露天矿含斜交断层顺倾层状边坡稳定性三维数值模拟

为揭示露天矿含斜交断层顺倾层状边坡的变形破坏规律及其力学成因机制、明确断层对边坡变形与稳定性的影响,以元宝山露天煤矿东帮边坡为工程背景,应用有限差分软件FLAC3D,基于强度折减理论,对含斜交断层顺倾层状边坡稳定性进行了三维数值模拟。结果表明:元宝山露天矿东帮边坡的滑坡模式为以4#弱层为底界面、以断层面与椭球面相交形成的不规则曲面为侧界面的切层-顺层滑动;边坡整体稳定性较好,其滑坡的力学成因机制类型为推动式;多个顺倾弱层对边坡变形具有叠加效应,而斜交断层的切割会一定程度上削弱弱层对边坡变形的控制作用。     

含顺倾弱层边坡三维稳定性计算方法研究

为了解决含顺倾弱层边坡弱层暴露长度的计算难题,综合考虑岩体赋存特征与滑体三维空间形态,构建含顺倾弱层边坡三维滑体的简化力学模型,分析滑体边界上的力学条件,基于极限平衡理论,推导获得确定弱层暴露长度的含顺倾弱层边坡三维稳定性计算方法。将该方法应用于白音华一号露天煤矿,并采用基于连续介质力学的离散元方法(CDEM)进行模拟验证。研究结果表明:白音华一号露天煤矿非工作帮边坡稳定系数F_s与弱层暴露长度L负相关,临界暴露长度约为500 m,允许暴露长度约为300 m;通过该方法确定的弱层暴露长度与模拟结果有显著的一致性。     

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。     

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。     

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。     

凹边坡稳定性三维极限平衡法研究与应用

为揭示拱形约束条件下凹边坡稳定性的三维效应,基于极限平衡理论,从定量认识土体环向侧压力角度出发,提出新的凹边坡稳定性三维计算方法。通过将该方法与经典三维极限平衡法进行对比,验证该方法的准确度。选取典型工程实例,采用该方法与数值模拟相结合,研究平面曲率对凹边坡空间滑坡模式与三维稳定性的影响。结果表明:该方法的精度较高;平面曲率对凹边坡的滑体空间形态、尺寸与稳定性有一定影响,即随平面曲率的减小,滑体走向长度与滑面深度均近线性增大,稳定系数呈指数型规律降低,工程中可通过增大凹边坡的平面曲率改善边坡稳定性和减小滑坡规模。     

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。     

抗滑桩加固三维多地层边坡最小势能稳定性分析

为了分析抗滑桩加固边坡的稳定性,基于最小势能原理,考虑桩土之间的相互作用和滑面储存的剪切势能,提出了抗滑桩加固多地层边坡的三维稳定性分析方法。将该方法与其他方法进行对比验证,并分析了抗滑桩相关参数对边坡稳定性的影响。结果表明:该方法是合理可行的;当抗滑桩位于边坡中部时,对边坡的稳定性更好;当抗滑桩的桩间距大于8 m时,抗滑桩间距的变化对边坡安全系数的影响较小。     

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。     

基于博弈论-云模型的露天矿岩质边坡稳定性分析

针对露天矿岩质边坡稳定性具有随机性和模糊性的特点,建立了基于博弈论-云模型的边坡稳定性分级评价方法。首先,通过分析边坡稳定性影响因素,构建了包括地质、环境和工程条件等多方面的综合指标评价体系;其次,采用改进层次分析和熵权理论分别确定指标的主观和客观权重,基于博弈论计算指标综合权重;最后,通过计算综合确定度,基于最大隶属度原则确定边坡的稳定性等级。将所建立的评价模型应用到某露天矿边坡稳定性评价中,结果显示该模型的评价结果与实际情况完全符合,与未确知测度和可拓学理论的评价结果一致,表明该模型具有一定可靠性和实用性。     

基于支持向量机的边坡稳定性预测研究

针对边坡稳定性影响因素复杂，传统的稳定性分析存在计算量大、计算过程复杂的问题，提出了边坡稳定性的支持向量机预测方法。分析了边坡稳定性的影响因素，选择影响边坡稳定性的边坡重度、内聚力、摩擦角、边坡角、边坡高度、孔隙压力比6项指标为特征向量。并运行该方法对典型边坡实例进行了预测，预测结果与边坡稳定性实际状态及其它方法预测结果相吻合，表明了支持向量机在边坡稳定性预测中的可靠性和有效性。     

复杂形态井巷工程三维激光扫描与MIDAS-FLAC3D耦合建模稳定性分析研究

受井巷工程空间形态的复杂性及探测技术的局限性影响,部分人员无法进入的复杂形态井巷工程的实际空间形态往往很难准确获得,复杂井巷工程的数值分析往往很难进行建模或建立模型与实际误差较大,而在此基础上进行的稳定性分析结果可靠性往往较差。采用三维激光扫描技术对复杂形态井巷工程进行三维激光点云扫描,基于点云数据运用MIDAS软件建立精确形态的复杂井巷工程模型,通过耦合技术建立最终可以在FLAC3D中进行运算并且与实际形态相一致的数值模型。最后以某矿山主溜井为工程实例,利用三维激光精确扫描技术获取该井巷工程的实际空间形态,在此基础上进行MIDAS与FLAC3D耦合方法的建模分析,对该复杂井巷工程的稳定状况进行了稳定性分析。     

民采空区影响下露天矿边坡易损性的风险评估

民采空区是影响露天矿边坡稳定性的重要因素。使用整体风险分析法,筛选边坡易损性评价因子,建立了民采空区影响下露天矿边坡的风险评估模型;利用层次分析法建立易损性因子的判断矩阵,并计算出各层因子的权重组合值;运用统计学方法对权重组合值的分布趋势进行统计分析,发现所有权重组合值近似服从标准正态分布。根据统计分析的结果,初步将民采空区影响下露天矿边坡的易损性划分为4个评价等级,并应用于某露天矿边坡易损性的风险评估当中。结果表明,边坡易损性评价等级为中,民采空区对该露天矿边坡的损害程度较小,对边坡整体稳定性影响不大,与边坡所处实际状态相符,表明该模型具有一定的实用性。     

平庄西露天矿露井联采高陡长大 边坡稳定性监测研究

为掌握平庄西露天矿露井联采顶帮边坡的岩移规律与稳定性状态,揭示地下开采对边坡稳定性的影响,基于对典型滑坡位移-时间特征的 认识,提出用位移历时曲线与位移加速度历时曲线形态判断边坡稳定性状态,并详细对比分析了布置在井工开采边界以及边坡走向与倾向方向 上各监测线的地表位移监测数据。结果表明,平庄西露天矿顶帮现状边坡整体处于稳定状态,II区凸边坡为相对不稳定区域;边坡岩移规律及 稳定性主要受断层、弱层、边坡平面形态、地下开采及其引起的断层活化等因素综合控制;地下开采对边坡稳定性影响范围的边界大约在边坡 表面出露标高+572m。     

横采内排追踪压帮高度对端帮稳定性影响研究

为揭示横采内排追踪条件下压帮至不同高度时端帮稳定性变化规律及力学成因机制,明确端帮的滑坡模式与滑坡机理,以平庄西露天煤矿端帮边坡为工程背景,应用有限差分软件FLAC3D,基于强度折减理论,对压帮不同高度时的端帮稳定性进行了三维数值模拟。结果表明:平庄西露天煤矿端帮滑坡模式为以椭球面为侧界面、以弱层为底界面的切层-顺层滑动;滑坡的力学成因机制类型为牵引式;横采内排追踪压帮高度至少为81 m端帮才能满足安全储备系数的要求;端帮稳定性系数Fs随压帮高度增大呈线性增大。     

改进的三维边坡最小势能稳定性分析方法

最小势能法是边坡稳定性分析的一种新方法,其关键在于确定滑体的总体势能函数。针对任意形状滑裂面的三维边坡,选取滑体中的某一单元体为研究对象,通过单元体上的静力平衡关系得到滑面上任一点的剪应力大小,提出了一种更加简便且合理的剪切势能计算方法,改进了边坡三维最小势能稳定性分析方法。相比于以往的研究,该方法在推求剪切势能函数时无需假定剪应力的方向,同时避免了剪应力方向向量繁琐的计算过程。为验证该方法的合理性,运用该方法计算了两个边坡的安全系数,得到了与其余分析方法较为一致的结果,表明该方法可以用于对称以及非对称滑面边坡的稳定性分析。     

露天矿土-岩复合边坡形态优化设计

合理设计采场及排土场边坡角是优化露天开采境界、保证露天矿安全生产、提高露天矿经济效益的重要前提。针对土-岩复合边坡这一类复杂特殊的边坡,以宝日希勒露天煤矿二采区西帮边坡为工程背景,应用刚体极限平衡软件定量分析了二采区西帮采场边坡及内排土场边坡的潜在滑坡模式;优化设计了二采区西帮1-2煤底板以上内排边坡形态及1-2煤至3煤之间采场边坡形态;确定了二采区西帮采场与排土场之间的安全距离。采用有限差分数值模拟软件FLAC~(3D),基于强度折减理论,对土-岩复合边坡稳定性进行了数值模拟,揭示了二采区西帮土-岩复合边坡的变形破坏机理及其稳定性。结果表明:宝日希勒露天煤矿二采区西帮土-岩复合边坡滑移模式及稳定性主要受采场与排土场之间的安全距离和3煤顶底板弱层控制;边坡形态优化后1-2煤底板以上内排边坡角为12°,1-2煤至3煤之间采场边坡角为22°,采场与排土场之间的安全距离为120 m,土-岩复合边坡整体边坡角为13°。     

露天矿边坡稳定性的断面形态效应研究

为探究非线性坡面对边坡安全的影响,基于简化Bishop法理论,分析条块自重作用在滑面不同位置时产生的下滑力与抗滑力的数值关系,进而研究坡面形态对稳定性的影响,据此提出边坡的断面形态效应概念;以黑山露天矿边坡为例,通过简化Bishop法与基于强度折减法的数值模拟分别评估原设计坡面与不同外凸度的非线性坡面边坡的稳定性。结果表明:底面倾角αi均存在一个特定的值θ使既定滑面分为抗滑与利滑的2部分;当断面形态差异主要分布在抗滑滑面上时,产生的断面形态效应有利于边坡稳定,反之则反;就露天矿边坡而言,合理的外凸坡面产生的形态效应有利于边坡稳定,其在减少剥离成本上有显著的优势。     

某尾矿坝稳定性数值分析

基于某尾矿库目前标高和最终标高的概化模型,在正常水位和洪水位两种工况下,采用GeoStudio软件中的SEEP/W模块进行渗流场模拟,并应用SLOPE/W模块对每种条件下尾矿坝的稳定性进行数值计算,得到最危险滑动面和最小抗滑稳定系数。结果表明,在排渗设施正常工作的情况下,尾矿坝边坡稳定性均满足规范要求的最小安全系数,但终高洪水位时坝体安全系数的富余不是很大。同时验证了尾矿坝安全系数随着库内水位的上升以及浸润线深度的变化规律。