扎哈淖尔露天煤矿南帮压煤回采边坡稳定性分析

针对露天矿边帮普遍存在的压煤问题,基于极限平衡及强度折减理论,从控制边坡稳定性角度出发,结合扎哈淖尔露天煤矿南帮软岩边坡工程实际,通过定量计算与定性分析,提出横采内排压帮开采方式。采用二维刚体极限平衡与三维数值模拟相结合的方法分析了横采深部开挖角度及内排跟踪距离对边坡稳定性的影响及其程度,优化设计了扎哈哈淖尔露天矿横采南帮边坡形态。结果表明:南帮边坡滑坡模式为以IVC煤层底板弱层为底界面的切层-顺层滑动;横采内排压帮开采方式可借助边坡三维效应提高露天矿边坡角度及其自身稳定性,进而达到安全、高效地回收边帮压煤,提高露天矿煤炭资源回收率;扎哈淖尔露天煤矿横采南帮边坡稳定性随内排跟踪距离增大呈负指数降低;最终确定横采开挖位置为+908水平,内排跟踪距离为100 m,深部开挖角度为42°,可累计为扎哈淖尔露天煤矿多采出IV煤4 701.39万t,经济效益显著。     

基于ABAQUS的尾渣场稳定性分析

露天开采剥离物形成的尾渣场,其特性及破坏过程与土质边坡、岩质边坡均有不同。使用有限元分析软件ABAQUS,应用强度折减弹塑性原理,结合工程实例对尾渣场边坡进行了稳定性分析。采用不同临界破坏判据分析安全系数,结果表明,采用特征部位位移比塑性区贯通为判据得到的安全系数更具有实际意义,同时使用极限平衡法进行对比计算,得到的值基本一致。对塑性区的发展过程进行分析,尾渣场边坡是先在中上部出现塑性变形,然后向上再向下发展,最后贯通而导致边坡最终破坏,这是尾渣场边坡破坏的自身规律。通过位移等值线云图及增量位移的方法判断了滑动面的位置,得出其破坏面为近似直线的形状。将分析结果与实验室破坏模型试验进行对比,其结论是一致的。     

内排压脚与边坡稳定性的关系

为了研究边坡角及边坡形状与边坡稳定性的关系,采用有限元软件ANSYS模拟了不同边坡角对应的稳定系数,以及不同平盘宽度和压脚高度所形成的等储备强度边坡的稳定系数。模拟中假设材料符合相关联的理想弹塑性本构关系,强度准则符合Drucker-Prager准则,用计算收敛性作为边坡稳定性的准则,用强度折减法得出边坡的稳定系数。为了形成等储备强度边坡,由下到上分步骤进行压脚。先在平面边坡最下台阶压脚,这样提高了边坡稳定系数,在边坡进入临界状态时,最下两台阶的塑性状态相同,则压脚停止;再在最下两台阶同时压脚,在边坡进入临界状态时,最下3个台阶的塑性状态相同,则压脚停止;以此类推,在最下边n个台阶同时压脚,在边坡进入临界状态时,压到与第n+1个台阶的塑性状态相同为止。结果表明,边坡总是从坡脚开始形成塑性区,在重力加载过程中,塑性区以弧形条带向坡顶扩展,形成滑带。最有效的内排压脚是从最下台阶开始形成等储备强度边坡的压脚。     

典型承压结构塑性失效概率密度函数计算方法研究

本文针对承压结构在内压载荷作用下的塑性失效概率密度函数计算方法进行了研究。基于可靠性分析中的蒙特卡罗法,设计了塑性失效概率密度函数计算程序。该程序可在结构多种参量为已知分布的随机变量的情况下,通过仿真计算,给出结构基于极限载荷分析的塑性失效概率密度曲线。以理想弹塑性材料内压圆筒为研究对象,基于分布函数法推导了其在壁厚及屈服强度均不确定情况下失效概率密度函数的理论解,并将其与仿真结果进行对比。结果表明:两种方法计算结果基本一致,且本文所提程序在进行多参数不确定耦合下塑性失效概率密度函数计算时,可大幅降低理论推导难度,具有一定的工程应用价值。     

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。     

褐煤露天矿端帮开采边坡支撑煤柱稳定性研究

为高效、安全回采露天矿开采后端帮大量压煤,综合采用理论分析、蠕变试验、数值模拟与工程实施等手段,研究端帮采煤机打硐回采条件下边坡支撑煤柱稳定性。以霍林河北矿西端帮为例,基于突变理论,推导支撑煤柱发生突变失稳的必要条件;基于支撑煤柱服务时间要求,提出目标时间强度的概念,确定支撑煤柱的3天目标时间强度参数;基于数值模拟,以煤柱拉伸剪切塑性区宽度为判据,确定合理煤柱宽度。结果表明:煤柱发生突变失稳的必要条件为煤柱塑性区宽度大于煤柱总宽度的88%;试验获得实例中煤柱的黏聚力c=0.93 MPa,内摩擦角φ=17.6°;确定合理煤柱宽度为4 m,经工程实践,验证了其合理性。     

软弱基底排土场变形破坏治理措施研究

针对软弱基底露天矿排土场普遍存在的变形破坏问题,结合胜利东二露天矿南排土场南帮边坡的工程实际,基于极限平衡理论,给出了通过探槽及滑坡变形反分析综合确定基底赋存条件及抗剪强度指标的方法;提出了对软弱基底排土场的变形治理措施;根据已有监测数据,对南帮边坡治理效果进行了评价。结果表明:在实施削坡减载措施后,各地表监测点的累计位移趋于平缓,边坡治理措施效果明显,解决了胜利东二露天矿迫切的安全问题,为同样具有软弱基底的其他露天矿排土场变形及破坏治理提供了指导。     

大孤山铁矿边坡爆破损伤分区研究

露天矿生产爆破,特别是靠帮爆破在边坡中形成的爆破损伤区对其稳定性具有很大的影响。本文针对大孤山铁矿露天爆破开采的实际情况,建立了极限平衡数值分析模型及峰值速度衰减公式。利用数值分析软件Geoslope对边坡靠帮爆破过程中岩体损伤范围进行了研究,主要分析了在爆破-200--212m水平时,爆破震动对边坡岩体的影响,并利用萨道夫斯基公式和PPV安全判据对爆区周围岩体损伤范围进行了计算。结果表明距离炮孔6.2m以内范围为完全破碎区,6.2-12.4m为岩体重度损伤区,12.4-19.7m为轻微损伤区。数值分析表明距爆源同一距离的岩体质点峰值速度随深度的增加而减小,爆破区周围震动波速成漏斗形分布,同实际爆破情况吻合。     

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。     

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。     

用有限元强度折减法求解坝坡抗滑稳定安全系数

通过对有限元强度折减法的理论研究,将此法应用到尾矿坝的静力稳定计算中.采用有限元强度折减法和极限平衡法对某尾矿坝进行了坝坡抗滑稳定安全系数的计算,计算结果表明,在应用有限元强度折减法时,采用不同的D-P准则计算出的滑动面基本相同且与传统方法相近,其中D-P3准则计算的安全系数更加接近瑞典圆弧法.因此应用有限元强度折减法求解尾矿坝静力稳定安全系数是可行的,同时说明有限元法可以较好的模拟实际工程中的复杂几何断面形状和材料非线性等问题.     

高填路堤边坡失稳机理与处治措施分析

高填路堤稳定性已成为制约山区高速公路建设的重要因素。以某失稳高填路堤为工程背景,基于将填方路堤和原 始地基作为整体边坡考虑的基本思路,根据现场调查、勘察成果,构建典型地质剖面模型,通过极限平衡条分法,对边 坡稳定性的影响因素,如水位、岩土体重度、内聚力、摩擦角等进行敏感性分析,计算得到边坡潜在滑动面剪出口与现 场实际基本一致,并分析其失稳是在持续强降雨入渗、填方路基土强度弱化后,在填筑路堤、粉质粘土夹碎石层与基岩 交界面顺层滑动剪出;最后分析不同抗滑桩设置位置、强度、间距支护作用下边坡安全系数及潜在滑面情况,推荐在距 离坡脚5 m处设置抗滑桩且其每米间距强度应大于250 t的处治方案。     

基于CRITIC-有限区间云模型的边坡稳定性评价

针对岩质边坡危险性分级的不确定性,选取坡高、坡角岩体结构特征、岩石单轴抗压强度等12项定量评价指标构建评价体系。根据有限区间云模型的相关概念和计算模型,求出露天采场边坡实测数据的云模型特征参数,利用正向云发生器生成云滴图进行量性概念的转化,通过改进的CRITIC法确定指标权重,进而求出不同采场隶属于不同危险等级的综合隶属度,实现边坡稳定性等级的划分。研究结果表明:评价结果与实际相符,利用CRITIC算法求取的权重值,可以考虑各评价指标的综合信息量以及指标间的相关性系数,使评判结果更具有准确性;同时可以快速准确判断出边坡稳定性分级,进行安全预测,为评价边坡的稳定性提供了新思路。     

RBF神经网络可靠度分析方法在边坡稳定性研究中的应用

针对边坡稳定性可靠度分析,当状态函数无法显式表达且传统计算方法求解复杂问题困难时,提出一种基于ABAQUS和粒子群优化径向基函数神经网络的可靠度分析方法。基于ABAQUS的强度折减方法计算所选随机变量对应的安全系数,利用径向基函数神经网络的数据拟合功能,建立模型并映射出安全系数和随机变量之间的关系,构造响应面功能函数;利用蒙特卡罗生成的大量随机样本代入功能函数得到相应的安全系数,进而计算边坡的失稳概率和可靠度指标来反映边坡稳定性。研究结果表明:相对于传统方法,本文方法计算效率更高、误差更小,适合实际工程应用。     

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。     

基于有限元与极限平衡分析的露天矿边坡角优化

为保证露天边坡的安全稳定,提出用有限元与极限平衡综合分析法分析其稳定性并优化边坡角。利用数值分析软件ABAQUS模拟出边坡潜在滑动面和张裂缝的位置,再根据极限平衡法计算出不同边坡角下的安全系数值,绘制安全系数随边坡角的变化曲线,最后得到安全稳定条件下的最终边坡角的优化值。采用该方法对某露天矿的边坡进行优化,最终边坡角由原设计的53.5°提高至55.4°,能同时降低剥离工程量,保证边坡的稳定性。     

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。     

含地下采空区岩质边坡的施工过程数值分析

为研究含地下采空区的岩质边坡在施工过程中的各种响应与稳定性,采用SURPAC建立某磷矿的三维地质模型。在边坡坡顶、坡角与采空区四周布置应力与位移监测点。利用接口程序将三维模型导入FLAC3D,计算露天边坡开挖过程中监测点的应力与位移。计算结果表明:坡顶与坡角水平位移与竖向反弹位移随着边坡开挖的进行越来越大,但每步开挖完成后新增的反弹位移越来越小,这与每步开挖的卸载量大小有关。坡顶监测点处于拉应力状态,坡角监测点处于压剪应力状态,在监测点所在位置开挖时,压应力显著变大。地下空区的开挖过程对空区的竖向位移与应力有极大影响,最大主应力在每步开挖完成时突然增加,且增幅很大。建议在施工过程中,加强对采空区与边坡坡顶及坡脚的位移与应力的量测,以确保施工安全。     

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。