含孤石土质边坡稳定性及破坏特征的数值分析*

为探究花岗岩风化形成的风化球孤石对边坡稳定性及破坏特征的影响,利用摄影测量和数字图像处理技术,对大量的孤石进行拍照及处理,建立大量具有各种形状的孤石模型,从所建立的孤石模型中选取具有不同形状参数的孤石,将其导入ABAQUS软件,建立含有孤石的边坡模型,进行有限元强度折减分析。结果表明:孤石的位置和大小会对边坡的安全系数产生规律性影响,而孤石的形状对边坡安全系数的影响表现出不确定性;孤石对边坡破坏特征产生影响,塑性应变区发展过程及位移场分布在孤石处与均质边坡相比均有较大变化。     

尾矿坝边坡失稳判据研究

为避免尾矿库失稳破坏所带来的巨大损失和灾难,依据尾矿坝边坡破坏特征,将坝体边坡的破坏全过程分为连续的变形阶段和非连续的滑动阶段。建立相应的数学模型,采用蠕变理论及李雅普诺夫函数法分析尾矿坝边坡变形、滑动过程的稳定性,提出尾矿坝边坡失稳的加速度判据,得出滑动过程位移解析解。运用FLAC3D对山西某尾矿坝边坡进行计算,得到安全系数为1.67,边坡稳定;通过坝体边坡表面某点位移监测曲线可以看出ü<0,采用加速度判据可得此边坡稳定,与数值模拟结论相同。     

爆破荷载作用下隧道中隔岩稳定性研究

为研究爆破动力荷载作用下隧道中隔岩稳定性评价标准,以福州地铁2号线为工程背景,结合强度折减动力分析法和数值模拟,同时考虑中隔岩塑性区贯通、位移超过规范值、计算不收敛3种判据,综合对隧道中隔岩进行动力安全系数分析,研究隧道不同净距、不同开挖进尺后行洞隧道爆破开挖对隧道整体安全系数的影响。研究结果表明:中隔岩塑性区贯通时特征点位移和规范中位移限值较为接近,可共同作为评价中隔岩稳定性的最终评价标准;隧道净距越大、进尺越小,隧道整体安全系数越高;对围岩质量较差且净距小于1.6 m的双线隧道进行爆破开挖时,建议将爆破进尺控制在2 m以内。研究结果可为类似工程提供理论参考依据。     

堆积体边坡渐进性破坏的随机模型

为精确模拟堆积体边坡变形破坏过程,根据堆积体所固有的非连续性、非均质性、各向异性等特点,以及边坡变形破坏的渐进性特征,采用改进的有限单元法(FEM)对堆积体边坡进行模拟。考虑堆积体边坡从连续位移函数到不连续位移函数的突变。破裂发生前,用连续位移函数进行计算;破裂发生后,引入不连续位移函数。研究结果表明,破裂面上不同点的安全系数(FOS)是不同的,但都随着破坏过程而降低。同时,可以得出不同非均匀程度下安全系数的概率分布。     

截齿截割煤体变形破坏过程数值模拟研究

采用应变软化的模型,使用连续介质快速拉格朗日分析法(FLAC,FastLagrangianAnaly-sisofContinue)进行数值模拟计算;研究截齿截割作用下煤体变形破坏过程;分析各种工况下不同参数对煤体塑性区、最大位移、最大主应力、最大剪应力的影响。研究表明:截割力与塑性区大小成正比,位移、剪应力、主应力随截割力增大而增大;截深与塑性区大小成反比;截割角度与塑性区面积关系密切,试验用煤体最佳截割角度为5°左右;截割速度增加,塑性区面积减小;通过分析截割动态过程,得到位移矢量图及剪应变等值线图,发现截割过程中煤体的破坏是拉、剪联合作用的结果,以剪破坏为主。     

基于PFC3D的尾矿库地震稳定性模拟与分析

以西辛庄尾矿库为例,研究了不同地震加速度情况下尾矿库内部结构的变形和稳定性。采用PFC3D对基岩、初期坝、尾黏土、尾粉土、尾粉砂部分进行模拟,对表现为连续体的基岩颗粒采用接触连接和平行连接,对表现为松散体的其余4部分主要采用接触连接。在地震动峰值加速度分别为0.1g、0.2g、0.4g、0.6g的震动波作用下,模拟了20 s内尾矿库内颗粒运动变形及边坡滑落情况。结果表明:随着震动的持续,颗粒位移从尾矿库坡底向坡顶发展;除初期坝外,尾矿库发生位移的颗粒都集中在初期坝产生被动土压力的区域(下滑区);尾矿库的破坏过程为从初期坝背侧尾粉砂部分发生位移,到初期坝破坏,再到尾粉砂边坡的整体下滑,该过程是加速的,开始于出现尾矿库边坡凹陷,停止于下滑区完全破坏。     

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。     

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。     

基于强度折减法的巷道整体安全系数探讨分析

将有限元强度折减法应用到高地应力下巷道的稳定性评价。选用矩形、直墙半圆拱形、直墙半圆拱加反拱形、马蹄形及圆形等5种巷道常用断面开展计算研究。就上述5种典型断面,利用有限元分析软件ANSYS12.0分析了岩土体折减系数对巷道代表点的位移及围岩塑性区的发展的影响,再现了巷道断面岩土体变形发展过程。通过观察围岩塑性区的发展和巷道控制点的位移突变,求得各断面形状的安全系数并找出其潜在破坏面。根据安全系数的大小和破坏面的位置,能够评定巷道断面设计的合理性,并对施工工艺和支护参数提出改进建议。     

基于双强度折减法的浅埋偏压隧道安全性与破坏模式研究

基于双强度折减系数法,探究了以特征部位沉降、最大塑性应变和最大主应力是否突变及塑性区发展作为隧道失稳判据的适用性。基于双强度折减理论,采用不同埋深与高跨比、不同地表坡度及不同围岩级别,对浅埋偏压隧道进行了安全度分析,探讨了浅埋偏压隧道的破坏模式。结果表明,拱顶沉降对隧道围岩失稳有很好的突变响应,建议采用拱顶沉降作为隧道的围岩稳定性判据;黏聚力c及内摩擦角φ对隧道稳定安全系数的贡献受地表坡度及围岩级别影响较大;浅埋偏压条件下隧道开挖后产生的潜在破裂面主要有5处,不同破坏模式下的破裂面状态不同。     

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。     

长期渗水所致水位升高对露天矿边坡岩体状态的影响研究

为研究渗水导致露天矿坑内水位升高过程中，边坡岩体状态的变化特征，通过设置模拟场景并分析结果来确定岩体状态变化及其原因。分析了水位升高对边坡岩体可能造成的影响。根据矿区实际情况设置水位由-380 m升至20 m的9个均分模拟阶段，获得了每个阶段平衡时的岩体塑性区、位移和主应力情况，进而分析水位升高过程中的岩体状态变化。结果表明：水位升高对边坡岩体的塑性区影响最大，位移其次，主应力影响很小；水位上升使大高差边坡坡面的拉塑性区和位移增加；浸没岩体滑坡是下部滑坡体拖拽造成的；小高差边坡岩体水位升高过程中塑性区变化复杂，但对主应力的影响很小。研究可为露天矿长期渗水导致水位升高带来的灾害提供分析对照。     

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。     

露井联采逆倾边坡稳定性数值模拟

为最大限度回收资源,倾斜矿体开发时常采用露天与井工联合开采方式,形成露井联采逆倾边坡,由于受到双重采动效应影响,其变形破坏机理及稳定性问题变得极为复杂,是采矿工程领域研究的难题之一。以平庄西露天矿顶帮边坡为研究对象,同时考虑拉伸和剪切两种破坏判据,应用RFPA强度折减法对露井联采逆倾边坡岩移规律及稳定性进行了数值模拟。通过对比分析单一露天开采和露井联采条件下边坡岩体变形破坏规律、位移演化规律及应力分布特征的差异,揭示了地下开采对露天矿逆倾边坡岩移规律及稳定性的影响和原因。结果表明:单一露天开采时边坡发生滑移型破坏,而露井联采条件下边坡发生滑移-塌陷复合型破坏;受两种采动效应叠加的影响,地下采空区上方岩体以下沉为主,同时上山一侧岩体向露天采空区方向发生明显位移;受地下采动影响时,逆倾边坡稳定性下降,其根本原因是坡体内剪应力的大范围叠加升高,造成上部一定范围的岩体在边坡发生滑移前就遭到破坏,从而加剧了滑坡的发展。     

石宝铁矿边坡分区特征及稳定性分析

在工程地质分区的基础上研究将石宝铁矿采场边坡划分为12个分区,每个分区内选取代表性剖面使用简化Bishop法进行稳定性分析,分析自重、爆破震动及地下水不同工况情况下边坡稳定性。分析结果表明,不考虑排土场影响下,工况一时,边坡整体稳定性安全系数为1. 497～2. 871;工况二时,安全系数为1. 258～2. 388;两种工况下,露天采场边坡要素是均可保证边坡稳定的。采场南帮考虑排土场影响下,工况一时,计算的边坡整体稳定性安全系数为1. 634～2. 628;工况二时,安全系数为1. 398～2. 026;此时边坡仍旧是稳定的。     

弱层台阶边坡可靠度非侵入式随机分析*

为确保复杂结构边坡的安全稳定，针对弱层台阶边坡可靠性开展非侵入式随机分析。以抗剪参数为随机变量，采用局部平均法进行随机场离散，采用随机场和Monte Carlo(SMC)法编制程序进行数值计算，并与Monte Carlo(MC)法结果进行比较。结果表明:利用非侵入式随机分析方法计算可靠度效率更高且易于实现；随机场可以反映岩体力学参数的空间变异性以及参数之间相关特性，更接近于实际情况，弱层对边坡稳定性有重要影响，会导致边坡安全系数降低，且最大位移会显著增大；采用MC法会过度放大边坡的失效概率，而SMC法得到的结果更可靠。该结论可为复杂结构边坡的可靠性分析提供参考。     

地震作用下某露天砂岩矿边坡稳定性分析

针对川西南地区地震频发的特点，以某砂岩矿均质边坡为工程背景，在该矿区进行实地取样，开展室内单轴抗压强度试验，采用适合小样本数据的Bootstrape法确定岩体强度；利用有限差分软件分析该砂岩矿边坡在单向水平地震作用下的动力响应规律，采用强度折减动力分析法分析不同折减系数下的塑性区分布状态、关键点位移的变化趋势以综合判断边坡的稳定性，得到在3种地震波形下的边坡稳定性系数。结果表明，在同一震级下，采用强度折减动力分析法所得到的稳定性系数较拟静力法增大12%。研究结果可为类似边坡工程地震工况下的稳定性分析提供参考借鉴。     

露天矿边坡岩体裂隙测量与卸荷破坏的数值模拟研究*

为探究露天矿不同高度边坡卸荷破坏模式的异同,以辽宁鞍山大孤山铁矿某岩质边坡为背景,利用边坡岩体内优势裂隙组产状、迹长和密度等随机分布参数,构建与边坡结构面具有相似分布规律的二维网络模型,借助PFC数值计算软件,探讨不同开采水平下坡体位移场和裂隙发展的时空演化规律以及边坡的破坏模式。研究结果表明:在边坡开挖过程中,出现的裂隙以张拉裂隙为主;裂隙主要出现在靠近坡面一定范围内,从坡面向里,裂隙数量减小,裂隙初始出现在坡脚区域,而后向坡顶发展;边坡开挖后,水平位移由负变为正,且突然增大,而后呈现阶跃型增长;边坡水平和竖向位移最大值发生在坡脚区域和靠近坡面位置,远离坡面,位移逐渐减小。     

尾矿坝地震液化侧向位移分析方法及应用

为评估尾矿坝地震液化侧向位移值,评价坝体地震安全状态,有必要建立适用的地震液化侧向位移分析方法。基于现场标准贯入测试数据,分析地震液化敏感性。采用简化方法进行液化评价。根据抗液化安全系数与最大剪切应变间的关系,建立尾矿坝地震液化侧向位移计算式。归纳分析已有7个堤坝液化破坏实例。提出针对中小型尾矿坝,区分地震液化有限变形和整体破坏的极限值(即破坏判据)为2.0 m。选取2座上游法尾矿坝,采用新建方法进行实证分析。结果表明,预测液化侧向位移值与现场实测评估结论较吻合。     

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。