露天矿边坡滑动面的定量识别与稳定性研究

针对露天矿边坡在降雨入渗和矿产资源开采引起的稳定性问题，以露天矿地质体为研究对象，采用光纤传感技术、高精度摄影测量及数值分析等技术和方法，研究降雨入渗对岩体温度场的变化特征，分析渗流场与温度场之间的相关性，建立基于温度场变化的边坡滑动面变形区域识别方法，并结合岩体应变监测，建立边坡潜在滑动面的定量识别方法；研究露天矿开采引起的边坡变形规律，分析边坡结构面变形破坏演化过程和可测物理量与岩体内部破坏状态之间相关性，构建边坡岩体结构面不同演化阶段的损伤识别模型和应变、位移等可测物理量与边坡岩体内部破坏状态之间的理论模型，建立露天矿开采下边坡岩体灾变过程的变形监测理论体系，揭示边坡岩体渐进破坏过程的演化机理。.项目的研究成果将定量地描述边坡滑动面的稳定状态和降雨和开采时露天矿边坡复杂结构地质体的运动规律，为露天煤矿的资源安全开采提供科学的理论依据和技术支撑。

本项目以露天矿地质体为研究对象，研究降雨入渗对岩体温度场的变化特征和露井开采时边坡变形稳定性问题，得到了以下研究成果：（1）基于布里渊频移与传感光纤温度之间线性关系，发明了识别地层地下水分布的光纤温度传感器；（2）基于相似原理和相似材料配比的正交试验方案，制备了相似材料试样，通过测量各试样的导热系数值和对比各成分对导热系数值影响的极差大小，得到了导热系数值与含水量、砂胶比及胶结物成分之间变化关系，揭示了试样的含水量对导热系数值的控制机理；（3）基于分布式光纤传感技术，进行了岩体内流水实验，得到了结构面与传感光纤交叉位置因不同温度水流引起的光纤应变变化，结合优势结构面理论，提出了地层中流水时结构面的定量识别方法；（4）通过分析边坡开挖造成的岩体应力场变化，分析露天开采和井工开采时边坡潜在滑动面的受力特征和变形机理，提出了露井联采条件下边坡变形的破坏模式，即滑移型破坏、滑移-塌陷复合型破坏及塌陷型破坏；（5）基于BOTDA分布式光纤传感技术，提出了地层中传感光纤的铺设方法和覆岩变形分布式测量方法，得到了井工开采过程中覆岩变形的应力分布和变形破坏特征，揭示了采动覆岩变形的演化机理；（6）通过室内模型实验，分析了降雨条件下边坡变形特征，得到了降雨期间不同时间段结构面应变分布特征，揭示了降雨引起的边坡滑动破坏演化机理；（7）分析各种典型滑坡判据的基础上，确定将位移加速度大于0作为边坡的临滑判据，由位移实测数据生成的位移速度变量作为随机变量，假设边坡在等速变形阶段时位移速度变量服从正态分布，而边坡进入加速变形阶段时则不服从正态分布，据此提出基于Lilliefors检验的边坡临滑时刻的动态识别方法；（8）基于BOTDR分布式光纤传感技术，分析了抗滑桩受到竖向荷载和水平荷载作用下桩身承载性状，推导了基于BOTDR光纤传感技术的桩身轴力、桩侧摩阻力、桩身压缩及桩身挠度等理论计算公式，得到了抗滑桩受荷时桩身变形应变分布，实现边坡支护抗滑桩的精细化检测。项目的研究成果可以有效识别降雨条件下边坡滑动结构面，定量描述开采引起的露天矿边坡复杂结构地质体的运动规律，为露天煤矿的资源安全开采提供科学的理论依据和技术支撑。