含软弱夹层边坡地震动力响应及变形破坏机制研究

为探究地震对含软弱夹层矿山边坡稳定性的影响,通过 FLAC3D 软件 分析了地震作用下含软弱夹层边 坡的水平和竖直加速度动力响应特性,以及软弱夹层的存在及其厚度对边坡 动力响应特性的影响,并利用拟静力法 分析地震加速度对边坡稳定性的影响,最后采用动态强度折减法并结合拟静 力分析、地震动力响应特性分析含软弱 夹层边坡在地震作用下的失稳模式与破坏机理。 研究结果表明:① 在坡体 中上部,水平和竖直加速度迅速增大,表现 出高程放大效应,在同一高程水平上,坡面加速度大于坡内,表现出趋表效应 。 ② 薄软弱夹层对边坡整体的动力响应 起到促进作用,厚软弱夹层则是起抑制作用;薄软弱夹层边坡加速度最大值 出现在坡肩处,厚软弱夹层边坡加速度最 大值出现在软弱夹层与坡面的交界处。 ③ 边坡安全系数随水平、竖向地 震惯性力的增大而减小。 ④ 含软弱夹层边 坡在地震作用的失稳模式为“沿软弱夹层发生层间平面滑动—拉裂破坏”; 软弱夹层使地震波发生反射和折射,是影 响边坡动力响应特性的主要原因,也是边坡失稳的内在原因。     

流固耦合作用下含缓倾软弱夹层边坡稳定及参数敏感性研究

含缓倾软弱夹层岩质边坡中,存在应力场、渗流场等多场相互作用。由于不同区域缓倾软弱夹层形成的地质条件和组成成分不同,导致软弱夹层力学参数各异,在渗流场和应力场耦合作用下软弱夹层力学性质相对于自然状态亦会产生变化,因此流固耦合作用下缓倾软弱夹层参数特征的研究成为边坡稳定性分析与治理工作中需要进一步研究的问题。为探求流固耦合作用下含缓倾软弱夹层典型相关参数对岩坡稳定性的影响程度,以四川省金顶黄山石灰石矿山边坡为研究对象,基于强度折减法和流固耦合理论对边坡进行稳定性分析,选取软弱夹层倾角、厚度、内摩擦角及黏聚力设计正交试验,并采用极差分析和单因素分析法对各参数在边坡稳定性分析中的敏感性进行研究。研究结果表明:在流固耦合作用下,软弱夹层厚度越大、黏聚力越高,边坡稳定性不一定越好;软弱夹层倾角越小、内摩擦角越大,边坡越趋向于稳定。     

磷矿层状边坡变形失稳的灾变分析

以云南磷化集团有限公司尖山磷矿为工程背景,依据其陡倾层状斜坡变形失稳特征,采用尖点突模型分析了斜坡失稳的演化过程和内在控制因素,并结合层状岩体受力分析特点,对露天矿边坡开挖稳定性进行了研究。结果表明：①岩层厚度的增加可提高岩体的抗弯刚度,能有效控制边坡溃屈破坏的发生。采用岩土体锚固技术或分级顺层清方可降低该类边坡失稳的风险。②当斜坡岩层厚度一定时,斜坡的临界坡长随着岩层倾角的增大呈减小趋势,且岩层厚度越大,该递减的趋势越加显著;当岩层倾角一定时,斜坡的临界坡长随着岩层厚度的增加呈增大趋势,且岩层倾角的增大,该增大的幅度减小,同时,当岩层倾角大于40°时,随岩层厚度增加而致使斜坡临界坡长增大的幅度趋于一致。相关的研究成果可为该矿或类似条件下的露天采场运输工艺提供理论和技术上的指导和建议。     

矿山边坡软弱夹层赋存状态及蠕变特性对边坡稳定性影响研究

含软弱夹层的露天矿山边坡是一种广泛存在的地质体,其弱强度的夹层岩土体更易导致边坡发生滑坡失稳。然而,目前对含缓倾软弱夹层矿山边坡的研究不够系统深入,且缺乏对其的长期稳定性分析研究。本研究依托某典型的含缓倾软弱夹层露天矿山边坡,系统分析了软弱夹层赋存状态多因素影响下边坡的位移变形演化规律及破坏模式;借助能描述软弱夹层蠕变特性的 Burgers 本构模型,深入探讨了含软弱夹层矿山边坡的长期稳定性。研究结果表明：弱强度参数的缓倾软弱夹层对边坡稳定性也会产生显著影响,软弱夹层的倾角和埋藏深度会明显影响边坡滑裂带位置,且在临界破坏时沿软弱夹层形成完整的贯通滑面;软弱夹层的蠕变特性降低了边坡的长期稳定性。研究成果将为分析此类矿山边坡的工程问题提供借鉴。     

锚杆支护顺层岩体边坡地震动破坏分析

运用FLAC3D探讨了地震作用下顺倾层状岩体边坡软弱夹层参数(数量S、间距D、厚度H和倾角α)对边坡稳定性与锚杆轴力的影响。研究表明:地震作用下顺倾层状岩体边坡仅沿某一软弱夹层以倾倒-滑移的破坏模式失稳破坏,软弱夹层参数的改变并不会改变其破坏模式和主要破坏面位置;S、H越大,地震作用下坡面永久位移和锚杆轴力越大,D、α越大,永久位移和锚杆轴力越小;轴力沿杆身呈"山峰"式分布,主软弱夹层处"峰值"最高;研究可为地震作用下多层软弱夹层边坡的支护和抗震设计提供有益参考。     

地下采空诱发含软弱夹层顺层岩质斜坡变形破裂的相似模拟

以重庆武隆鸡尾山顺层岩质滑坡为例,依据相似原理,利用重庆大学变滑面顺层斜坡相似模拟试验装置,进行地下顺坡开采、逆坡开采、留设上下边界矿柱形成不同采空区影响下顺层岩质斜坡变形破裂响应相似模拟试验。试验结果表明:1顺层岩质斜坡在滑动面下沉量变化最大位置,坡体变形破坏剧烈,裂隙发育明显。2同样地质环境和采矿条件下,逆坡开采后形成的采空区对斜坡变形破裂影响最严重,更易诱发坡体破坏失稳,其次是顺坡开采,留设上下边界矿柱开采相对影响斜坡变形破裂较小。斜坡下逆坡开采采空区范围较小,越易造成坡脚岩体发生断裂破坏崩滑。3不同的岩层性质及距滑动面法向距离,其形变移动响应特征不同,但坡体均出现沿滑动面向临空面的滑移。4地下采空区影响下含软弱夹层缓倾斜顺层斜坡的变形机制为弯曲-断裂、挤压-滑移-拉裂。     

含软弱夹层边坡破坏过程及其影响因素分析

为研究软弱夹层及边坡自身特征对边坡破坏过程的影响,基于拉张破坏原理,以内蒙古某露天煤矿南帮边坡为背景,建立拉张破坏有限元模型,研究了边坡在不同夹层埋深、夹层倾角、夹层厚度、边坡倾角4种工况下坡体内裂纹扩展过程和第一主应力演变过程。结果表明:随着夹层倾角、夹层厚度、边坡倾角增大,边坡内裂纹更容易与软弱夹层贯通;随着夹层埋深增大,边坡表土层虽更易发生破裂,但裂纹的扩展程度与夹层埋深呈现相反的规律。     

软弱夹层物性特征对排土场边坡稳定性的影响研究

软弱夹层作为边坡岩体系统的薄弱环节,对控制边坡的稳定性具有关键作用。为研究软弱夹层的物性特征对排土场边坡稳定性的影响,以河曲旧县露天煤矿为工程背景,分别计算了天然状态、饱水状态、含软弱夹层时边坡的稳定性;基于此,探讨了软弱夹层赋存深度、倾角、厚度等物性特征对边坡稳定性的影响。结果表明:天然状态下排土场边坡处于稳定性状态,饱水状态下边坡稳定性处于基本稳定状态,边坡含有软弱夹层时稳定性难以得到保证;软弱夹层的存在会改变排土场边坡的潜在滑移面形态,由圆弧形破坏向上部类圆弧下部斜线的破坏形态转变;随着软弱夹层深度的增加排土场边坡安全系数逐渐增加,且存在临界深度;边坡安全系数随着软弱夹层倾角的增加逐渐降低,呈一次函数关系;边坡安全系数随着软弱夹层厚度的增加逐渐降低,呈二次函数关系。     

底板软弱夹层对巷道围岩稳定性的影响分析

煤层底板软弱层位易出现应力集中,增大巷道围岩稳定性控制难度。基于此,本文通过FLAC3D数值软件建立含底板软弱夹层的巷道围岩稳定性计算模型,分析了软弱夹层影响下巷道的应力、变形和破坏特征,研究了软弱夹层位置和厚度对巷道稳定性的影响规律。研究结果表明:①有无软弱夹层的对比分析结果显示,底板软弱夹层增大了巷道围岩稳定性控制的难度;②巷道底板围岩最大位移和锚喷支护层最大弯矩随软弱夹层厚度的增大而增大;③巷道底板围岩最大位移和锚喷支护层最大弯矩随软弱夹层距巷道底板距离的增大而减小;④针对底板软弱夹层的特点,提出了改变巷道围岩支护方法和强化破裂围岩体强度等施工建议。     

不同降雨条件下含软弱夹层土坡渗流特性数值分析

为了研究含软弱夹层土坡在不同强降雨条件下的渗流特性, 以临长高速公路(京珠高速湖南临长段)左侧某含软弱夹层失稳边坡为研究对象, 采用有限元Geo-studio软件建立含软弱夹层土坡数值计算模型, 基于饱和-非饱和渗流理论, 拟定大雨、暴雨及大暴雨3种强降雨条件, 开展了不同降雨条件下含软弱夹层土坡的渗流特性研究。研究结果表明, 当累积降雨量一定时, 3种降雨条件引起含软弱夹层边坡孔隙水压力变化程度大小顺序为：大雨>暴雨>大暴雨; 由于软弱夹层的存在, 边坡因雨水入渗而发生滑坡的进程有所提前; 3种降雨条件下, 坡面湿润峰在粉质黏土层内大体呈现为均匀入渗, 在软弱夹层内呈现“V”字型分布。降雨量一定的情况下, 降雨等级为大雨时的湿润峰发展速率最快, 暴雨次之, 大暴雨最慢。     

软弱夹层赋存特征对边坡稳定性的影响

基于软弱夹层力学性质较差,易导致边坡失稳破坏的工程难题,通过FLAC3D建立含有软弱夹层的数值计算模型,分析软弱夹层厚度、赋存深度和岩性等对边坡水平位移和安全系数的影响。结果表明:随软弱夹层厚度的增加,水平位移逐渐增大,最大值达到7.44 m,边坡安全系数呈线性减小,最小安全系数为1.13;随软弱夹层赋存深度的增加,坡脚处水平位移逐渐减小,最小值为3.71 m,降幅为23.88%,软弱夹层与坡面相交处水平位移逐渐增大,最大值为6.90m,增幅为35.56%,边坡安全系数从1.36降至1.27,降幅为7.09%;随软弱夹层黏聚力的增加,水平位移逐渐减小,最小值为3.45 m,降幅达53.06%,边坡安全系数由1.15增大至1.27,增幅为10.43%。     

降雨入渗对含软弱夹层矿山边坡稳定性影响机制研究

含缓倾软弱夹层的矿山边坡在连续降雨后易发生滑坡,以四川峨眉黄山石灰石矿山磨环凼西侧新滑坡为例,通过现场勘查、工程地质条件分析,利用极限平衡法对该滑坡进行稳定性分析,并建立含软弱夹层无限边坡计算模型分析降雨入渗对此类矿山边坡稳定性的影响机制。结果表明：降雨入渗引起的边坡内部滑动面孔隙水压力上升是诱发滑坡的主要原因;软弱夹层的不透水性会引起滑动面孔隙水压力突变,导致边坡稳定性骤减;降雨入渗的速率、雨水入渗的时长、边坡岩体的含水状态及软弱夹层的不透水特性决定了在降雨入渗的整个过程中滑动面孔隙水压力对边坡的稳定性的影响程度大小。     

露-井联采下煤层倾角对边坡稳定性影响规律研究

随着我国煤矿井下支护技术和设备的快速发展,利用井工开采露天煤矿端帮呆滞煤技术也日渐完善,为了研究不同煤层倾角条件下,露-井联采叠加扰动对露天煤矿端帮边坡稳定性的变化规律,依据煤层赋存条件及开采方式将端帮边坡下煤层倾角分为水平、水平、顺倾、逆倾3种类型,采用理论推导分析井工开采对端帮边坡的破坏原理,根据安家岭露天煤矿的岩体力学参数建立数值模型,通过数值模拟方法从端帮边坡的高应力区分布、变形破坏程度和破坏范围3个方面进行研究,得出露天煤矿端帮相同开采工艺、不同煤层倾角条件下边坡稳定性变化规律。结果表明:煤层倾角越大,工作面两侧高应力区影响范围越大,合理控制开切眼位置与边坡面的距离,可避免井采高应力区对边坡稳定性的影响;端帮下煤层倾角越大,井工开采后边坡的破坏范围越大;煤层为顺倾赋存状态时的对边坡的破坏程度大于水平赋存状态,而逆倾赋存状态破坏程度小于水平赋存状态;端帮下煤层顺倾状态不利于边坡稳定,煤层逆倾状态有利于边坡稳定。     

考虑软弱夹层蠕变特性的某矿山边坡稳定性研究

为研究软弱夹层的存在状态对岩土体强度变形特性的影响，选用PFC3D离散元软件进行不同条件下的复合岩样标准三轴试验模拟，深入分析其强度变化规律及变形破坏特征；借助FLAC3D软件建立了依托实际工程的三维模型，选用考虑蠕变特性的Burgers模型，对露天矿山边坡的稳定状态进行深入分析，得到如下结论:（1）软弱夹层的倾角、厚度、层数等参数均对复合岩样的强度有显著影响；（2）随着夹层倾角增大，三轴试样产生大量剪切裂缝；随着夹层厚度增大，三轴试样由剪切破坏向张拉破坏转变；随着夹层层数增加，三轴试样呈现中间部位的张拉破坏；（3）当考虑露天矿山软弱夹层的蠕变特性时，其强度折减系数为1.16，比不考虑蠕变特性降低了约10%，可为实际工程提供更高的安全存储。     

采空区边坡变形破裂演化机制研究

针对川东华蓥山地区赵子秀山出现大范围的斜坡变形迹象,运用地质雷达方法,查明了地裂缝的延伸深度及影响范围.通过物理模拟方法,对该斜坡演化模式进行模拟分析.研究表明,地裂缝等岩体变形破坏现象的出现是中陡反倾层状体边坡的典型演化模式,即地裂缝的产生是与层状岩体倾倒变形阶段及向滑移破坏阶段过渡过程中相伴生的,滑坡的产生是一个倾倒变形阶段的中止,并且有利于其上部的斜坡岩体继续变形至下一次滑坡或崩塌破坏.可见近期的山体开采对斜坡变形演化的进程具有明显的影响,将促进变形过程的进一步发展.     

渗透水/气压反复循环下软岩剪切蠕变试验及本构模型研究

为探究软弱夹层在雨水反复作用下的剪切蠕变特性，以西南地区二叠系炭质页岩软弱夹层为研究对象，利用实时渗透水/气压循环剪切试验系统，开展了渗透水/气压循环剪切蠕变试验，分析了软弱夹层的剪切蠕变特性和长期强度劣化机理，并建立了考虑Weibull分布的蠕变损伤本构模型。结果表明：1）软弱夹层具有明显的蠕变特性，随渗透水/气压循环次数的增加，破坏前剪切变形逐渐增大，破坏时呈现出韧性与脆性两种不同的破坏形式；2）随渗透水/气压循环次数的增加，软弱夹层的劣化程度呈增大趋势，但最终趋于一定值，其劣化程度可用函数Di=0.7717×[1-exp（- 0.1n）]来表示；3）基于试验数据，提出了基于Weibull分布理论的损伤黏塑性元件，构建了渗透水/气压循环蠕变损伤模型，模型能够很好地描述软弱夹层蠕变的三阶段。研究成果对含软弱夹层的高陡边坡长期稳定性分析具有重要指导意义。     

含顺倾弱层软岩边坡三维稳定性影响因素分析

为定量揭示露天矿开挖过程中各人为因素对含顺倾弱层软岩边坡三维稳定性的影响及其程度,以扎哈淖尔露天矿南帮边坡为工程背景,基于强度折减法,应用FLAC~(3D)数值模拟软件,探讨了开挖位置、开挖坡角和内排追踪距离不同时南帮边坡的变形破坏机制和边坡稳定性的影响规律。结果表明:无论开挖位置、开挖坡角与追踪距离如何变化,横采南帮的滑坡模式均为以IVC煤底板弱层为底界面的切层-顺层滑动;在横采条件下,边坡三维稳定性主要受内排追踪距离影响,随追踪距离的增大呈负指数规律减小,且随开挖位置的向南偏移或开挖坡角的减小近线性减小;在横采条件下,内排土场与工作帮间的追踪距离控制在一定范围内时,可以充分利用边坡稳定性的三维效应回收煤炭资源。     

爆破振动作用下台阶边坡的动力响应及稳定性分析

运用FLAC^3D软件建立了某含夹层的双台阶顺层边坡数值模型, 分析了爆破振动作用下边坡动力响应规律, 并根据爆破后的塑性区分布图、剪应变增量图、水平方向位移云图对边坡的破裂面进行了分析, 研究了关键点位移、最大拉应力、抗剪屈服函数对边坡稳定性的影响, 结果表明, 随着爆心距增大, 振动幅值衰减规律为近大远小, 坡面以及坡内局部存在高程放大效应; 夹层影响着边坡动力响应规律, 爆心距相近时, 夹层之下的振幅大于其上的振幅; 夹层影响着边坡的变形和破坏方式, 分析岩体内部各点的最大拉应力和抗剪屈服函数可知, 对每级台阶而言, 坡脚是最容易受拉和受剪破坏部位, 坡顶后缘容易受拉破坏; 边坡动力稳定性可以通过对剪出口附近监测点的水平位移时程曲线进行判断, 发散则失稳, 收敛则稳定。研究结果对矿山边坡的减震与防护有一定指导意义。     

薄煤层PP波与PS波AVA地震响应特征

传统的AVA特征分析基于近似Zoeppritz方程,但是近似Zoeppritz方程并不适用于薄层。为获得更准确的薄煤层地震响应特征,建立了薄煤层模型,并采用基于Brekhovskikh方程的薄层反射系数谱理论,模拟薄煤层PP波与PS波的振幅及相位随入射角、入射波主频变化的地震响应;对薄煤层模型的底板采用精确Zoeppritz方程进行了AVA模拟,并与基于薄层反射系数谱理论的AVA响应进行了对比分析。结果表明：薄煤层AVA特征受到各层弹性参数、层厚以及入射波主频等因素的影响,基于薄层的反射系数谱更适用于薄煤层AVA响应特征的分析。     

一种含夹层盐岩模型材料的试验研究

以江苏金坛盐矿天然含夹层盐岩为原型,采用天然盐粉、精制石英砂、松香和酒精等作原料,根据相似原理,经过多次配比试验,研制出一种含夹层盐岩相似材料,其密度、泊松比、弹性模量、抗压强度等物理力学参数基本满足相似理论设定参数,其变形特征和破坏特性也与天然含夹层盐岩相似。试验结果表明：压制力增大,含夹层盐岩模型材料的力学强度越高;含水率和夹层厚度增加,将弱化其力学强度;夹层总厚度相同时,夹层数目多的模型材料比夹层数目少的力学强度略高。