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°。     

爆破模型改进及边坡爆破细观过程研究

为了使作者提出的基于颗粒流的爆破模型更贴近于实际,将原模型从二维模拟推广至三维爆破细观模拟。模型的基本原理为基于能量守恒理论,假设爆炸时刻产生的能量全部由爆点周边一定范围内的岩体承受,并转化为动能,进而能量在碎裂的岩块中传递、吸收,最终达到平衡,爆炸过程结束。将原模型方程改为适用于三维爆破模拟方程,并调整了能量分配和参数设置。使用PFC3D模拟了在露天矿边坡内A3爆破点处100kg TNT爆炸直至岩体回复平衡的细观过程。模拟结果表明研究速度矢量、位移矢量和CForce变化趋势后,可将该过程分为3个阶段:Step 1~100、Step100~350、Step350~4690。其时间远小于原模型模拟至平衡时间,这主要是由于模型从二维转化为三维所造成的。颗粒动能减小为原模型的0.085~0.128倍。     

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。     

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。     

岩质边坡开挖空间块体表征与动态失稳滑落安全稳定性评价

为了研究边坡工程中开挖角度对动态滑落的影响及评价整体安全稳定性,利用现代非接触测量技术,对辽宁境内庄盖高速(庄河-盖州)某边坡进行坡体结构面信息采集,并导入自主研发的GeoSMA-3D系统,建立该岩质边坡的三维裂隙空间实体模型,在工程不同开挖角度下搜索出边坡关键块体。在此基础上,利用二维数值流形法(NMM)程序,模拟不同开挖倾角下边坡断面动态失稳滑落过程,分析评价了工程边坡岩体的安全性与稳定性情况。     

排土场与爆破荷载共同作用下的露天矿边坡稳定性分析

目前排土场对露天矿边坡稳定性的影响和动力荷载对露天矿边坡稳定性的影响,大多是被分别研究的。这样做难以真实反映露天矿边坡实际受力状态。基于此,对排土场和爆破荷载共同作用下露天矿边坡稳定性进行研究。首先,通过室内试验确定岩体参数,分析露天矿边坡在排土场和自重情况下的变形特征,并以此为初始状态,采用Ansys/ls-dyna的隐式-显式分析功能,研究其在爆破荷载作用下的岩体的响应特征。其次,验证新疆某露天矿排土场距离设置是否满足开采要求。结果表明:该露天矿边坡未出现明显破坏特征,整体处于稳定状态,该排土场距离设计合理;研究结果与工程类比分析结论一致。     

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。     

基于MIDAS GTS/NX的文成县某边坡稳定性分析

以文成县某迁建工程边坡为研究对象,对该边坡工程地质概况进行调查,再基于MIDAS GTS/NX软件进行数值模拟,对该边坡在两种工况下的稳定性进行分析,得出在自然工况下边坡处于稳定状态,在降雨工况下边坡处于欠稳定状态的结论。根据结论对边坡采取预应力锚索措施加固,再对加固后的边坡模型进行相同条件下的数值模拟,模拟结果表明,加固后的边坡达到永久边坡设计要求。     

露天矿边坡残煤自燃温度场及燃深研究

为确定露天矿边坡内残煤发生自燃时内部温度分布及燃空区深度,以PFC3D作为模拟平台,借助其热力耦合模型,模拟了氧在裂隙中运动并与煤层反应且相互促进发展的过程,从而得到了边坡内温度场及燃空区发展深度;使用极小颗粒模拟氧气的流动及其与煤的反应,并通过FISH实现该过程。使用该模型模拟的结果表明,氧流通道的形成与煤层自燃是相互促进的,但燃空区的发展应该有一个最大深度。燃空区发展过中边坡内温场分布区域的变化可划分为3个阶段,分别是燃空区深度为60~70 m、70~120 m、120~170 m。海州露天矿边坡的残煤自燃的燃空区深度为165 m,与物探确定的150~200 m的距离相吻合。研究能估计燃空区的深度,从而为判断有残煤自燃情况下的边坡稳定性提供依据。     

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。     

基于CDEM露天煤矿顺倾软岩边坡三维稳定性分析

为解决露天煤矿顺倾层状软岩边坡稳定性这一技术难题,基于连续介质离散元数值模拟方法,从理论上探讨了降深与清帮至不同位置对顺倾软岩边坡稳定性的影响。结合白音华一号矿南帮工程实例,针对各煤层降深及清帮方案,基于CDEM数值算法对边坡稳定性进行计算,对比分析了坡体位移、应力分布及演化特征,进而阐明多个弱层对复合边坡产生的叠加效应,以及清帮减载对边坡稳定性的影响。结果表明,白音华一号矿首采区南帮边坡变形不会对南排土场稳定性造成影响,揭露多个弱层对边坡变形与稳定性下降有一定的叠加效应,清帮不能显著提高边坡稳定性,但可减小作用在弱层上的法向应力和剪切应力,进而减缓滑坡发生的过程,提高边坡动态发展过程中的安全性。     

露天矿含断层逆倾软岩边坡滑移模式及稳定性研究

作为一种典型的露天矿边坡,含断层逆倾软岩边坡变形破坏机理及稳定性问题尤为复杂。以胜利西二露天矿西帮边坡为工程背景,基于强度折减原理,应用有限差分软件FLAC3D模拟分析了Fx1断层位置、倾角及弱层逆倾角度不断变化时西帮软岩边坡的滑移模式及稳定性变化规律,阐明了边坡变形破坏机理。结果表明:逆倾软岩边坡滑坡力学机理受断层位置影响较大,当断层逐渐向边坡外侧偏移时其滑坡的力学成因由推动式滑坡逐渐过渡为牵引式滑坡,边坡稳定性逐渐提高;当断层倾角增大到某一值时,断层对逆倾软岩边坡滑移模式及稳定性影响消失;弱层倾角对滑面位置影响较大,边坡稳定性随弱层倾角减小逐渐降低;该矿西帮边坡稳定性主要受弱层控制,Fx1断层次之;当Fx1断层露头距边坡坡脚水平距离大于221 m时,边坡稳定性及滑坡模式不再受Fx1断层的控制;当Fx1断层露头距边坡坡脚水平距离小于201 m时,边坡稳定性逐渐提高,潜在滑坡模式由剪切圆弧-弱层相结合的组合滑动过渡为剪切圆弧-断层-剪切圆弧-弱层相结合的组合滑动。     

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。     

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。     

基于弹性理论的软弱顺层岩质边坡受采动影响研究

在有软弱顺层边坡地形中进行采矿通常会引起边坡稳定性变化,因而研究此类边坡在受采动沉陷的影响在地质问题中是尤为重要的。首先利用关键层理论概念分析得到,在含有软弱结构层的岩质斜坡受到采动或开挖影响时,软弱结构层将和关键层同步变形而与上部岩质斜坡产生离层,形成悬臂结构。再根据弹性力学理论计算出岩质斜坡的极限悬臂长度以及断裂长度。最后利用实际矿山地质进行稳定性判断。结果表明,随着工作面的不断推进,采动影响下的离层距离变大,岩质坡体最大拉应力将沿着坡表面向前移动并且逐渐增高,最大拉应力点与发生离层点的距离X_(max)却急速减小,当离层距离达到l_(max)时,最大拉应力达将到坡体抗拉强度,岩质坡体断裂,此时岩体断裂长度达到l_(max)+X_(max);通过实际矿山工程算例得到,当坡顶上离层距离达到6.88 m时,若下方采空区继续推进增加,则上方坡体将产生断裂形成滑坡。     

不同侧压力系数下圆形巷道变形破裂规律分析

为研究侧压力系数对巷道周边岩体稳定性的影响,以一条深埋圆形巷道工程为背景,采用离散颗粒元软件PFC3D分析了5种侧压力系数下巷道周边岩体的应力差、位移、破裂分布模式和微裂纹数等,得到了圆形巷道周边岩体应力、变形和破裂随侧压力系数的变化规律。结果表明,1)随侧压力系数增大,巷道顶底部浅部岩体主应力差先增大后减小,深部岩体主应力差逐渐增大;而巷道两帮浅部岩体主应力差变化较小,深部岩体主应力差先减小后增大。这表明在相同埋深情况下,高侧压力系数不一定会对帮部岩体造成更大的破坏,但更容易使顶板产生高剪应力,不利于顶板岩体的稳定。2)侧压力系数越大,巷道顶板岩体竖向位移就越小,且其由拱顶往外平滑递减的规律性也越不明显,而帮部岩体水平位移变化规律与顶板岩体相反。3)巷道顶底部围岩在侧压力系数较大的情况下较易发生破裂,并随侧压力系数增大,其破裂范围越来越大;巷道两帮岩体则在不同侧压力系数下均会发生破裂,且其破裂范围随侧压力系数增大而略减小。4)不同侧压力系数下,巷道岩体总裂纹数都随开挖时间呈指数增长;且当巷道开挖完成后,岩体总裂纹数与侧压力系数呈抛物线关系。