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。     

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。     

同一边坡角下不同边坡形态及稳定性研究

为明确同边坡角下不同边坡形态对类均质土质边坡稳定性影响,以类均质土质边坡为工程实例,基于强度折减和极限平衡理论分析,应用FLAC^3D和SLOPE/W软件确定边坡破坏机理并进行稳定性评价。结果表明：在边坡高度为50 m、台阶坡面角70°、台阶高度分别为10和5 m等分平盘情况下,边坡角度为15、20和25°时,10 m台阶高度为比5 m的边坡稳定性系数大0.037～0.516;不同滑坡模式下同一边坡角优化圆弧潜滑坡模式下稳定系数最小;当边坡角小于20°时,圆弧滑动模式下稳定系数最大,边坡角大于25°,直线-基底滑动模式下稳定系数最大。     

大跨度公路隧道洞口段爆破对高边坡安全影响研究

为研究大断面公路隧道洞口段爆破开挖对边坡稳定性的影响,以某公路隧道洞口段工程为研究背景,基于Abaqus有限元软件,建立隧道—边坡三维数值计算模型,研究隧道洞口段爆破开挖对两侧高边坡安全性的影响,并分析砂浆锚杆对边坡的加固效果。结果表明:隧道洞口段爆破开挖施工时边坡坡脚处围岩振速最大,爆破对边坡水平振速影响较竖向振速及轴向振速更为显著,爆破时应控制坡脚及坡肩的水平振速;边坡坡面最大振速出现在洞口边坡坡面与仰坡坡面交线位置,边坡坡面与仰坡坡面交线上顶点为坡肩振速最危险的特征点,下端点为坡面振速最危险的特征点;增加锚杆长度对边坡水平位移的控制效果较竖向位移更为显著,锚杆长度宜取14 m。研究结果可为类似工程提供理论借鉴。     

基于距离判别分析理论的露天矿边坡潜在破坏模式识别方法

露天矿边坡潜在破坏模式的识别仍然值得深入研究。基于距离判别分析理论,结合露天矿边坡失稳的特点,选取岩石单轴抗压强度、结构面倾角、结构面与边坡面的位置关系、地下水条件、岩体结构类型、黏聚力、内摩擦角、边坡高度、边坡角等9个因素作为判别露天矿边坡潜在破坏模式的指标,建立露天矿边坡潜在破坏模式识别的距离判别分析模型。以21个典型露天矿边坡的信息作为学习样本进行训练,建立相应的判别函数进行识别,并以回代估计法对该模型进行检验。研究结果表明,经过学习后的模型误判率为0.05,即判别能力是高的。用所建立的模型判别某露天矿边坡的失稳模式,判别结果和期望结果比较符合。     

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。     

露天矿山岩质边坡台阶的平台宽度优化

矿山发生局部破坏的边界条件主要是由台阶的几何特征所决定,台阶边坡几何特征主要有台阶坡面角、台阶高度、台阶的平台宽度和台阶组合4要素。在对整体边坡角优化的同时,同样需要对台阶的宽度进行优化。通过分析台阶边坡特征,计算出不同规模破坏的边界条件,进而对矿山台阶的宽度进行优化。通过对一个矿山边坡算例的优化分析,在不改变整体边坡角的前提下,对台阶宽度进行优化,可以避免某些大规模的台阶破坏可能,提高矿山边坡的稳定性。     

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。     

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。     

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。