基于有限元强度折减法的露天磷矿高边坡稳定性分析

针对尖山磷矿开采实际情况,利用ANSYS有限元分析软件建立了考虑重力载荷作用的高边坡体稳定性分析数值模型,运用强度折减法折减边坡岩体的黏聚力和内摩擦角,根据计算结果分析尖山磷矿东采区高边坡在重力作用下的稳定情况。结果表明:当折减系数由1.33增加到1.34时,高边坡体的位移、塑性应变发生突变,通过边坡失稳的主要判据判定目前尖山磷矿东采区高边坡的安全系数为1.33,边坡稳定。     

琅琊山露天矿山边坡稳定性的离散单元强度折减法分析

为了能够准确地反映琅琊山露天矿山岩体的特征面貌,更好地模拟该矿山边坡的安全稳定状况,通过离散单元法与强度折减技术,获取了琅琊山露天矿山边坡的安全稳定性系数,分析了该边坡岩体位移场和应力场分布情况,以及塑性区发育特征。边坡数值分析结果表明,琅琊山露天矿山边坡的岩体中含有许多不同构造的复杂结构面,在外界应力很小的情况下,边坡岩体的稳定性主要由其内在结构面所决定。离散单元法可以获取边坡岩体真实的几何特征,强度折减法可以通过改变岩体的抗剪强度来获得边坡岩体的安全系数,基于离散单元法的强度折减技术可以更准确的分析该露天矿山边坡的安全稳定性。     

直边坡参数对边坡稳定性的影响

采用量纲分析的方法给出直边坡几何参数和物理力学参数决定边坡稳定系数的通式。首先,边坡高度H和边坡角α被确定为直边坡的几何参数,抗拉强度σt、黏聚力C、内摩擦角和岩土比重γ被确定为直边坡的物理力学参数;其次,采用量纲分析的方法,形式上给出边坡稳定系数F的通式,F=qαpα(C/Hγ)pcφpφ(σt/Hγ)pσ;再次,为了得到待定系数q和待定指数pα、pc、pφ、pσ,通过最小二乘法对数万个计算结果进行回归分析(每个结果都是通过FLAC计算将确定的直边坡参数与它的稳定系数形成对应)。结果表明,在一定的取值范围内,边坡稳定系数的表达式为F=4.63/α(C/Hγ)0.17φ0.83。可见,受MohrCoulomb和拉应力两个强度准则控制的岩土材料形成的直边坡的稳定性受无量纲的黏聚力、边坡角(角度)、内摩擦角(角度)的控制,与抗拉强度关系不大。无量纲黏聚力是黏聚力除以边坡高度和岩土比重。     

露天矿最终边坡角的快速拉格朗日有限差分法研究

某露天钼矿,矿体为石英粗面岩,下盘为流纹岩,上盘为粗面凝灰岩。原设计坑底标高为630 m,最终边坡角上盘实际取48°,下盘取50°。二期设计坑底标高为500 m。为了探索露天坑底延伸后的最终边坡角,分别应用ANSYS和快速拉格朗日有限差分法(FLAC-3D),研究矮台阶和高台阶开采的边坡稳定性及局部边坡加固方法。结果表明:应用ANSYS软件在D-P准则下研究最终边坡角及边坡稳定性是不合适的;由FLAC-3D得出经济合理的最终边坡角为48°~50°。为确保边坡的长期稳定,应用长8 m的锚索加固局部台阶,可减小其潜在的受拉区中的拉应力值;按一根锚索承担的台阶潜在的受拉区的岩体自重施加锚固力是合理的;若高台阶坡面角不变,边坡稳定性略有恶化;降低高台阶坡面角可加大边坡的稳定性。在莫尔-库伦准则下FLAC-3D适合搜索岩质边坡的潜在受拉区,据此确定最终边坡角技术可行、经济合理、简便适用。用该方法研究最终边坡角,克服了极限平衡法必须事先假定滑动面的弱点。     

弹塑性极限平衡法分析复杂岩质边坡的稳定性

笔者采用弹塑性极限平衡法来研究分析复杂岩质边坡的稳定性 ,即以塑性极限理论为基础 ,应用逐渐降低材料强度来逼近系统的极限平衡 ,并以屈服区的贯通来表征系统的极限平衡状态。此时 ,系统达到临界平衡状态时所对应的材料强度降低倍数即为整体最小安全系数 ,临界平衡状态定义为边坡内的塑性屈服区能够形成潜在的滑移通道时的状态。以城门山露天矿南帮边坡为研究对象 ,通过自行改编的NCAP -FS程序进行了数值分析 ,结果表明 ,南帮边坡现阶段是安全稳定的 ,与现场观测结果一致。     

顺层或逆层岩质急倾斜边坡坡角的确定

为了解当岩体具有急倾斜构造和水平裂隙发育时,由该岩体形成顺层和逆层边坡情况下,不同坡角对该边坡稳定性的影响,使用基于颗粒流理论的PFC3D进行了模拟。利用PFC3D中的JSET和Bonds模拟了非连续性和连续性的岩体构造形式。构建了坡角为40°、50°、60°、70°和80°的顺层和逆层边坡,并对边坡稳定性进行了模拟。模拟结果表明,岩层的重力作用在逆层时有利于岩体外倾,顺层时抑制外倾。相同坡角时顺层较逆层更为稳定。大变形裂隙区的出现位置与岩体构造有很大关系。提出的修建边坡坡角建议为顺层时坡角不应大于60°,逆层时坡角不应大于50°。     

某山坡露天矿边坡稳定性的FLAC3D研究

某山坡露天矿,原设计的最终边坡角约为46°。为了探索最终边坡角的合理性,应用快速拉格朗日有限差分法FLAC3D在摩尔-库伦准则下搜索该岩质山坡露天边坡的潜在受拉区,判定其稳定性。结果表明:经济合理的最终边坡角是50°38';应用8 m长的锚索加固局部台阶可减小其潜在受拉区中的拉应力;并段将减小边坡的稳定性;爆破开挖时的同段最大装药量与爆距对边坡稳定性影响明显。该方法确定最终边坡角技术可行,它适用于研究岩质边坡的稳定性,克服了用极限平衡法研究边坡稳定性必须事先假定滑动面的弱点。     

含多弱层复合边坡滑坡治理三维数值分析

白音华二号矿滑坡区边坡治理工程是针对稳定性差的南帮非工作帮和南排土场构成的复合边坡进行的。滑坡体受多层弱层控制,治理过程中易导致边坡失稳,所以治理工程采取分区开采的条采方案,充分利用边坡治理的三维效应来进行边坡的失稳破坏研究和稳定性分析。选取滑坡区的典型剖面作为研究对象,基于强度折减方法(SRM),应用有限差分FLAC3D软件,在两种开挖条件下,对含多弱层的复合边坡的稳定性规律和破坏机制进行了数值模拟分析,揭示了多弱层对复合边坡的失稳破坏及稳定性的影响。研究结果表明,治理工程中,弱层被揭露一定宽度,滑体沿煤底板弱层水平错动、竖直方向拉裂破坏;随弱层暴露宽度的增加,边坡稳定性明显降低,说明治理边坡具有三维效应;开挖至3-3煤层底板,开挖坡角20°,弱层暴露宽度为400m,边坡的稳定系数刚好达到安全储备系数1.1,建议矿方首选此方案,可以最大限度的回收煤炭资源。     

排土场稳定性影响因素显著性研究

为提升排土场稳定性,以某露天煤矿排土场为例,结合正交试验和强度折减法,开展排土场稳定性影响因素显著性研究。通过分析资料与野外调研,厘定典型排土场稳定性诱发因素,构建排土场真三维地质模型,反演验证和分析排土场的岩土体参数和变形规律特征,得出排土场边坡内部应力和位移的变化特征以及塑性破坏区分布范围;以真三维网格模型中最危险截面为依据构建理想模型,设计正交试验模拟方案并开展数值模拟,对模拟结果进行方差分析,寻求显著影响因素。研究结果表明:台阶数量、台阶高度、气象水文和台阶角度等对排土场稳定性的影响为极显著;台阶宽度对排土场稳定性的影响为显著。     

考虑岩土体剪胀特性的边坡稳定性分析*

为考虑岩土体剪胀特性对边坡稳定性的影响，基于非关联流动法则，利用等效内摩擦角的概念对原抗剪强度参数进行修正，以修正后的等效参数c*，φ*探讨剪胀角对岩土体强度的影响，结合传统强度折减法以及基于临界曲线的双系数折减法，求解基于修正后等效参数计算的边坡安全系数，并给出安全系数的取值方法。结果表明:采用等效参数来考虑剪胀角的影响是可行的；随剪胀角的增大安全系数增大，且增长速度变缓，剪胀角在0~25°范围内对安全系数的影响显著，在实际工程计算中需要考虑剪胀角对边坡稳定性的影响；基于临界曲线的双系数折减法可较为直观地体现出剪胀角的影响程度，在研究剪胀角对边坡稳定性的影响时可采用此方法进行分析。     

山区坡顶建筑荷载作用下顺层粘土边坡稳定性分析

基于摩尔库伦本构模型和SRM法,利用MIDAS GTS NX有限元数值模拟软件,结合镇雄县某滑坡治理区域新出现隐患应急抢险工程施工方案,将该边坡在天然状态、砌石挡土墙加固、抗滑桩加固、抗滑桩+锚杆锚索框格梁加固4种工况模拟结果与现场实际情况进行对比,分析边坡及坡顶建筑稳定性。得出以下结论:该边坡砌石挡土墙的加固作用低于天然削坡状态;坡顶建筑为一层时,天然削坡的安全系数为1.069,存在安全隐患,在类似边坡修筑浅基础房屋前应对边坡进行加固处理;抗滑桩加固对坡脚滑动体起到了良好限制作用,此时边坡安全系数为1.184,仍存在安全隐患;锚杆锚索框格梁对边坡加固时,坡顶建筑与抗滑桩最大变形分别为4.92 cm与3.26 cm,相比抗滑桩加固缩小41.4%与30.2%,安全系数为1.622,相对抗滑提高40.0%,此时边坡处于安全状态。为类似边坡治理工程提供参考。     

强度折减系数法在学堂湾滑坡稳定性评价中的应用

基于强度折减系数的有限单元法不但满足力的平衡条件,而且考虑了材料的应力应变关系,使得计算结果更加精确合理.本文采用非线性有限元强度折减法对三峡库区三期地质灾害防治工程应急抢险紧急实施项目--学堂湾滑坡进行稳定性评价研究.研究结果表明,与传统刚体极限平衡法相比,该方法能够更有效地描述边坡破坏模式,而且通过研究边坡稳定分析所计算的安全系数以及通过最大剪切变形率的相关等值线可以查看破坏形态,更有助于理解滑体破坏机制.有限元强度折减系数法为滑坡稳定性评价提供了一条更为有效的途径.     

某水电站工程右岸引水发电系统厂房后边坡稳定性三维有限元分析

针对某水电工程坝址区地质条件复杂、开挖步序多的实际情况,采用三维有限元法,分析了某水电工程右岸厂房后边坡的稳定性,得到了边坡开挖卸荷、支护中的变形规律和应力分布特性,给出边坡的破坏特征和部位,提出了边坡治理方案。引入强度折减法,以安全系数的形式来分析边坡的稳定性,强度折减法可以与边坡规范相映证,同时该方法采用边坡稳定安全系数,可以直观定性的判断边坡的整体稳定性。工程实践表明,边坡工程稳定性分析结果和加固设计方案合理有效。     

基于强度折减与刚度退化小净距隧道围岩稳定性研究

运用刚度退化的基本原理和方法,将泊松比ν和弹性模量E进行调整,提出变刚度隧道围岩强度折减法。以某小净距隧道为例,在只调整ν或E、同时调整ν和E、保持ν和E不变4种情况下,探讨了刚度退化对小净距隧道围岩稳定性的影响。结果表明:ν对隧道拱顶下沉、拱底沉降、最大主应力的影响要强于E;隧道两拱脚向内位移随折减系数的增大而增大,内侧拱脚向内位移比外侧拱脚的要大,且在刚度调整时拱脚位移要比保持刚度不变时大;等效塑性应变随折减系数的增大而增大,刚度调整导致等效塑性应变区减小,考虑刚度退化推迟了中夹岩柱塑性区贯通;将变刚度隧道围岩强度折减法应用于小净距隧道工程围岩稳定性评价,可依据安全系数的大小来评判设计的合理性,为支护参数及施工技术的选用提供参考。     

基于响应面法和强度折减法的边坡可靠性计算研究

针对边坡安全系数是隐式函数的特点,提出将有限差分强度折减法和响应面法(RSM)相结合,分析边坡可靠性的方法。采用安全系数、破坏概率及对应的临界滑动面等,作为综合评价边坡稳定性的指标。算例验证表明,笔者提出的计算方法所得结果与其他方法比较接近,且更能反映边坡真实的工作状态。对某钢铁基地工程的昔格达组地层边坡,采用新的计算方法进行可靠度分析,对比研究确定性破坏模式和概率破坏模式中剪应变增量和破坏区的分布。研究结果表明,均值强度较高的边坡岩土体,如果变异系数较大,便仍处于较高风险水平,虽然边坡整体的安全系数满足工程要求;均值安全系数和最小可靠度指标对应的破坏模式也是有差别的。     

基于岩体扰动参数的边坡结构优化

为了研究岩体扰动参数对边坡稳定性的影响,根据某露天边坡岩体物理性质及坡体钻孔勘探结果,分析了边坡体各岩组在不同扰动参数下的强度弱化过程;考虑由扰动产生的节理裂隙对边坡稳定性的影响,通过Phase^2软件对仿真计算模型进行了不同扰动程度的区域划分;同时提出了一种用于直观表征露天整天边坡稳定性的安全系数“玫瑰花”图。结果表明:各边帮受节理切割和爆破扰动的影响,稳定性差异较大,部分边帮安全储备充足,仍存在优化空间;节理裂隙几何位置对边坡失稳滑移面具有控制作用,对于近乎顺层岩质边坡,其破坏主要沿节理面剪切滑移;对于具有浅埋倾覆节理面边坡,由于岩体强度较高易发生倾倒破坏,所绘制的边坡安全系数“玫瑰花”图可直观表征露天边坡整体稳定性,考虑局部扰动影响对边坡稳定性分析进行精细化表征,为矿山边坡角度的进一步优化提供了一定的参考指标。     

某场地边坡稳定分析方法的比较研究*

为了对边坡稳定性分析方法进行研究,以某场地高填方边坡和直立边坡为研究对象,基于Geostudio、理正软件以及ANSYS软件,采用M-P法、Bishop法和强度折减法进行边坡稳定分析。结果表明:高填方边坡安全系数为1.3,为稳定边坡;AB,BC,CD段地块间边坡边坡安全系数依次为0.479,0.410,0.381,基坑边坡安全系数为0.436,均为不稳定边坡;其中,M-P法得到的安全系数偏保守,Bishop法得到的安全系数结果较可靠,强度折减法得到的结果最为理想。研究结果可为边坡稳定性研究与治理提供借鉴。     

露天开采边坡稳定性分析方法及灾害防治措施研究

研究露天开采边坡的安全稳定对露天矿山的安全生产具有重要意义。在分析边坡滑动破坏影响因素的基础上,总结和分析了边坡稳定性分析方法在露天开采中的应用现状;系统地探讨在露天开采边坡安全评价中常用的3种边坡稳定性分析方法;应用典型的计算算例验证3种方法在露天开采边坡稳定性分析中的适用性;在边坡滑坡破坏机理分析的基础上,探讨了边坡滑动灾害的防治措施。     

尾矿坝静力稳定分析的探讨与建议

尾矿坝不同于传统水库土石坝,不应完全按照传统土石坝的稳定分析方法。探讨了上游式尾矿坝静力稳定分析中的常见问题,分析了尾矿坝中孔隙水压力与超孔隙水压力来源,提出dp不大于005mm的尾矿坝年上升速率应不大于20m/a,对于上升速度过快的尾矿坝内应增设排水设施,以利于超孔隙水压力及时消散。在抗滑稳定分析方面,依据土力学的基本原理,明确了有效应力与总应力稳定分析方法的适用条件,将尾矿坝生命周期初期坝施工结束期、堆坝期、退役期等三个阶段,分别采用不同的稳定分析方法与强度参数。还讨论了尾矿坝中的两种特殊材料饱和松