考虑岩体强度参数时效性(流变)的边坡稳定性研究北大核心CSCD

受流变特性的影响,岩体的力学参数具有时效性。为得到边坡时效安全系数,在FLAC数值模拟软件中,通过对岩体抗剪强度参数先折减再流变、先流变再折减及强度参数随流变时步折减(老化理论)3种方式将流变分析与强度折减法相结合,实现了理想弹塑性与黏弹塑性分析的有机结合。研究了时效安全系数的物理意义,利用边坡特征点水平位移增量量化表征了岩体流变特性对稳定性的影响程度;采用岩体强度参数的初始瞬时值和长期强度值,计算得到了考虑边坡时效性安全系数的上下限值。结合黄山石灰石矿山工程实例分析得到:采用抗剪强度参数长期值和瞬时值进行流变分析的结果与现场实际监测数据误差较大,强度参数随流变时间折减时最大误差为5.03%,拟合度最高,模拟结果最接近工程实测分析,能够为边坡长期稳定性评价及滑坡预警预测提供理论依据;将边坡设计的永久性过渡到时效性,流变计算5 a,边坡的安全系数由1.35降低至1.25,表明未来5年边坡处于稳定状态。     

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。     

基于GSI露天矿边坡岩体参数的获取与稳定性分析

基于边坡稳定性分析几种数值分析方法的自身特点,对Hoek-Brown强度准则中GSI定量化相关的岩体体积节理数的确定方法进行了探讨研究。以某露天采矿边坡为例,采用三维显式有限差分法进行边坡稳定性数值分析,根据岩体野外现场调查资料和室内岩石试验,结合Hoek-Brown强度准则,使用所探讨的岩体体积节理数确定方法获取了数值计算所用的岩体力学参数,分析了该露采边坡开挖后的稳定性。研究方法有助于同类型露天采矿边坡稳定性防治工作的开展,为矿区安全生产的动态信息化分析提供了决策依据。     

鸡冠咀矿区岩体力学参数的确定及数值模拟反演分析

岩体力学参数作为矿井工程设计和施工的基础和依据，其选取的合理性对于预测矿山稳定性及后续支护都有重要意义。以鸡冠咀矿山巷道为主要研究对象，在室内外试验既得数据的基础上，根据正交试验与拉格朗日差分法(FLAC^3D),计算模拟出不同组合下的巷道变形，并开展水平极差分析确定各参数对巷道沉降影响的显著性，最后进行参数反演得出其力学响应规律。结果表明：内摩擦角、弹性模量和黏聚力对巷道围岩变形的影响依次减弱；采空区底板的上浮位移、浅部岩体的下沉位移均随开采深度增加逐步增大。     

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。     

钻孔成像在GSI系统估算深部岩体力学参数中的应用

为提高深部岩体力学参数估算的准确性。对从某矿现场取得的岩样进行岩石力学性质试验,获得包括岩石的抗压强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角等岩石力学参数。然后,对同一位置、不同方向的多个钻孔进行钻孔成像勘探,延伸其中的结构面,联通获得其三维空间分布特征,确定岩体结构等级和结构面表面特征等级。进而,基于地质强度指标(GSI)系统和Hoek-Brown准则,建立深部岩体力学参数量化取值的新方法。研究表明,用量化GSI方法估算得出的岩体力学参数小于室内岩石力学性质试验得出的结果。     

热-水-力耦合作用下岩石损伤力学模型与验证

为了探讨高温、高孔隙水压、高围压对岩石损伤破坏的影响,基于损伤力学基本理论,并结合应变等价性原理,建立热-水-力耦合作用下的损伤力学模型,构建表征岩石损伤演化的表达式,通过水-力耦合作用下热损伤花岗岩室内试验验证了该模型的合理性,并根据室内试验确定了模型参数。试验结果表明:提出的模型能较好地反映热-水-力耦合作用下岩石应力-应变过程,且能表征上述作用下岩石损伤演化规律;高温损伤会导致岩石由脆性逐渐向延性转变,而孔隙水压会进一步加剧岩石损伤演化。     

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。     

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。     

煤岩混合型粉尘云最低着火温度试验研究

为研究半煤岩巷道中岩粉质量分数和煤的挥发分与煤岩混合型粉尘云最低着火温度的关系,选取挥发分差异较大的5种煤样以相同比例配制煤岩混合型粉尘,利用粉尘云最小点火温度测定仪进行煤岩混合型粉尘试验。结果表明,当煤岩混合型粉尘中岩粉质量分数低于40%时,岩粉的混合会导致混合型粉尘云最低着火温度发生小幅度波动;当岩粉质量分数高于40%时,煤岩混合型粉尘最低着火温度会随岩粉质量分数的增加而大幅度升高;挥发分质量分数越小的煤粉,其混合型粉尘云最低着火温度越容易受岩粉质量分数的影响。     

软岩煤巷锚杆支护的安全性分析及防治对策

总结了在高地应力条件下巷道治理的基本原则,利用有限元软件对软岩巷道采用锚杆复合支护的安全可靠性进行了分析,并结合实际工程监测,证明了锚杆复合支护的有效性。     

基于尺度效应的灰岩强度研究

通过水口山康家湾矿采集的岩样,利用岩石力学试验机对不同直径和不同高度的灰岩进行了大量的单轴压缩试验,研究了不同高径比岩样的变形和破坏形式。结果表明:岩石高度对岩石强度峰值以前的变形特性没有显著的影响;当直径一定时,随着长度的增大,岩样的破裂形式由复杂的平行破坏变为剪切破坏。同时指出通过增加垫块的刚度可以减小端面的摩擦效应。同时对由于取样造成的岩样强度降低的原因进行了分析。     

安全管理力学分析方法(SMMA)及其应用研究

把自然科学中力的概念引入安全管理中,对其中的各种有形和无形联系进行研究,建立了一种安全管理系统的力学分析方法和实施程序。基于该方法把力学与轨迹交叉理论进行映射关联,建立"球体碰撞"模型。通过对比找出模型中存在的各种力,对模型进行受力分析并建立函数方程式。再据方程式及其参数对模型的各种状态进行分析,把分析结果反馈到安全管理系统中用以指导安全管理工作。最后,把安全管理力学分析法概括为定量分析法和定性分析法,并为研究安全管理提供了理论基础。由于力学具有准确、严谨、逻辑性强的特点,因此,引入力学后可以发挥力学与数学的优势。建立的安全管理力学分析方法是一种新方法,该方法对安全管理系统的定量化研究和实施有一定的促进作用。     

峰值前后多次加载下煤样声发射特征

掌握峰值前后多次加载下煤样声发射变化规律,对研究煤矿开采中不同变形部位煤岩裂缝演化至关重要。利用RMT-150B型岩石力学实验系统以及CDAE-1全数字化声发射检测及分析系统,采取焦作矿区煤样进行了峰值前后多次加载下的应力-应变-声发射测试实验。测试结果显示:首次加载时声发射参数呈现“渐变性”的变化特征,随后加载时声发射变化呈现“分段性”特征。并且随着加载次数的增加煤岩的Felicity效应逐渐增强,体现了煤岩记忆的超前性。同时,随着加载次数的增加,煤样时间-声发射曲线较时间-应力曲线的滞后性逐渐增强。这些特征的研究可以为煤矿井下地质灾害的监测、预测提供指导。     

基于环境参数监测评估的丙烯腈装置安全预警技术研究

以丙烯腈生产装置为研究对象,调查分析其存在的主要危险因素以及工艺特性,依据偏差分析原理建立了丙烯腈装置的异常处置原则与标准,设计了具有环境质量浓度监测评估和过程参数偏差预警分析的双重监控预警平台。该平台通过建立的OPC通讯技术,实时获得现场环境质量浓度及关键参数的信息,进行泄漏扩散事故的早期预警和早期干预处置,并通过对监测数据的综合动态分析预测危险气体环境质量浓度的变化趋势以及可能对周边带来的危害。     

高应力下硬岩巷帮钻孔爆破卸压动态模拟

钻孔爆破卸压是转移或释放高地压的有效措施。采用显式非线性动力分析有限元程序ANSYS/LS-DYNA与快速拉格朗日有限差分程序FLAC3D相结合的方法,动态模拟了硬岩巷帮钻孔爆破卸压过程,分析了不同施工条件对卸压效果的影响。结果表明:合理的钻孔深度处于支承压力峰值与支承压力区边界之间的中部位置;装药量越大,支承压力峰值降低越明显,装药量上限应确保爆炸产生的损伤区与巷道已有损伤区不贯通;钻孔间距越小,支承压力峰值降低越明显,钻孔间距下限应满足在确保不扩大巷道已有损伤区范围的前提下,钻孔之间能够形成基本贯通的塑性带。     

关于综放开采技术安全问题的几点认识

本文从放顶煤开采的一次采高大、上覆岩层的活动范围大、破碎顶煤的存在等基本特征出发,论述了关于放顶煤开采中瓦斯、顶板和冲击地压等安全问题.放顶煤开采对有些安全问题可以缓解,比如工作面的瓦斯突出.但是也可能诱发一些安全问题,如坚硬顶板对支架的冲击、采空区垮落岩石的撞击与摩擦诱发瓦斯事故等.在放顶煤大面积推广应用的同时,更应重视其相应的安全问题的系统研究与解决.     

海基硬岩矿床的安全开采技术研究

给出海基硬岩矿床开采的概念,分析海基硬岩矿床开采与一般陆地矿床开采的不同之处;综述世界范围内海基硬岩矿床开采所使用的开拓方法与采矿方法,通过对海基矿床上覆岩层的完整性掌握、矿床埋深、防水岩柱厚度的分析研究了海基硬岩矿床开采的可行性。结合我国三山岛海底金矿的开采经验,研究开采过程中的工程灾害及灾害的产生机理;提出要通过加强海底矿床上覆岩层的地质勘察、合理留设防水岩柱、加强岩层移动监控、渗水点的定时监测、作好充填接顶等措施来防止海水溃井,同时也对井内防治水害、长距离矿井通风等问题给出了治理措施。     

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。