地下水和地震共同作用下的边坡稳定性分析

基于边坡的有限元模型,研究了地下水位变化对边坡地震动力响应和稳定性的影响规律。通过有限元仿真分析发现:地下水的存在使土层含水率增大,坡脚位置为地下水渗出位置,在渗透力和孔隙水压力的影响下,有效应力降低,导致边坡抗剪强度减小。随着水深的增加,地下水对边坡坡脚的剪应力和剪应变影响逐渐增大,且远场地震作用时在不同水深下边坡坡脚的剪应力-剪应变值滞回延伸较大,说明远场地震作用对边坡坡脚抗震能力的影响较大。无地下水时,通过拟静力法计算的安全系数值位于动力安全系数值的中部偏下,且动力安全系数的最小值比拟静力法的静力安全系数小;而随着地下水位的上升,拟静力法计算的安全系数值开始移向动力安全系数值的中部偏上。因此,地下水位较高时,按照拟静力法计算的边坡安全系数进行边坡的稳定性评估将具有一定的潜在风险性。     

考虑高程放大效应的边坡动力稳定性分析

为了在进行露天边坡动力稳定性分析时，准确计算拟静力法中的等效静荷载，本文采用考虑振速高程放大效应的经验拟合公式进行等效静荷载计算，探索高程放大效应对边坡动力稳定性的影响。以某露天矿山为背景，使用ANSYS/LS-DYNA建立数值计算模型，分别对使用萨道夫斯基公式和考虑高程效应的经验公式下的振速预测值、等效静荷载和边坡稳定性进行分析。研究结果表明，多级台阶边坡存在振速高程放大效应，且高程效应出现在靠近坡面的顶缘位置；通过考虑高程效应的经验公式预测的质点峰值振速相比于萨道夫斯基公式更加合理，并且能较准确地反映高程放大效应。通过考虑高程效应的经验公式计算所得安全系数大于萨道夫斯基公式所得值，但较后者更加精确，计算结果更加可靠。本文研究可增强边坡稳定性评价结果的可靠性，为边坡岩体动力稳定性评价提供一种新方法。     

框架预应力锚杆支护边坡地震动稳定性分析方法

在考虑锚杆预应力对黄土边坡稳定性影响的情况下，根据土体边坡滑移面的破坏模式，建立了框架预应力锚杆支护边坡的地震稳定性分析模型。利用集中质量显式有限元法，将土体离散为土体静动力微元和土体预应力微元，并建立了相应的离散动力平衡方程，推导了边坡在地震作用下的位移反应和滑移面上的应力场。基于位移反应和土体应力场，提出了框架预应力锚杆支护边坡在地震作用下的稳定性安全系数计算方法。用本文方法针对某一工程实例进行分析，并与拟静力法的结果进行比较。比较结果表明，本文方法对于土质均匀的黄土边坡是可行的，相比拟静力法，更能反应黄土支护边坡的地震作用和土的动力特性。     

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。     

局部高陡边坡对排土场整体稳定性的响应规律

采用现场调查和数值分析相结合的方法,基于简化Bishop法极限平衡理论,对排土场4个边坡剖面分别考虑正常、暴雨和特殊3种工况,共进行24次边坡静力和地震动力稳定性计算分析,并以安全系数表征。根据排土场安全度,分3种计算工况提出了稳定性分级标准,在此基础上预测了临界安全系数值对应的总边坡角。结果表明:局部高陡边坡对边坡整体稳定性的影响主要发生在暴雨和特殊工况下,正常工况时影响不大;数值计算得出的最危险滑动面均发生在过高和过陡的局部台阶位置,与现场勘查结果吻合;当前边坡总坡角每上升2°,安全系数平均降低了一个等级。     

爆破动力荷载下边坡稳定性的时程分析

针对露天矿开采过程中,爆破开挖作业对最终边坡稳定的影响问题,采用动力有限元法分析爆破过程中边坡的稳定性随时间变化情况。首先建立矿山边坡的二维有限元模型,利用有限元强度折减法求解,得到边坡的最危险滑动面及折减安全系数;再根据得到的最危险滑动面,重新建立边坡和炸药的三维实体模型,布置爆破孔网参数并设置各个炮孔的起爆时间,通过LS-DYNA大型动力有限元程序,求解边坡在炸药爆炸后30 s时间内的动力响应过程。结合极限平衡法和动力有限元法计算结果,计算边坡在同时起爆方式下每一时刻的安全系数。提出应根据边坡时程安全系数及边坡滑面单元是否同时发生整体破坏等条件综合评价边坡稳定性。数值模拟结果能够动态显示爆破过程中边坡的应力、应变状态,计算结果与极限平衡法计算结果接近,可以为露天矿爆破设计提供参考。     

行洛坑矿应用坡体振速计算边坡动载的稳定性系数

本文通过行洛坑矿爆破试验,探讨了坡面和坡体振速对边坡稳定性的影响。试验和计算结果表明,坡体振速比坡面小54%,用坡体、坡面振速计算爆破动载的等效静力时,边坡稳定性系数分别降低6.8%及11.24%。此外,文中还指出,为了比较客观地反映爆破动力对边坡稳定性的影响,宜采用坡体振速计算等效静力。     

ANSYS在排土场动力时程分析中的应用

简要介绍运用ANSYS进行动力时程分析的基本原理，结合某石灰石矿排土场边坡稳定性问题，对排土场进行了简化为二维平面问题的地震时程分析。得出排土场边坡在地震作用下不同位置质点的位移和加速度响应特征，对边坡工程的动力分析具有参考意义。     

循环振动下岩质边坡渐进性破坏规律的数值模拟

为深入研究循环振动下岩质边坡渐进性破坏规律，采用3DEC离散元软件建立相应的数值模型，并基于振动台试验结果对其合理性进行了验证。从动力响应、稳定性系数及破坏模式3个方面分析了岩层面倾角、黏聚力及摩擦角等参数对循环振动下岩质边坡渐进性破坏的影响规律。研究结果表明：随着循环振动次数的增加，边坡稳定性总体上呈下降趋势，当坡体损伤达到一定程度时，其稳定性会快速下降且损伤速率不断加快，导致边坡失稳。岩层面参数对边坡渐进性破坏的影响作用由大到小依次为摩擦角、黏聚力、倾角；边坡稳定性随岩层面黏聚力和摩擦角的减小或岩层面倾角的增大而减小；各边坡模型的加速度响应特征均呈现出“高程效应”和“趋表效应”,且这种响应随岩层面黏聚力和摩擦角的减小或岩层面倾角的增大而显著增大；边坡破坏模式多表现为“拉剪破坏”,少数为“溃屈破坏”,表明破坏模式受岩层倾角影响明显。     

岩质边坡可靠性响应面法分析及其在露天矿山的应用

应用结构可靠度分析的响应面法进行边坡稳定性的可靠度计算，方法具有简化迭代过程和减少迭代次数，有效地提高计算精度和计算效率等优点。通过对雪峰露天矿山顺层岩质边坡的岩体结构力学参数进行分析，应用响应面法计算边坡可靠度，结果与实际情况基本相符。     

工程扰动下矿山高陡边坡力学响应规律研究

露天矿山中存在大量的高陡边坡与凹陷露天深坑,受区域环境影响,开采过程中各种生产扰动可能会造成滑坡、滚石等现象,威胁生产安全。基于高陡边坡稳定性分析相关理论,综合考虑工程区域地质条件,建立了边坡稳定性分析的数值模型。采用显式—隐式结合的计算方法,通过LS-DYNA软件对露天矿山高陡边坡爆破布置方案进行模拟,实现了计算结果的唯一可解性、无条件稳定性和收敛性。从时变角度对静力场应力迁移与动力扰动的共同作用进行了研究,针对扰动影响开展了动静耦合力学响应规律分析。研究表明：①上覆岩层剥离后边坡体坡面及台阶位置产生卸荷力学行为,坡顶位置振动速度较大,生产中坡顶易发生碎石滚落,需重点防范;②在工程爆破中,炸药量越大,塑性范围随之呈正比增长关系。爆心距较大的单元变形受地应力作用影响明显,爆破动力仅提供初始扰动作用。③根据不同药量爆破动力强度的分析,为了减震降灾,应当尽可能维持最优药量爆破,或者采用预裂爆破形式,削弱爆破振动对周边环境的影响。通过完成矿山高陡边坡稳定性优化研究,实现了动静荷载还原的边坡稳定性时程分析,可为露天矿山开采扰动影响的预测预警提供参考。     

应用ANSYS对老虎垅石灰石矿边坡稳定性分析

采用有限元分析软件ANSYS,结合强度折减法对老虎垅石灰石矿台阶边坡安全系数进行计算并分析其稳定性,得出台阶边坡的安全系数为1.2,台阶边坡较稳定.边坡最大应力出现在坡面端部,最小应力在坡面底部,应力值从坡底向坡顶不均匀递增,坡面的潜在滑移形状似曲面滑塌.分析结果为该矿山的安全生产提供科学依据.     

基于FLAC3D进行堆载作用下边坡稳定分析

调查分析保腾高速公路五合立交区边坡工程地质条件,通过ANSYS、FLAC3D建立边坡复杂三维地质模型。运用FLAC3D模拟分析边坡在堆载作用下三维位移场、应力场分布规律,研究边坡岩土体力学响应特性及可能的内在变形破坏机理。由强度折减法计算其安全系数,结果与极限平衡法计算结果一致。综合分析评定立交区边坡整体处于稳定,后缘局部可能崩塌滑移,为工程开展提供依据。同时探讨了边坡不同位置的堆载作用对其稳定性的影响,得知此类坡体在坡脚及中部堆载对边坡稳定有利,中部尤为明显,坡顶堆载对其稳定极为不利。     

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。     

基于最短路理论高陡岩质边坡稳定性分析

依据图论中寻求最短路问题理论，并将有限元法、极限平衡法与动态规划法相结合，推导出边坡安全系数计算公式；通过编程，自动搜索边坡最危险滑动面。通过数值模拟分析某金矿高陡岩质边坡应力场与水平位移场，同时与现场监测数据进行对比，证明数值模拟分析的可靠性。应用改进的方法搜索边坡最危险滑动面，计算边坡安全系数，计算结果与数值模拟的几个结果基本一致，证明改进方法的正确性，对同类高陡岩质边坡稳定性分析具有指导意义。     

降雨及爆破扰动下某露天矿山顺层高陡岩质边坡稳定性的影响及优化

通过对某矿山顺层岩质边坡的结构面调查，采用室内力学试验的方法确定边坡的岩体质量，并基于强度折减法和极限平衡法理论，对边坡在降雨及爆破扰动条件下的稳定性进行研究。结果显示：边坡在自重+暴雨工况下，边坡结构面无动力扰动影响，边坡处于稳定状态，该工况下边坡的最大剪应变发生在结构面的最上方，结构面中部的最大剪应力为6.0 mm。在自重+爆破工况下，结构面受到动力扰动的影响，边坡的稳定性受到严重威胁，边坡处于不稳定状态，同时结构面中部剪应变已达110 mm，在此条件下边坡可能会产生滑坡等地质灾害。鉴于此，对该顺层边坡进行了优化设计，设计为开采边坡方向与结构面延伸方向夹角为21.32°，经优化后的顺层边坡安全系数得到了显著的提升，保证了边坡的稳定性。同时为今后相似矿山的安全设计提供了科学依据。     

煤层开采对边坡稳定性的动态影响研究

为了研究煤层开采过程中对边坡稳定性的影响,采用强度折减法对采动条件下不同物理力学参数的边坡稳定性进行了计算和分析,得到了边坡粘聚力c不同折减百分比下安全系数的大小。采用莫尔-库伦强度准则对ANSYS软件计算得到的各节点的应力进行判断分析,得出了边坡不同物理力学参数下的塑性区和滑动面位置。研究结果表明,采动对边坡的扰动程度越大,边坡的物理力学参数降低越多,所对应的安全系数也就越小,在一定范围内安全系数与粘聚力c的折减百分比成线性变化。