贵州省凯里市龙场镇强烈岩溶化近水平型边坡崩塌数值分析

贵州省凯里市龙场镇强烈岩溶化近水平型边坡崩塌数值分析
[摘要]对贵州省黔东南苗族侗族自治州凯里市龙场镇渔洞村岔河组山体崩塌用Geostudio进行数值分析计算，计算崩塌山体的软弱下卧层中的煤层开挖以及区域岩溶发育对山体崩塌的影响。

计算结果表示，当岩溶性裂缝发育到一定的深度，再加上挖矿的进行可能会造成崩塌。

[关键词]崩塌溶蚀煤矿开挖数值计算分析
1工程概况
龙场镇崩塌在凯里市龙场镇渔洞村岔河组老山新村，距凯里市区约30km。

龙场镇崩塌区地貌为中低山河谷。

侧面是近直立陡崖，陡崖的顶部地形比较舒缓，植被茂盛、覆盖层较厚，溶蚀洼地和落水洞等岩溶地貌特征发育。

沟谷的底部有渔洞河至南向北流，鱼洞河左岸紧邻陡崖，陡崖底部分布有残留的崩塌堆积，崩塌区上游90m处为一煤矿主井出口[1]。

2基于Geostudio的边坡数值模拟
2.1模型介质和参数选取
计算模型从上往下依次有栖霞组石灰岩、梁山组泥页岩、煤层、尧梭组石灰岩，主要4种介质。

岩土体力学参数取值参照《工程岩体分级标准》进行综合取值。

本次计算选用Geostudio软件，计算模型选择Mohr-Coulomb 为本构模型，进行弹塑性求解，计算至平衡后对位移场和速度场清零，生成初始应力场[3]。

2.2计算工况拟定
由于模型的应力应变在开挖第15步有突变，所以针对性的在模型中煤矿开挖此位置之后，对模型风化段的岩体进行强度参数的微量减小，并对裂缝顶部岩桥的的连接减少至一半。

在另一个突变点31步开挖步骤继续减少岩桥连接至裂缝完全贯通。

煤矿共进行32步开挖；
2.3边界条件
模型设置为2维平面应变模型，所以垂直于剖面的z轴方向边界不考虑，左右边界上设置为沿x轴方向固定，沿y轴方向可自由滑动；底边界设置为y轴方向约束，沿x轴方向自由。

荷载只考虑受重力作用，重力方向为y轴方向。

2.4模型离散化
由软件生成边坡几何模型和地质界面，然后将网格剖分后生成模型。

网格模型一共包含节点3686、单元数3741。

模型陡崖后侧栖霞组设置网格宽度为
15m，过渡区域栖霞组网格宽度10m，右侧风化区域栖霞组网格宽度设置为3m，下卧软层梁山组泥页岩网格宽度设置为10m，煤层网格宽度设置为5m，下伏的尧梭组设置网格宽度为15m。

3模型计算结果分析
3.1模型应力
图1和图2为在接近坡脚的裂缝尖端最小主应力的拉应力贯通区域的最大主应力和最小主应力的变化曲线图。

从图中可以看出，σ1从最初开挖的3900KN/m2左右到15步开挖的时候突然降至3000KN/m2左右，再到32步突然降至2300KN/m2左右；σ3也从最初开挖的105KN/m2左右到15步开挖的时候突然降至54KN/m2左右，再到32步突降至拉应力110KN/m2左右。

所以可以推断，在这个区域，从最初的开挖到进行至15步开挖的时候应力出现突然的大幅度减小，岩体出现塑性变形，但是塑性变形只会使得坡脚岩体有变形破坏，并不足以使得坡体失稳，而到开挖至32步的时候应力又出现大幅度的减小，最小主应力甚至发展至拉应力，岩体在此时的塑性变形可能使坡体失稳。

3.2模型位移
如图3位于岩溶性裂隙两侧的点1和点2的位移大小变化较为相似，从位移清零后开挖开始有了一定量的位移，约为0.005m左右，直到开挖进行到15步，两点的的位移都有较大的增加约0.006m左右，但是位移的增大和开挖到15步之前的位移量是在一个量级，而且在开挖到15步之后，位移量又有一定程度的减小，说明在开挖进行到此处时坡体有可能产生了一定的塑性变形。

但是当开挖进行到32步，点1的位移大小为0.008m左右，而点2的位移大小突然增大到了0.72m（图中显示0.02m是为了便于观察）明显和之前的位移大小不是一个量级的，裂缝两边的位移大小差距很大，可以推断此时在裂缝顶部位置产生了一定程度的变形破坏。

4结语
总结分析结果，随着煤矿的开挖。

主应力裂缝与坡脚之间区域在开挖到15步的时候出现突变，显示模型此时出现塑性变形，裂缝延伸的风化段石灰岩产生了一定的破坏，当开挖进行到最后的32步时候，此处出现拉应力并贯通此区域，可能使风化段岩体变形破坏加大并整体失稳；而位移的分析明确的指出由于裂缝两侧位移大小的变化不一致，造成了裂缝的扩大使坡体稳定性受到较大影响并从危岩体的位移方向得出了危岩体的变形模式，形成裂缝右侧岩体沿着裂缝尖端到坡脚这一区域发生上部向后倾倒，下部向外翘出并坐落的失稳模式。

参考文献
[1] 董秀军、裴向军、黄润秋.贵州省凯里市龙场镇山体崩塌灾害基本特征与成因机理初步研究[J].工程地质学报.2013.
[2] 张倬元，王兰生，王士天，黄润秋.工程地质分析原理（第三版）[M].北京：地质出版社，1994.
[3] 刘宝田等. 云台山边坡稳定性数值分析[J]. 江苏建筑. 2012，152（增刊）：77～78.。