大型复杂采空区空间结构演化规律研究

随着地下矿山开采活动的进行,采空区已成为影响矿山安全的主要隐患之一。以某铜锌矿为背景,利用VS150空区精密探测系统对采空区进行精密探测,采用VoidScan-Geomagic-3Dmine耦合技术,分别建立了研究时段与设计时段采空区三维精细模型,进而对比分析了采空区空间结构演化过程,采用3Dmine-Midas GTS NXFLAC~(3D)耦合的数值模拟技术,结合矿区实际生产情况对设计时段空区进行数值模拟分析,并对空区空间结构演化过程中位移场、应力场及塑性区进行系统的研究,确定了空区顶板及围岩的稳定程度,并进一步揭示了未来时段空区的演化趋势。数值模拟结果与现场实测工作结果相吻合,研究结果为采空区后续的安全治理提供了科学依据。     

山区平缓倾内采动斜坡变形破坏机制研究——以贵州普洒崩塌为例

平缓倾内斜坡在西南山区广泛分布,同时斜坡下伏岩层存在长期地下开采活动。与平原相比,西南山区采动斜坡具有“上硬下软”坡体结构、岩层平缓倾内与开采强度大等特点。以普洒崩塌为原型,在现场调查的基础上,采用底摩擦试验分析多层煤层开采条件下斜坡的变形破坏过程,并运用DPDM技术进行变形位移监测,揭示此类斜坡变形破坏机制。研究表明：煤层开采引起覆岩弯曲下沉、冒落;覆岩变形加剧并向上发展,坡顶形成深大裂缝;裂缝进一步拓宽,沿陡倾节理向下拓展到软岩层时,崩塌体由向临空面移动,转而向坡表蠕滑,最终突破坡面附近“锁固段”,崩塌体发生倾倒失稳破坏;崩塌发生后,沿途碰撞、解体和铲刮,最后堆积于坡脚前缘800 m处。此类采动斜坡变形破坏演化过程可概括为：自然演化阶段—覆岩变形阶段—坡顶拉裂形成阶段—斜坡失稳破坏阶段;其变形破坏机制：采空—拉裂—蠕滑—剪断（倾倒）。     

略阳电厂后部山体边坡的稳定性评价与初步治理设计

在对略阳电厂后部山体地质条件分析的基础上,采用定性分析与定量数值计算相结合的方法评价了电厂后部山体在开挖前后的稳定性问题,并对开挖后的坡体提出了相应的工程治理措施.     

山体滑坡影响下沟道系统中含沙水流流动稳定性研究

为确定外界条件变动对沟道水流流动稳定性的影响,对山体滑坡影响下沟道系统中含沙水流流动稳定性展开研究。利用射流冲击理论,归纳泥沙颗粒的运动形式,从而确定泥沙对水流紊动的作用效果,完成山体滑坡影响下沟道系统含沙水流的运动特性分析。在此基础上,根据摩阻流速规律,定义垂线流速的分布公式,再通过计算水流涡量数值的方式,确定沟道出渗作用对含沙水流结构的实际影响。模拟实验结果表明,在山体滑坡作用下,沟道系统内的含沙浓度不断增大,导致含沙水体泄流能力急剧提升,降低沟道水流的稳定性流动能力。     

某地下洞室开挖围岩稳定性数值模拟分析

结合某电站的工程建设实际，在场区地勘资料分析的基础上，深入分析了工程区的地质力学环境条件，建立了能够反映工程区地貌、岩体结构和地应力环境条件的力学模型。以地应力实测结果为参照依据，采用线性有限元法反演分析了初始地应力场，采用非线性有限元方法模拟了地下厂房等主要洞室开挖施工与支护过程中的围岩应力和稳定性状况，论证了地下洞室开挖方案的可行性，揭示了大型地下洞室不同开挖阶段应力的集中部位和围岩的潜在破坏部位。     

2020年“6.9”湖南致灾暴雨预报偏差及成因分析

2020年6月8—9日湖南出现一次大范围的致灾暴雨天气过程(以下简称“6.9”过程),导致山体滑坡、重度洪涝等次生灾害,造成8人死亡(或失踪)。此次过程主、客观降雨量预报暴雨落区及强度均出现较大偏差。该文利用常规观测资料、NCEP逐6 h再分析资料,通过引入HYSPLIT4.0模式模拟,从环流背景、水汽特征、环境场条件等进行了偏差及成因探讨。结果表明：强降雨中心较分散,各模式对暴雨量级以上降雨空报漏报严重。高低空急流与低空涡旋的有利配置是导致“6.9”暴雨的主要影响系统,高空西风急流显著加强、低空两支暖湿气流汇合时段与降雨加强时段一致。暴雨区中低层水汽以少见的气旋式涡旋路径传输,这支以涡旋形式输送的偏东气流主流模式均未能捕捉到,这可能是导致“6.9”暴雨落区漏报的直接原因。暴雨区中低层均存在四支水汽传输通道,水汽源地主要为孟加拉湾和南海。水汽输入主要来自南边界,西边界次之,暴雨区域内水汽收入为正;南边界、西边界水汽输入呈同位相特征,波峰时段与暴雨时段相对应,水平水汽通量辐合是“6.9”暴雨区水汽来源的主要方式。强的上升运动和低层辐合、高层辐散有利配置存在一定的时间差;垂直螺旋度中心轴线...     

乡村休闲度假旅游中突发山体滑坡灾害应急预案探讨

我国现有的突发山体滑坡灾害应急预案存在结构性缺陷和实效性不足等问题,在乡村休闲度假旅游区域中应用性能不高,因此以预案执行实践为基础,重新建立具有针对性的灾害应急预案。以实际的乡村休闲度假旅游突发山体滑坡灾害特点为基础,分析突发灾害应急决策机理。设置应急预案响应机制并设定山体滑坡灾害应急响应条件,分别从应急准备、应急组织指挥体系与职责、预防与预警以及应急后期处理等多个方面出发,制定突发山体滑坡灾害应急预案内容,最终完成乡村休闲度假旅游中突发山体滑坡灾害动态应急方案探讨。通过实例分析发现,应用设定的应急预案受伤人数大大降低,景区与游客的财产损失在一定程度上也有所降低,解决了现有的突发山体滑坡灾害应急预案结构性缺陷,实效性能得以提高。     

切顶沿空留巷U+L型通风采场煤自燃风险判定研究

为探究切顶沿空留巷首采面U+L型通风采空区煤自燃危险性,以蒙西棋盘井煤矿东区9-1#层11101工作面为工程背景开展研究。通过封闭耗氧实验,测定得出煤样的耗氧能力弱、不同氧体积分数下煤样的耗氧速度慢、窒熄氧气体积分数(煤耗氧临界值)为15%。通过现场实测确定切顶沿空留巷和工作面的两端压差和漏风分布,现场埋管实测得到回风侧的氧分布数据,搭建了切顶沿空留巷采场相似模拟实验台,得到采场的漏风移动规律。运用CFD仿真探究了切顶沿空留巷采空区的漏风与自燃氧化分布特征,得到采空区可能具有自燃危险的3个区域分别位于开切眼附近、靠近沿空留巷的5～10 m内和工作面后方。提出在尾巷注氮和沿空留巷边界注浆堵漏防灭火措施条件下,可将U+L型通风采空区自燃模式转化为U型通风采空区自燃模式的危险性判定,得到棋盘井矿采空区自燃氧化带的最大宽度为80 m,最低安全推进速度1.2 m/d,无自燃风险,为工程防灭火做出指导。     

新疆矿山环境地质问题及其治理对策

论述了新疆地区矿山中普遍存在的采空区地面塌陷、山体开裂、崩塌和滑坡、泥石流、煤层自燃和水均衡遭受破坏等主要矿山环境地质问题,分析了产生这些环境地质问题的原因和危害,从构建“和谐新疆”和“可持续发展”环境的角度出发,提出了矿山地质环境保护与恢复治理的建议对策措施。     

SV波垂直入射盆山耦合场地对地面运动的影响∗

基于多次透射边界和有限元数值模拟方法,研究了 SV 波垂直入射下,山体高度、盆地深度、以及山体与盆地剪切波速变化对盆山耦合场地位移峰值放大系数、位移频谱及谱比的影响。结果表明：(1)盆地与山体均对地震波有放大作用,从坡底到坡顶位移放大效用逐渐增大,从盆地外边缘到盆地中心位移放大效应逐渐增大,但盆地内放大系数分布特征受盆地深宽比的强烈影响。(2)山体测点位移峰值放大系数 AF 随山体高度增大而增大;山体的存在减弱了盆地的地表地震动放大效应,导致盆地远离山体一侧的放大更强烈,反之亦然。(3)随盆地波速的减小或山体波速的增大,盆地 AF 最大值增大,且最大 AF 出现的位置向远离山体一侧偏移,而山体各测点的 AF 值受此影响较小。(4)山顶处谱比峰值主要受山高、盆地深度及盆地波速影响,但最大放大频率及分布特征基本不变;山体波速对山顶处谱比分布影响显著。盆地中点处谱比受各参数影响均较显著,但规律较复杂。盆山复合场地的地震动分析中需考虑二者的耦合效应对地震动的影响。     

白鹤滩水电站岩质边坡微震活动特征研究*

白鹤滩水电站左岸边坡高陡,应力条件复杂,存在LS_(331)、LS_(337)、LS_(3319)层内错动带,F17断层等软弱结构面,施工期和运营期安全问题十分突出。为评价其左岸边坡开挖稳定性,利用微震监测系统对边坡微震活动进行实时监测,并分析微震活动的时空以及震级分布,揭示岩质边坡开挖扰动下的微震活动特性及其施工响应特征。结果表明:开挖强度越大,边坡损伤越大,微震活动越活跃;爆破后0.5h内应力急剧调整,微震活动频繁;震级分布在-1.6~0.4之间,爆破开挖诱发大量震级小能量低的微震事件,诱发边坡的渐进损伤;软弱结构面是微震事件的主要活动区域,具有发生破坏变形的可能性;左岸边坡岩石破裂以复合型破坏和剪切破坏为主,伴随少量拉伸破坏。该研究可为工程后续开挖和支护提供参考,为同类微震活动特性分析提供一定的借鉴。     

山区机场高填方边坡工程实践与研究

在山区机场工程建设中,由于地形地貌的限制,高填方工程一般兼具有地形起伏较大,地质条件复杂,工程量巨大等特点,由此给山区机场带来一系列特殊性工程问题,尤其是高填方边坡工程的稳定性问题是目前机场研究的热点和难点。由于山区机场高填方边坡稳定性问题涉及影响因素较多,为便于分析,从变形机理和控制技术两方面对机场高填方边坡工程问题进行了深入研究。(1)变形机理方面,结合工程实践及对现有资料进行分析归纳,从填筑体下覆坡体结构、降雨及地下水、地震、填料特性、施工工艺等方面研究其对填方边坡稳定性的影响,重点提出了4类填筑体下覆坡体结构类型,并深入分析各类型的变形破坏特征。(2)变形控制技术方面:以"三面一体"控制论为核心,结合实例分析了土方平衡、地基处理及交接面加固、排水、支挡结构四个方面,对高填方边坡变形的控制效果。该研究可为我国山区机场高填方边坡变形机理的深入研究和控制技术的提高和改进提供参考和借鉴。     

某水电站进水口边坡变形特征及稳定性评价

某水电站是澜沧江中、下游梯级开发的关键工程,其进水口高边坡地质条件复杂。通过对该电站进水口边坡的物质组成、结构特征、以及边坡开挖等因素的综合分析研究,阐述了其变形机理,说明此高边坡存在如下变形破坏形式:①楔形体滑动破坏;②扩展式的平面型塌滑和滑移型崩塌破坏;③卸荷松弛变形破坏。采用三维块体分析和有限元数值模拟,分析了这类边坡在开挖过程中的应力变形特征及其变化规律。     

顺层滑坡的发育环境及分布特征

顺层坡是山区铁路、公路和水利水电工程建设中常见的一类斜坡，也是极易失稳滑动的一类斜坡，其稳定性及其影响因素一直是工程技术人员关心的问题。在现场勘测和调查的基础上，对涪陵市至酉阳县龙潭镇渝怀铁路沿线顺层滑坡的发育环境及其分布特征进行了系统的统计分析，结果表明：岩层中的软弱夹层、构造变动时形成的层间错动面及因河流切割而形成的有效临空面是顺层滑坡发育的基本条件；暴雨是斜坡滑动的重要诱发因素；滑坡发育程度随坡高的增大而增大，随岩层走向与斜坡临空面走向间夹角的增大而减小，同时具有凸形坡大于直线坡而直线坡大于凹形坡的规律。     

某越江综合管廊河谷场地液化流滑侧向扩展研究∗

液化引起河流阶地横向流滑会对长江下游的自然环境和建筑环境造成巨大破坏。然而,长江下游宽河谷场地尺寸达几千米,场地存在厚且松软的沉积层,土层分布极不均匀。土壤的非线性和千米级横向变形限制了该类场地数值模拟的可计算性。针对长江下游宽河谷场地地形的复杂性和地层的特殊性,并结合实际工程所在场地地质剖面,建立了长江下游宽河谷场地精细化模型。采用已建立的砂土液化大变形粘弹塑性本构模型和 ALE 方法, 解决了该类场地流滑大变形模拟困难。考虑地震波类型和强度的影响,分析了宽河谷微倾斜场地液化分布特征和侧向流滑规律。结果表明：微倾斜可液化场地坡底处土层的液化程度最为严重,微倾斜岸坡场地河床发生了明显的液化侧向扩展地震破坏,揭示了宽河谷微倾斜可液化岸坡场地侧向扩展的空间变位特征,上述原因主要是由于宽河谷不同位置处土单元应力状态差异性所造成;通过与场地液化侧向扩展震害等级评价标准进行对比,进一步明确了该长江下游宽河谷微倾斜岸坡场地液化流滑侧向扩展的震害特征及其程度。     

刷方减重下隧道-滑坡平行体系变形演化试验研究

刷方减重工艺在大型复杂滑坡治理中发挥越来越重要的角色。通过室外模型试验,以加载诱发滑坡滑动变形,造成对隧道的破坏影响,以减载的方式模拟刷方减载工艺对隧道的受力变形影响进行研究。结果表明：（1）隧道-滑坡平行体系单滑面情况下滑坡推力在滑体内产生应力效应有一个时间传递变化的过程,即时间效应;（2）滑坡推力对隧道作用沿纵向变形差异大,初步的试验反映出拉压过渡段的位置与滑坡推力的大小相关,滑带位置附近的土体最先达到应力幅值,引起隧道的拉压变形过渡,距离滑带较远位置滑体逐渐达应力幅值过渡;（3）隧道横断面环向应力都是拱顶应力较拱底应力大;（4）隧道环向断面应力呈对称分布,隧道底部受压侧,顶部为受拉侧,底部应变量级小于拱顶,且隧道的变形是不可恢复的;（5）刷方减荷在不同工况下对抑制滑坡变形有不同程度的效用,使隧道应变减小,尤其是滑带附近效果更加显著,这都印证了刷方减重对隧道-滑坡治理的突出效果。     

给定整体坡率时岩质边坡开挖参数的研究

工程边坡的开挖往往都受到场地和征地条件的限制,因而给坡形的设计带来很大麻烦,而在选取边坡设计参数值时,大多是根据经验或者是采取工程地质比拟方法,缺乏理论依据,设计结果往往不理想。本文针对随机结构面的岩质边坡,从理论分析的角度出发,采用数值分析的方法,对比分析了在同样的整体坡率条件下,台阶平台宽度和台阶高度不同时边坡体的位移、应力和塑性区的变化情况,并充分考虑了边坡经过开挖后的稳定性和经济性,为合理的工程开挖提供理论依据。     

基于偏应力增量的边坡开挖松动区的确定方法

对于开挖卸荷效应导致的边坡破坏现象,传统的极限平衡法无法给出合理的稳定性评价结果。以松动区作为开挖破坏型边坡的稳定性分析对象,选取偏应力增量为主要评判指标,归纳了通过数值分析法确定边坡开挖松动区范围的方法。首先将松动区定义为连续分布且对稳定性存在不利影响的弹性松弛区和塑性流动区的总和,认为开挖后偏应力场的调整是边坡变形破坏的主要原因。基于FILAC~(3D)软件平台编制了偏应力及其增量的计算程序。以某顺倾层状路堑边坡为案例,计算了开挖卸荷作用下偏应力场与位移场的动态发展过程。结果表明:岩土体偏应力与变形演化具有较敏感的相关关系,在松动区形成过程中偏应力增量等值线会相应地出现局部凸起、正负分区等异常现象。不同等值线凸起顶点的顺次连线即为偏应力变化异常与否的分界线,可作为松动区的内边界。所述方法可为堑坡稳定性分析、预加固设计等工作提供一定参考。     

基坑外设置隔离桩对土体水平位移的隔断效果分析

目前对于隔离桩是否能有效减小基坑外地下结构的变形问题仍存在争议。为研究隔离桩对基坑开挖引起的土体水平位移的隔断效果,结合二阶段分析方法及地层补偿法,提出了求解基坑开挖后隔离桩外土体位移的三阶段分析方法,并对其合理性进行了验证。结果表明:基于该方法的计算,不同基坑开挖深度和不同围护墙变形模式下,隔离桩的存在可减小坑外地坪下一定深度范围内的土体水平位移,但可能增大深层土体水平位移;隔离桩刚度越大,对土体上部水平向位移的隔离效果越好,但同时深层土层位移增大的情况也越明显;合理的隔离桩桩顶埋深可一定程度减小隔离桩对深层土体的牵引作用。为保护基坑外的地下结构而设置隔离桩时,应根据模拟计算结果、工程实际情况及当地经验综合分析其可行性。