增加，基质吸力降低，孔隙水压力上升，最终导致抗剪强度降低。当孔隙水压力达到一定阈值时，边坡向临空面移动，产生蠕滑变形。
在开采和降雨影响下，菩萨边坡的破坏模式可以描述为弯曲-拉拔-下沉-蠕变-倾倒。该物理模型的结果概述了边坡破坏的四个阶段过程：采矿引起的扰动、裂缝的起始和延伸、潜在崩塌面的形成以及失稳破坏。
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