【正文】 隨著張拉裂縫的出現(xiàn)，滲水作用加強，變形進一步發(fā)展，后緣張拉，裂縫加寬，開始出現(xiàn)較小的錯距，兩側(cè)剪切裂縫相繼出現(xiàn)。 斜坡變形進一步發(fā)展，后緣裂縫不斷加寬，錯距不斷增大，兩側(cè)羽毛狀剪切裂縫貫通并撕開，斜坡前緣巖體擠碎并鼓出，出現(xiàn)鼓張裂縫，坡腳附近滲水渾濁，滑動面已經(jīng)形成，失穩(wěn)巖體開始整體向下滑動?；麦w上的建筑物嚴(yán)重變形以至倒塌毀壞。 滑坡的預(yù)測、預(yù)報 ? 滑坡是一個典型的非線性系統(tǒng)的失穩(wěn)，非線性系統(tǒng)失穩(wěn)前都要展示大量的異常信息 —— 失穩(wěn)前兆。大量的理論研究和野外勘察表明，大多數(shù)巖石邊坡的破壞均為滑動破壞。 ? （ 2）數(shù)值方法，通過計算巖石邊坡中的應(yīng)力分布，從而確定邊坡體的不穩(wěn)定區(qū)域。 平面滑動穩(wěn)定分析 ? 邊坡的穩(wěn)定性用穩(wěn)定性系數(shù) ?來表示 ， 它定義為塊體的抗滑力與下滑力之比 。 作用的方向傾角為 ?。 塊體 Ⅰ 受到滑動面以下巖體對它的作用力 ， ? ? 單平面滑動 雙平面滑動 H L h ? ? G ? ? ??? ? ?FF G tg CLGrsc o ss i n?1 ?2 Ⅰ Ⅱ G2 G1 ? FⅡ FⅠ ? A B C D C R1 ? ? ? ? ? ?? ? ?2 2 2 2 2 2 2 22 2 2? ? ? ?? ?G tg F tg C LG Fc o s s i n ( )s i n c o s ( )ⅡⅡ 圓弧面滑動 ? 當(dāng)邊坡的巖性較軟或結(jié)構(gòu)面與邊坡面傾向相反時 ， 邊坡都沿某一個圓弧面滑動 ， 而不是平面滑動 。 圓弧面滑動的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)定義為抗滑力矩與滑動力矩之比 。因為楔形體是一個空間塊體，因此其穩(wěn)定性計算是一個比較復(fù)雜的問題。在實際評價邊坡穩(wěn)定性時都要考慮這些外加荷載的作用。抗滑工程在于利用抗滑構(gòu)筑物來抵擋滑坡變形或滑動，這類主要制止小規(guī)模的滑坡。 現(xiàn)象： 常伴有很大的響聲、巖體的震動和沖擊波，在一定的范圍內(nèi)可以感到周圍介質(zhì)的震動；有時向采空空間拋出大量的碎煤或巖塊，形成很多煤塵；有時還釋放出大量的瓦斯。 在我國，沖擊地壓最早于 1933年發(fā)生在撫順勝利礦。隨著開采深度的不斷增加，沖擊地壓的危害將日益突出。 （一）根據(jù)原巖（煤）體應(yīng)力狀態(tài)分類 重力應(yīng)力型沖擊地壓 構(gòu)造應(yīng)力型沖擊地壓 中間型或重力 — 構(gòu)造型沖擊地壓 （二）根據(jù)沖擊的顯現(xiàn)強度分類 彈射、礦震、弱沖擊、強沖擊 （三）根據(jù)震級強度和拋出的煤量分級 輕微沖擊 、 中等沖擊 、 強烈沖擊 （四）根據(jù)發(fā)生的地點和位置分類 煤體沖擊 、 圍巖沖擊 （一）根據(jù)原巖（煤）體應(yīng)力狀態(tài)分類 ?構(gòu)造應(yīng)力型沖擊地壓 : 若構(gòu)造應(yīng)力遠遠超過巖層自重應(yīng)力時，主要受構(gòu)造應(yīng)力的作用引起的沖擊地壓，如北票礦務(wù)局和天池煤礦發(fā)生的沖擊地壓。 ?中間型或重力 — 構(gòu)造型沖擊地壓 : 它是受重力和構(gòu)造應(yīng)力的共同作用引起的沖擊地壓。 ? 礦震 :它是煤、巖內(nèi)部的沖擊地壓，即深部的煤或巖體發(fā)生破壞，煤、巖并不向已采空間拋出，只有片幫或塌落現(xiàn)象，但煤或巖體產(chǎn)生明顯震動，伴有巨大聲響，有時產(chǎn)生煤塵。 ? 強沖擊 : 部分煤或巖石急劇破碎，大量向已采空間拋出，出現(xiàn)支架折損、設(shè)備移動和圍巖震動，震級在２ .3級以上，伴有巨大聲響，形成大量煤塵和產(chǎn)生沖擊波。 （三）根據(jù)震級強度和拋出的煤量分級 ? 輕微沖擊 : 拋出煤量在 10t以下，震級在１級以下的沖擊地壓。 ?強烈沖擊 :拋出煤量在 50t以上，震級在２級以上的沖擊地壓 。 （四）根據(jù)發(fā)生的地點和位置分類 ? 煤體沖擊 : 發(fā)生在煤體內(nèi)，根據(jù)沖擊深度和強度又分為表面、淺部和深部沖擊。較堅硬的頂?shù)装蹇蓪⒚后w夾緊，阻礙了深部煤體自身或煤巖交界處的變形。在煤體夾持帶內(nèi)，壓力高、并儲存有相當(dāng)高的彈性能，高壓帶和彈性能積聚區(qū)可位于煤壁附近。 這些指標(biāo)主要有：彈性變形指數(shù) 、 有效沖擊能指數(shù) 、極限剛度比 、 破壞速度指數(shù)等 。 197。３個準(zhǔn)則同時成立，才是產(chǎn)生沖擊地壓的充分和必要條件 （ 4）沖擊地壓影響因素 （一）自然地質(zhì)因素 主要包括采深、地質(zhì)構(gòu)造及煤巖結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性等 （二）開采技術(shù)因素 開采多煤層時，任何造成應(yīng)力集中的因素，如開采程序不合理、本層回采不干凈、相鄰兩層開采錯距不合適等，均對防治沖擊地壓不利。煤柱和開采邊界是最主要的應(yīng)力集中因素，應(yīng)盡量避免和減少這些因素的有害影響。 WET為彈性能與永久變形消耗能之比。該方法雖存在一些不足之處，但基本適于我國情況，可作為煤層沖擊傾向鑒定指標(biāo)之一。在載荷不小于強度極限 80%的條件下，用反復(fù)加載和卸載循環(huán)得到的彈性變形量與總變形量之比（ K），做為衡量沖擊傾向度的指標(biāo)。 （三）煤巖強度和彈性系數(shù)法 :用煤巖的單向抗壓強度或彈性模量的絕對值，做為衡量沖擊傾向度的指標(biāo)。其指標(biāo)的界限值須根據(jù)各礦井的試樣進行試驗確定 。它是用小直徑（ 42~45mm）鉆孔，根據(jù)打鉆不同深度時排出的鉆屑量及其變化規(guī)律，來判斷巖體內(nèi)應(yīng)力集中情況，鑒別發(fā)生沖擊地壓的傾向和位置。 （五）地音、微震監(jiān)測法 :巖石在壓力作用下發(fā)生變形和開裂破壞過程中，必然以脈沖形式釋放彈性能，產(chǎn)生應(yīng)力波或聲發(fā)射現(xiàn)象。顯然，聲發(fā)射信號的強弱反映了煤巖體破壞時的能量釋放過程。根據(jù)測得的地音波或微震波的變化規(guī)律與正常波的對比 ,判斷煤層或者體發(fā)生沖擊傾向度。 （七）綜合測定法 :為了能夠更準(zhǔn)確地判斷出發(fā)生沖擊地壓的地點和時間，可同時采用上述兩種以上的方法，根據(jù)多因素的變化，綜合加以確定。 （ 6） 沖擊地壓的防治措施 （一）降低應(yīng)力的集中程度 減弱煤層成煤層區(qū)域的礦山壓力值的方法有：超前開采保護層；無煤柱開采，在采區(qū)內(nèi)不留煤柱和煤體突出部分，禁止在鄰近層煤柱的影響范圍內(nèi)開采；合理安排開采順序，避免形成三面采空狀態(tài)的回采區(qū)段或條帶和在回采工作面前方掘進巷道，必要時應(yīng)在巖石或安全層內(nèi)掘進巷道，禁止工作面對采和追采。在煤炭系統(tǒng)巖爆習(xí)慣上稱為沖擊地壓。 ? 危害 ? 自 1738年英國某錫礦首次發(fā)生巖爆以來，在世界范圍內(nèi)已有 20多個國家發(fā)生過巖爆現(xiàn)象，據(jù)煤炭系統(tǒng)不完全統(tǒng)計，到 1995年底，我國已有35對礦井累計發(fā)生 2022余次巖爆事故，造成數(shù)以百計的人員傷亡，巷道破壞達 20多萬米。 安全閥開啟 老虎臺礦 巖爆的機理和產(chǎn)生的原因 ? 各類巖爆的最終表現(xiàn)形式都十分相似，但由于應(yīng)力環(huán)境、采動影響、巖體力學(xué)性質(zhì)及擾動特征的復(fù)雜性，造成巖爆產(chǎn)生的成因及機理尚不十分明確。 強度理論 ? 強度理論認為在開掘或采動過程中，在采場和巷道周圍形成應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力達到巖石強度時，脆性巖石就突然破壞形成巖爆。巖爆發(fā)生的強度準(zhǔn)則 ? 強度理論在判別巖爆時 ， 具有簡單 、 直觀 、 容易應(yīng)用的特點 ， 但它對巖爆的動力學(xué)特征描述不夠 ， 而且不能反映巖爆的時間特征 。 這從側(cè)面說明了強度理論的局限性 ?？紤]了巖爆能量動態(tài)過程，巖爆的能量準(zhǔn)則可表示為： ? 能量理論只說明了巖體 圍巖系統(tǒng)在力學(xué)平衡狀態(tài)時，釋放的能量大于消耗的能量，巖爆就發(fā)生，但沒有闡明平衡狀態(tài)的力學(xué)性質(zhì)和破壞條件，特別是圍巖釋放能量的條件，因此巖爆的能量理論缺乏必要條件。 當(dāng)巖體介質(zhì)的沖擊傾向度大于規(guī)定的極限值時 ， 就可能發(fā)生巖爆 。 ? 式中 K為沖擊傾向性指標(biāo) ， K*為沖擊傾向性極限值 ， 用一組沖擊傾向指標(biāo)來評價巖體發(fā)生巖爆的危險性具有實際意義 ， 但巖爆的發(fā)生與周圍環(huán)境密切相關(guān) ， 實驗室測定的沖擊傾向指標(biāo)難于全面代表各種地質(zhì)因素條件下巖爆特征 。它從數(shù)學(xué)上的穩(wěn)定性理論出發(fā)，研究系統(tǒng)穩(wěn)定準(zhǔn)則。當(dāng)巖體處于非穩(wěn)定的平衡狀態(tài)時，遇到外界有微小的擾動，巖體就可能發(fā)生失穩(wěn)，從而在瞬間釋放大量能量，這些能量促使巖體從靜態(tài)變?yōu)閯討B(tài)，于是發(fā)生急劇、猛烈的破壞。它在地下采礦和地震工程中也稱為地音。 ? 在預(yù)測評估技術(shù)方面 ， 不斷成熟的模式識別技術(shù)和改進的聲測方法使得低應(yīng)力和高應(yīng)力巖石之間聲發(fā)射的差異能被精確地測量出來 ， 并用來進行巖石應(yīng)力集中區(qū)和巖爆先兆的評估 ， 進而預(yù)測預(yù)報巖爆的發(fā)生 。該礦區(qū)正常情況下聲發(fā)射率一般在 30次 /日以下，但在巖爆發(fā)生前兩小時左右，聲發(fā)射活動突然激增，其峰值強度可達正常值的數(shù)十倍，隨后迅速下降，再經(jīng)過 1~2小時就發(fā)生巖爆。 鉆屑法 ? 鉆屑法是在巖體內(nèi)鉆孔，同時測量巖粉量、聲響、鉆孔沖擊、鉆孔阻力和巖粉粒度，來判斷巖體內(nèi)應(yīng)力集中程度，鑒別發(fā)生巖爆的傾向和位置。鉆屑法一般應(yīng)用于煤礦開采中。 它的表達式為： ? 式中 ?為鉆粉率指數(shù) ， Vb為鉆出的巖粉量 ， Vz為正常排粉量 ， ? ? VVbz地球物理檢測法 ? 某些淺源地震機制和巖爆相似，因此可以利用檢測地震的一些地球物理方法，如地質(zhì)層析 X線成像法及電磁輻射法，檢測巖爆。（ 1）礦區(qū)巖體的主動成像能提供大區(qū)域巖體的特性；（ 2）通過連續(xù)成像可提供對巖體性質(zhì)的監(jiān)控；（ 3）以往巖體層析成像提供例如微震傳感器布置區(qū)內(nèi)巖石物理力學(xué)性質(zhì)的信息。 ? 電磁輻射是巖石破裂時的一種伴生現(xiàn)象 ， 它和聲發(fā)射檢測巖爆具有許多相似之處 ， 用于探測高應(yīng)力區(qū)和動力過程 。 目前防治巖爆有兩類方法 ， 一類是間接防治 ， 另一類是直接防治 。 選擇合理的巷道開掘方式和布置形式避免形成高應(yīng)力集中和能量的大量集聚 ， 對防治巖爆的發(fā)生極其重要 。 主要包括： 1） 盡量避免巷道進入高應(yīng)力區(qū)的破碎帶； 2） 避免形成不規(guī)則的巷道形狀和孤立礦柱； 3） 開挖速度也是影響巖爆的重要因素 。 卸壓爆破是對具有巖爆危險的地帶 ， 用爆破的方式減緩應(yīng)力集中程度 ， 從而消除巖爆的產(chǎn)生 ， 它是減緩巖爆發(fā)生的主要措施之一 ， 在許多國家和地區(qū)應(yīng)用 。 通過向高應(yīng)力區(qū)鉆一些大直徑的鉆孔來誘導(dǎo)巖體變形 ， 減緩巖體中存儲的高應(yīng)變能 ， 從而消除巖爆的產(chǎn)生 。 誘發(fā)爆破 。 注水軟化。 形成巖土工程災(zāi)害的因素 ? 自然因素： ? 生物圈的作用力：風(fēng)化 ? 太陽熱能的作用力：風(fēng)化和凍融 ? 大氣圈運動的搬運力：風(fēng)蝕 ? 大氣降水的襲擊力：剝蝕、沖溝 ? 地表水圈的作用力：掏蝕、沖刷、岸邊再造 ? 地下水的作用力：巖溶、破碎帶的管涌、塌陷 ? 巖土的重力：滑坡、崩塌 ? 地球引力和板塊運動：地震、地殼變形、火山 人為因素 ? 人類活動一方面創(chuàng)造世界，另一方面破壞環(huán)境，造成巖土工程災(zāi)害?？煞乐涡院谩? 研究的方法 ? 根據(jù)本學(xué)科的工程特點，采用現(xiàn)場調(diào)查、科學(xué)實驗和理論分析相結(jié)合的研究方法 ? 現(xiàn)場調(diào)查包括：工程地質(zhì)測繪、勘探、和物探，主要收集現(xiàn)場資料。現(xiàn)在實驗包括數(shù)值模擬實驗。包括：分形理論、突變理論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)理論、重整化群理論等，它們主要處理自然界和社會活動過程中復(fù)雜現(xiàn)象和規(guī)律。其實則是地層中巖土體的失穩(wěn)破壞。 地下采煤引起的地表塌陷 原砂土堆壩 河道 右壩遠景與干枯的河道 沉降量 理論研究路徑 ? 理論研究是把巖體和臨空面抽象為一定的理論模型，根據(jù)該理論模型的理論解及實測、實驗求得的參數(shù)，對巖體內(nèi)部及地表的應(yīng)力和位移進行計算，其流程圖如下： ? 地層沉陷的理論研究示意圖 理論研究的三種方法 ? 唯象學(xué)理論研究：包括概率積分法、負指數(shù)函數(shù)法、典型曲線法。 ? 經(jīng)典力學(xué)理論研究（反分析）：利用黑箱原理，進行巖體采動系統(tǒng)調(diào)制，老擬合采動巖體與地表的移動曲線。 ? 力學(xué)理論研究（正演分析）：利用力學(xué)原理，將巖體抽象為力學(xué)模型，編制相應(yīng)的計算程序?qū)Σ蓜訋r體與地表沉陷進行模擬。分成六個區(qū)域，上覆巖層分為冒落帶、裂隙帶和彎曲帶，底板分為底板導(dǎo)水裂縫帶、保護帶和承壓水導(dǎo)升帶。 ? 地表沉陷盆地的發(fā)生和發(fā)展 地表沉陷盆地區(qū)域劃分示意圖 地表沉陷的危害 ? 地層沉陷對建筑物的危害 ? 地層沉陷對水體的危害 ? 地層沉陷對鐵路和公路的危害 ? 地層沉陷對井巷的危害 ? 地層沉陷對山體和露天礦邊坡的危害 ? 地層沉陷誘發(fā)礦山動力災(zāi)害 地層沉陷的預(yù)測（概率積分法） ? 地下礦體采出后，巖層和地表將發(fā)生移動，以統(tǒng)計的觀點將整個開采分解為無窮多個無限小的開采，整個開采對巖層和地表沉陷的影響相當(dāng)于無窮多個無限小開采影響之和。 ? 活動基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖 離層注漿控制地層沉陷 ? 離層注漿控制沉陷就是利用礦體開采后覆巖層裂過程中形成的離層空間，借助高壓注漿泵從地面通過鉆孔向離層空間注入充填材料，占據(jù)采出空間向上傳遞，支承巖層、減緩離層上位巖體的進一步彎曲下沉，從而達到減緩地層沉