D0I:10.13374/i.issn1001053x.2002.06.002 第24卷第6期 北京科技大学学报 Vol.24 No.6 2002年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2002 暴雨入渗对复合岩体塌陷区结构失稳的影响 来兴平1,2) 1)北京科技大学士木与环境工程学院，北京1000832)西安科技学院陕西省岩层控制重点实验室，西安710054 摘要利用位移、应力、能量耦合监测技术，分别对渗流大小、沉降量、声发射特征参数等之 间的关系进行统计，全面分析渗流对坚硬复合岩体支护的塌陷区围岩结构动力失稳的影响，研 究表明，在渗流的作用下，塌陷区不稳定程度加剧，通过声发射监测特征参数可以初步分析渗 流与塌陷区结构失稳之间的演化关系， 关键词暴雨入渗；塌陷区结构失稳；耦合监测；声发射 分类号TD353;TD312 有关资料表明，国内外发生的岩体工程事 组成.水体（包括浆液）在该种介质中流动时，既 故中，60%的煤矿顶板灾害等事故与水在岩体 可在裂隙中流动，以可在岩块中流动，并在两者 介质中的渗流而导致的失稳有关.因此，通过 之间发生强烈的相互作用.地表水渗人主运输 耦合监测技术研究岩体介质渗流具有重要的理 巷的顶板围岩和作用过程如图1所示.由于渗 论价值与实际意义，利用声发射研究渗流与坚 流侵人，孔隙介质内部有断裂，而且局部失效 硬复合岩体作用关系也是-一次很有意义的尝，同时，在岩石骨架上的渗流通过裂隙、界面滑动 试. 流等自由快速地流向裂隙网络，造成巷道围岩 山东玲珑金矿255m水平主运巷塌陷区采 动力失稳、破坏和环境灾害诱发机制 用“拱桥法”锚注加固技术于1997年完成塌陷 段加固治理工程.由于塌陷和变形的规模大，且 」地面不透水层 上部是松动区，松散体，下部是采空区，采用“散 体成孔技术”和“双泵双液高压控制注浆”等专 利技术加固围岩，然后对四周注浆和锚固，形成 以坚硬花岗岩、水泥（混凝土）、刚纤维等复合材 (a) (b) (c) 料支护体系，或称纤维增强水泥基复合材料支 图1地表水渗入主运输巷的顶板围岩和作用过程 护体系，效果很好.由于自然降水（连降暴雨）比 Fig.1 Interaction process in the roof strata due to heavy 较大，暴雨入渗岩层内部，造成岩层很不稳定 rain 本文以山东玲珑金矿255m水平主运巷塌陷区 围岩结构失稳研究为工程背景，利用耦合监测 2耦合监测模型建立 技术，分析渗流对塌陷区稳定性的影响，为工程 地下矿山塌陷区监测方法主要包括：()开 治理决策提供理论依据 挖边界岩石的破裂和滑移；(2)垂直于或沿单个 节理或裂隙面的移动；(3)开挖边界点上的相对 1渗流对围岩作用的过程描述 位移或断面相对收敛；(4)地表沉降；(5)地下水 从岩体结构理论和实际现状来看，岩体是 渗流；(6)支护构件的荷载变化；(7)充填层中的 一种多孔结构，其主要由孔隙性差且透水性强 正应力和剪应力：(8)充填层的离层：(9)断层活 的裂隙系统和孔隙性好且透水性弱的岩块系统 动；(10)波（能量）的传播.为了准确了解主运巷 的稳定性状况和分析塌陷区结构动力失稳与时 收稿日期200201-04来兴平男，30岁，讲师，博士 空演化关系，在现场采用塌陷区断面收敛变形 *国家自然科学基金资助项目No.50074002) 监测、应力测量、声发射和渗流多种方法耦合监第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 暴雨入渗对复合岩体塌 陷区结构失稳的影响 来兴平 ’ ， “ ， 北京科技大学士木与环境工程学院 ， 北京 西安科技学院陕西省岩层控制重点实验室 ， 西安 摘 要 利用位移 、 应力 、 能量祸合监测 技术 ， 分别对渗流大小 、 沉降量 、 声发射特征参数等之 间的关系进行统计 ， 全面分析渗流对坚硬复合岩体支护的塌 陷区 围岩结构动力失稳 的影 响 研 究表 明 ， 在渗流 的作用 下 ， 塌 陷区 不稳定程度加剧 ， 通过声发射监测特征参数可 以初步分析渗 流与塌 陷区结构失稳之间 的演化关系 关键词 暴雨人渗 塌 陷区 结构失稳 藕合监测 声发射 分 类号 有关资料表 明 ， 国 内外发生 的岩体工程事 故 中 ， 的煤矿顶 板灾害等事故与水在岩体 介质中的渗流而导致的失稳有关 “ 川 因此 ， 通过 藕合监测技术研究岩体介质渗流具有重要 的理 论价值与实际意义 ， 利用声发射研究渗流 与坚 硬 复合岩体作用 关 系也 是 一 次 很 有 意义 的尝 试 山 东玲珑金矿 水平 主运巷塌 陷区采 用 “ 拱桥法 ” 锚注加 固技术 于 年完成 塌 陷 段加 固治理工程 由于塌 陷和变形 的规模大 ， 且 上部是松动区 ， 松散体 ， 下部是采空 区 ， 采用 “ 散 体成孔技术 ” 和 “ 双泵双液高压 控制注 浆 ” 等专 利技术加 固围岩 ， 然后对 四周 注浆和锚 固 ， 形成 以坚 硬花 岗岩 、 水泥 混凝土 、 刚纤维 等复合材 料支护体系 ， 或称 纤 维增强 水泥基复合材料支 护体系 ， 效果很好 由于 自然降水 连降暴雨 比 较大 ， 暴雨 入渗岩层 内部 ， 造成岩层很不 稳定 本文 以 山东玲珑金矿 水平 主 运 巷塌 陷区 围岩结构失稳研究为工程背景 ， 利用 藕合监测 技术 ， 分析渗流对塌 陷区稳定性的影 响 ， 为工程 治理决策提供理论依据 组成 水体 包括浆 液 在该种介质 中流 动 时 ， 既 可在裂隙中流动 ， 以可在岩块 中流动 ， 并在两者 之间发 生 强烈的相互作 用 地表水渗人主运输 巷 的顶板 围岩 和 作用 过程如 图 所示 由于 渗 流侵人 ， 孔 隙介质 内部有断裂 ， 而且局 部失效 同时 ， 在岩石 骨架上 的渗流通过裂 隙 、 界面滑 动 流等 自由快速地流 向裂 隙网络 ， 造成巷道 围岩 动力失稳 、 破坏 和 环境灾害诱发机制 『， 图 地表水渗入 主运输巷的顶板围岩和 作 用 过 程 】 渗流对 围岩作用 的过程描述 从岩体结构理论和 实际现状来看 ， 岩体是 一种多孔结构 ， 其主要 由孔 隙性差且透水性强 的裂 隙系统和孔 隙性好且透水性弱 的岩块系统 收稿 日期 刁 一 来兴平 男 ， 岁 ， 讲师 ， 博士 国家 自然科学基金资助项 目困 藕合监测模型建立 地下 矿 山塌 陷 区监测 方法 主要包括 开 挖边界岩石 的破裂和 滑 移 垂 直于或沿单个 节理或 裂 隙面 的移 动 开 挖边界点上 的相对 位移或断面 相对 收敛 地表沉 降 地下 水 渗流 支护构件的荷载变化 充填层 中的 正应 力 和 剪应力 充填层 的离层 断层 活 动 波 能量 的传播 为 了准 确 了解 主运 巷 的稳定性状况和 分析塌 陷区结构动力失稳与时 空演化关系 ， 在 现场采用 塌 陷 区 断面收敛变形 监测 、 应 力测量 、 声发射和渗流多种方法祸合监 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2002．06．002