【正文】 頻率與規(guī)模 VN ??（ 1）根據(jù)巖土工程特征，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)力學(xué)模型； （ 2）求出系統(tǒng)的總勢能，利用泰勒級數(shù)展開、變量替換將勢函數(shù)化為突變的標(biāo)準(zhǔn)形式： 4 滑坡突變失穩(wěn)特征 突變分析的一般步驟 vxuxxxV ??? 24)(（ 3）對 V求導(dǎo)，得平衡曲面 M,和分叉集方程 024 3 ??? vuxx（ 4）系統(tǒng)發(fā)生突變得必要條件 u0。所以低傾角反傾巖層一般不可能發(fā)身拉裂變形破壞。 ? 基本特征： ? 滑動的巖土體具有整體性，并保持著斜坡原有的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征； ? 滑移的方式為滑動，而不是滾動或傾覆。 ? 推動式滑坡開始發(fā)生斜坡的上部，失穩(wěn)破壞的巖體向下滑移，并擠壓下部巖體，造成斜坡下部鼓丘和隆起。 漸趨穩(wěn)定階段 滑動逐漸停止后，形成特殊的滑坡地形，在巖性、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和水文地質(zhì)方面相繼產(chǎn)生變化，例如斜坡巖體發(fā)生整體性破壞、巖體變得松散破碎，透水性增強，含水量增高，地層產(chǎn)狀發(fā)生變化。 因此單平面滑動時邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為 ： ? 假設(shè)兩塊體之間存在一對作用力和 ， 大小相等方向相反 。 ? 楔形體滑動模型及其穩(wěn)定性計算 A D C B H ? ? ? B D A C 面 A 面 C G N N1 N2 ?1 ?2 ? ? ? ?? ? ? ?N tg N tg C S C SG1 1 2 2 1 1 2 2sin上述計算的缺陷 ? 有關(guān)幾種邊坡滑動模式一般都只考慮滑動塊體重力的作用，而實際上研究的邊坡大多承受靜水壓力、地震力及建筑物的作用力等外加荷載。以后，隨著采深的增加和開采范圍的不斷擴(kuò)大，北京、撫順、棗莊、開灤、大同、北票、南桐等礦區(qū)的許多礦井，都先后發(fā)生和記錄了沖擊地壓。較弱的礦震稱為微震，也稱為“煤炮’ 。 （ 3）沖擊地壓成因和機(jī)理 （ 1）強度理論 ： 發(fā)生的條件是礦山壓力大于煤體 — 圍巖力學(xué)系統(tǒng)的綜合強度。 上述三種理論提出了發(fā)生沖擊地壓的三個準(zhǔn)則，即強度準(zhǔn)則、能量準(zhǔn)則和沖擊傾向度準(zhǔn)則。 （二）彈性變形法 : 它是全蘇礦山測量研究院提出的。在鉆進(jìn)過程中，在規(guī)定的防范深度范圍內(nèi)，出現(xiàn)危險煤粉量的測值或鉆桿被卡死的現(xiàn)象，則認(rèn)為具有沖擊危險，應(yīng)采取相應(yīng)的解危措施。國內(nèi)外常使用的有鉆屑法與地音探測和地質(zhì)及開采技術(shù)條件分析的綜合方法，是實用、簡易的有效方法，在我國已得到應(yīng)用。 ? 目前的研究多集中在巖爆發(fā)生的準(zhǔn)則方面 ， 相繼形成了強度理論 、 能量理論 、失穩(wěn)理論 、 沖擊傾向理論等 ， 巖爆發(fā)生以后巖塊的動力行為 ， 完全按照運動學(xué)的方程來分析 。 ? ?dWdtdWdtdWdtR ED?? 1沖擊傾向理論 ? 一般容易發(fā)生巖爆的巖體具有同樣的物理力學(xué)特征 ，這種產(chǎn)生沖擊破壞的能力稱為沖擊傾向 ， 它是巖爆產(chǎn)生的必要條件 。巖爆發(fā)生的判據(jù)表達(dá)式為： ??? ?? ????002?? ??????? is v iepsv dvEdvE ),(),( 21 ??U W U Ud v p? ? ? ?? 0巖爆烈度分級 ?107 巖爆級別 巖爆釋放的能量 （ J） 巖爆的烈度 (級 ) 造成的損害程度 微爆 10 1 巖體的表面或深部局部破壞 弱巖爆 1~2 拋出少量的巖塊 ， 有聲響和地震效應(yīng) ， 設(shè)備不受破壞 中等巖爆 2~ 拋出大量的帶粉塵巖塊 ，形成氣浪 ， 造成巷道支護(hù)破壞 強烈?guī)r爆 ~5 造成幾十米巷道破壞 災(zāi)害性巖爆 5 整個采區(qū)或整個水平范圍內(nèi)受破壞 10~102 102~104 104~107 107 巖爆預(yù)測方法 —— 聲發(fā)射 ? 巖石在壓力作用下發(fā)生變形和斷裂破壞，巖石內(nèi)部微裂紋的擴(kuò)展和摩擦都能引起彈性能的突然釋放并以應(yīng)力波向外傳播，這種現(xiàn)象稱為巖石的聲發(fā)射。一般在鉆孔時產(chǎn)生類似巖爆的沖擊效應(yīng)，這也是鉆屑得以鑒定巖爆危險程度的物理基礎(chǔ)，這種效應(yīng)也可稱為鉆孔沖擊。 巖爆的防治措施 ? 在采掘過程中采取一定的措施防治巖爆的發(fā)生是完全可能的 。 鉆孔卸壓 。 ? 開挖斜坡：斜坡失穩(wěn) ? 開采地下固體礦物：地表移動、地應(yīng)力重分布 ? 開采石油、天然氣、地下水：地面沉降、塌落、地震 ? 河流水系的改道和破壞：河床變形、邊岸再造、水庫地震 ? 灌溉：巖土鹽堿化和濕化 ? 土木工程建造：地基失穩(wěn)、地層變形 巖土工程災(zāi)害的分類 ? 漸進(jìn)破壞：地層緩慢沉降、風(fēng)化、剝蝕 ? 危害也是漸進(jìn)，破壞范圍較大，暫時危害不大，但總體危害也特別大。 6 地層沉陷 ? 基本概念 ? 地層沉陷是指地層中巖體臨空或受力而發(fā)生垂直和水平方向上緩慢或突發(fā)性的變形、破壞和運動。 地下開采地層內(nèi)部沉陷特征 ? 礦體采空后，圍巖的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，應(yīng)力開始重新分布，使圍巖產(chǎn)生變形、移動、破壞，顯然破壞的程度距離采空區(qū)的遠(yuǎn)近有關(guān)。其基本工藝原理圖如下： 改進(jìn)開采工藝或充填技術(shù) 大條帶開采工藝 小煤柱開采 大條帶開采 充填開采 對于有條件的礦山進(jìn)行充填開采，減少地面沉陷 8 7 5 0 0 8 8 0 0 0 8 8 5 0 0 8 9 0 0 0 8 9 5 0 0 9 0 0 0 0 9 0 5 0 0 9 1 0 0 0 9 1 5 0 0 9 2 0 0 0382500383000383500384000384500385000385500386000386500387000387500沙河8000 7000 6000 5000 4000 3000 2022 1000 0 1000 383000 384000 385000 386000 387000 388000 坐標(biāo) x /m 下沉 /mm 沙河右壩總下沉 6000 5000 4000 3000 2022 1000 0 1000 382022 383000 384000 385000 386000 387000 坐標(biāo) x /m 下沉 /mm 沙河左壩總下沉 5煤、 7煤、 9煤、 12煤 開采后地表下沉等值線 重復(fù)采動引起地表沉降的動態(tài)概率積分計算結(jié)果 一邊固支兩邊簡支板撓度分布圖 一邊固支兩邊簡支板最大主應(yīng)力分布圖 一邊固支一邊簡支板撓度分布圖 一邊固支一邊簡支板最大主應(yīng)力布圖 三邊簡支薄板撓度分布圖 三邊簡支薄板最大主應(yīng)力分布圖 一邊固支兩邊簡支板撓度分布圖 一邊固支兩邊簡支板最大主應(yīng)力分布圖 巖土工程失穩(wěn)破壞的自組織原理 ? 巖石材料在一定應(yīng)力作用下變形破壞過程表現(xiàn)出強烈的非線性特征，最。計算結(jié)果較差，很少使用。 ? 理論分析：過去理論分析主要基于巖土力學(xué)、地質(zhì)學(xué)和土建工程學(xué)，目前把非線性科學(xué)理論應(yīng)用于巖土工程災(zāi)害分析。通過巖體內(nèi)的原生裂隙對具有巖爆危險的地段進(jìn)行注水濕潤巖體，起到降低高脆性巖石強度、增加塑性性能。 二 、 直接防治 卸壓爆破 。通過對巖體變形的連續(xù)成像可以確定事件區(qū)域和速度結(jié)構(gòu)，從而預(yù)測預(yù)報巖爆的發(fā)生。圖 顯示三個月內(nèi)在同一個礦內(nèi)所發(fā)生的四次巖爆的聲發(fā)射記錄，由于成功地預(yù)測了巖爆發(fā)生時間和地點，因而這四次巖爆均未造成任何人員傷亡。該理論認(rèn)為巖爆發(fā)生前是一個準(zhǔn)靜態(tài)過程，而巖爆是一個平衡狀態(tài)失穩(wěn)轉(zhuǎn)化為另一個平衡狀態(tài)的動力失穩(wěn)過程。 ? ? ?? *能量理論 ? 能量理論從能量轉(zhuǎn)化的角度來分析巖爆的成因，該理論認(rèn)為巖體 圍巖系統(tǒng)在力學(xué)平衡狀態(tài)下破壞所釋放的能量大于所消耗的能量時，即形成巖爆。 采礦開挖引起的礦山壓力災(zāi)害 液壓支架立柱缸體爆裂、鼓肚、彎曲、損壞。 （六）工程地震探測法 :用人工方法造成地震，觀測這種地震波的傳播速度，編制出波速與時間的關(guān)系圖，波速增大段表示有較大的應(yīng)力作用，結(jié)合地質(zhì)和開采技術(shù)條件分析，判斷發(fā)生沖擊地壓的傾向度。 （四）鉆屑法 :又稱為鉆粉率指數(shù)法或鉆孔檢驗法。波蘭采礦研究總院規(guī)定：WET≥ ５為強沖擊傾向； 2≤WET ＜５為弱沖擊傾向； WET＜２為無沖擊傾向。 （ 2）能量理論 ：當(dāng)?shù)V體與圍巖系統(tǒng)的力學(xué)平衡狀態(tài)破壞后所釋放的能量大于其破壞所消耗能量時，就會發(fā)生沖擊地壓。 ? 圍巖沖擊 : 發(fā)生在頂?shù)装鍘r層內(nèi)，根據(jù)位置有頂板沖擊和底板沖擊。 （二）根據(jù)沖擊的顯現(xiàn)強度分類 ? 彈射 : 一些單個碎塊從處于高應(yīng)力狀態(tài)下的煤或巖體上射落，并伴有強烈聲響，屬于微沖擊現(xiàn)象。常導(dǎo)致巷道支架破壞，設(shè)備移動和空間被堵塞，危害程度比一般礦山壓力顯現(xiàn)程度更為嚴(yán)重，在地下開采中易造成嚴(yán)重的自然災(zāi)害。 ? 圓弧面滑動穩(wěn)定性 Bishop計算法 N S Si Si+1 Ni+1 Ni G ? o x ?? ?? ? ?? ??????( c o ss in ( c o s s in )Cl G tgG tg0楔體滑動 ? 楔形體滑動是常見的一種邊坡破壞形式。 ? （ 3）概率法，把巖石邊坡的一些參數(shù)視為一個隨機(jī)變量場，通過建立隨機(jī)變量的分布函數(shù)來確定邊坡的穩(wěn)定性。 ?滑動破壞階段 滑體在整體下滑時，滑坡后緣迅速下陷，滑坡壁越露越高，滑體分裂成數(shù)塊。 ? 我國按力學(xué)條件分類：牽引式滑坡、推動式滑坡兩類。 0xxx ??? )(412)212(32020 tFxxxxuxdt xd ??????????? 滑坡是一種常見的斜坡失穩(wěn)而產(chǎn)生的巖土工程災(zāi)害。 不同因素對斜坡穩(wěn)定性的影響 巖層的傾角 （ 1）隨著巖層傾角的增大，巖層發(fā)生失穩(wěn)的臨界變形深度有減小的趨勢。 在混沌動力學(xué)中 Feigtnbaum發(fā)現(xiàn)在混沌區(qū)周期窗口中倍周期分叉點序列和混沌帶倍周期逆分叉序列的相鄰分叉點間距之比都趨近于一個無理數(shù)： …… （ 3）同型性 不同的學(xué)科具有相似的定律，本質(zhì)不同的領(lǐng)域會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一的定律。 自組織原理 京廣鐵路大瑤山隧道施工 自組織廣泛存在地下開挖工程中，開挖形成自然拱 —— 開挖結(jié)構(gòu)一個自組織表現(xiàn)， 這種調(diào)節(jié)能力有一定的限度，如果開挖速度太快或開挖強度太大，在巖體的自我調(diào)節(jié)能力顯得無能為力，巖體將發(fā)生大規(guī)模的整體破壞。 尺度效應(yīng) 自相似原理指的是：事物的局部和整體形態(tài)相似，或系統(tǒng)的各個層次具有相似的結(jié)構(gòu)。金剛石和石磨的例子。自行研制的大功率高可靠性刮板輸送機(jī)，以及高工作阻力的液壓支架。這個過程剛好對應(yīng)于聲發(fā)射探測的平靜期或反常期。由于巖石破碎過程也是一個分形過程，可以建立一個分形破碎模型來分析破碎與能量耗散的關(guān) D p k? 3 l o g / l o gE C r rf n n? ?? ?( )2 1 1 1巖爆的分形機(jī)理 ? 如果說巖石試件的破壞是小尺度的巖石破壞，地震是大尺度的巖石破壞，那么巖爆就算中等尺度的巖石破壞。 ? 定義 4：分形就是比在經(jīng)典幾何考慮的集合更不規(guī)則的集合 ， 這個集合無論被放大多少倍 ， 越來越小的細(xì)節(jié)仍能看到 。 ? 巖石材料作為億萬年地質(zhì)演變的產(chǎn)物 ， 具有大量自然形成的不同層次的孔隙 、 空洞和裂紋分布 ， 可以抽象地看成高剛度的海綿體 。 對應(yīng)力轉(zhuǎn)移和單元破壞作如下假定： （ 1） 當(dāng)大單元中所有小單元全部破壞時 ， 大單元才破壞； （ 2） 破壞單元先前承受的應(yīng)力平均轉(zhuǎn)移給臨近未破壞單元 。 （ Renormalization Group) 巖石破壞的重正化模型 ? 圖中顯示：四個小格子單元組成一個大單元 ， 而大單元的性能具有唯一性 ， 它由四個小格子單元組合而成 。重正化群理論主要通過重正化空間格子模型來研究臨界現(xiàn)象和行為。 著名的 “ 蝴蝶效應(yīng) ” 由氣象學(xué)家洛侖茲提出。 尖點突變的 5個特征 尖點突變的基本方程 ? 尖點突變只有兩個控制變量和一個狀態(tài)變量，勢函數(shù)為： 平衡曲面（ V(x)所有臨界點的集合）為： 奇點集方程： 分叉集（既滿足平衡曲面方程，又滿足奇點集方程）方程： qxxpxxV ??? 24 241)(qpxxxV ??? 3)(39。 ? 300多年來，人們運用微積分、微分方程成功地建立了各種模型。 ? 協(xié)同學(xué)認(rèn)為：所有系統(tǒng)都可以分為有限個子系統(tǒng)。 信息方法： 通過分析復(fù)雜事物包含的信息過程來揭示行為的奧秘（信息分析），通過建立適當(dāng)?shù)男畔⒛Ｐ秃秃侠淼募夹g(shù)手段來模擬復(fù)雜事物的高級行為（信息綜合）。 系統(tǒng)必須具有以下特征： 可控性、目的性、可觀性、閉環(huán)性和多向性