块体理论与数值模拟结合应用于块裂岩质边坡稳定性分析

由于结构面的存在,块裂岩质边坡的完整性遭到破坏,并且岩体的力学性质和应力分布也直接受到影响,因此块裂岩质边坡稳定性分析十分复杂。块体理论是近年来发展和完善的一种适合于岩体稳定性分析的较行之有效的分析方法。但块体理论不能充分反映岩体结构面间的相互作用,而数值分析模拟具有可充分考虑岩体结构面间的相互作用的特点。应用块体理论,判识可移动块体类型及失稳模式,在确定可移动块体的基础上,结合数值分析模拟,对边坡稳定性进行分析,并且揭示块裂岩质边坡的失稳机理,为块裂岩质边坡稳定性分析提供一条新途径。     

节理岩体边坡关键块体的失稳概率研究

岩体边坡的破坏一般是由于关键块体的失稳产生的连锁反应而导致的整体失效,因此关键块体是影响边坡稳定性的核心因素。采用块体的失稳概率对关键块体的稳定性进行了评价,失稳概率与2个参数有关:节理交切概率和裂隙锥的不稳定参数,并利用岩体结构面的连通率对节理交切概率进行了修正,修正后的节理交切概率更能反映结构面的尺寸和不连续性。结果表明,用失稳概率评价关键块体的破坏可能性,可以为岩体边坡的支护设计提供依据。     

基于动态强度折减DDA法的边坡多滑面稳定性分析

为解决岩体结构面损伤的程度不一性问题及边坡多滑面分析中数值模型的选取问题,借鉴DDA计算位移的优势,考虑块体间相对位移,提出动态强度折减DDA法(Dynamic Strength Reduction Discontinuous Deformation Analysis,简称DSR-DDA)的边坡多滑面搜索,通过对不同破坏程度下岩体结构面动态折减不同的强度及动态变化边坡多滑面分析中的数值模型,以解决数值分析中岩体结构面损伤的程度不一性问题及边坡多滑面分析中数值模型的选取问题。利用倾斜平面滑块经典案例测试位移阈值,验证方法的可行性及计算精度,并将其应用到抚顺西露天矿岩质高边坡多滑面稳定性分析中,且与自主研发的GeoSMA-3D系统进行耦合。研究结果表明:在设定位移阈值为1 mm时,DSR-DDA与理论解误差在0.5%以内,满足计算要求。后续得到了抚顺西露天矿边坡最危险滑落面(对应安全系数为1. 136),与分析现场监测位移得出的潜在滑落位置基本一致,并在首次滑坡后的数值边坡模型基础上,得到了次级滑落面位置(对应安全系数为1.189),与常规分析得出的结果大相径庭,佐证了边坡多滑面稳定性分析中数值模型需动态变化的必要性。DSRDDA法与GeoSMA-3D系统识别出的关键块体耦合效果良好,从块体理论角度印证了DSR-DDA法的实用性。抚顺西露天矿边坡破坏模式为牵引式滑动破坏,中下部油母页岩对边坡稳定性起关键作用,故不可继续开采剩余油母页岩,以免引起边坡上部大面积滑坡及矿坑-城市边界滑坡。     

赤平投影法在北京门头沟某公路边坡稳定性分析中的应用

岩质边坡的稳定性主要受节理、裂隙等结构面控制,其破坏主要是由结构面切割形成的楔形块体失稳造成的。赤平投影法是岩质边坡稳定性分析的一个重要方法,它通过分析边坡上的结构面与边坡临空面之间的组合关系,判断楔形块体可能变形和位移的方向,对块体的稳定性做出初步评价。以北京门头沟某公路边坡为例,浅析赤平投影法在岩质边坡稳定性分析中的应用。     

考虑能耗特性的岩桥型边坡动力失稳研究

边坡中的岩体是岩质高陡边坡稳定性的关键,而岩体由岩块和各种结构面组成。岩桥型岩质滑坡是大型边坡滑坡的主要类型之一,对于这类边坡,岩桥段起着关键的锁固作用。在分析边坡的稳定性时,可将岩体工程的整体稳定性问题简化为分析岩桥段的稳定性问题,针对岩桥段进行加固处理,就可以保证整个工程岩体的安全和稳定。以凹山铁矿为工程背景,搜索并确认出边坡的岩桥,通过对岩桥段块体的能量分布及承载能力进行分析,将块体中的能量分为势能、爆破振动能、破碎耗能、摩擦耗能以及失稳动能,每部分能量通过不同的理论或实验来获取。研究岩桥型边坡的动力失稳问题对于这类滑坡的稳定性评价及灾害防治有较好的指导意义。     

安家岭煤矿岩体结构数字识别及关键块体确定

安家岭煤矿存在大量不稳定块体,安全隐患非常高,必须进行关键块体的预防治理工作。以北帮1300边坡平台为工程背景,采用先进的三维岩体不接触测量技术,进行岩体结构面的现场测量,获取岩体节理几何形态空间分布信息,建立三维岩体结构面空间分布模型。在此基础上,利用获得的边坡岩体结构面基本参数信息,基于不稳定块体快速识别和分析系统(Geo SMA-3D),进行边坡关键块体的搜索,并对所得结果进行理论分析,确定边坡较易掉落的块体及影响块体不稳定的因素。     

银盘水电站左坝肩边坡稳定性分析与研究

乌江银盘水电站坝址左岸开挖边坡最高达约160 m,高边坡稳定为坝址的主要工程地质问题.左岸边坡划分为左坝肩斜交顺向坡、下游斜交坡及厂房尾水渠边坡,其中左坝肩边坡稳定性相对较差.左坝肩边坡岩体以页岩、砂岩为主,发育多个层间剪切带,与裂隙组合,边坡可能发生不同规模的块体滑移失稳.在以二维刚体极限平衡分析的基础上,采用全空间赤平投影分析,得到边坡的可移动块体及其运动模式,在三维效应明显时进行三维补充分析计算.通过二维极限平衡、三维数值分析表明,边坡开挖后的稳定系数小于1.0,边坡将局部失稳,通过采用联合加固措施,可保证边坡安全系数达到设计要求.在边坡实际开挖施工过程中,总体上局部不稳定块体通过处理后,边坡整体稳定是有保证的.     

基于ABAQUS饱和渗流作用下岩质边坡稳定性分析

对尾矿库487勘探线边坡饱和渗流与物化耦合作用下的稳定性进行分析,通过现场监测和试验得到边坡的力学参数。利用块体极限平衡法对四棱锥体从应力场、渗流场和物化耦合作用下边坡稳定性进行分析得到其安全稳定系数。利用ABAQUS软件模拟对比分析,得出坡体的滑移面、饱和度及在饱和渗流作用下的塑性区。通过边坡失稳评价准则得到边坡整体安全稳定系数与块体极限平衡法理论计算对比分析确定边坡可靠度。得出边坡在多场耦合作用下岩质边坡的稳定性降低,证实模拟的准确性。     

松树南沟矿区边坡岩体质量评价与边坡稳定性分析

为了评价松树南沟矿区边坡岩体开挖稳定性情况,指导矿山的安全施工,以结构面测量与工程勘察为基础,分析边坡岩体结构面的分布及岩体结构特征,得到对边坡稳定起控制作用的优势结构面。利用结构面三维网络模拟技术,对上述优势结构面进行计算机模拟,建立结构面网络模型,再现岩体结构。分别沿平行和垂直各测线走向方向切割网络模型,发现岩体部分区域被结构面切割严重,为形成小规模的可动块体提供了有利条件。运用分形理论计算了各切面的分形维数,计算得出边坡岩体处于一般或差的状态;借助有限差分软件FLAC3D,计算开挖后边坡岩体的稳定性情况,结果表明：由于开挖卸荷局部边坡台阶处出现了较大的位移和塑性区,可能出现崩塌、滑移破坏,与质量评价结果一致,建议适当放缓该区域台阶坡面角。     

关键块体稳定影响因素主成分分析

块体理论是由我国学者石根华首先在国内提出的,主要用于分析研究块体在三维空间的几何形状以及运动可能性问题。其核心可归结为排除无限块体和不可动块体找出临空面上的关键块体,对其进行分析研究并对可能失稳的块体提出合理的加固措施。用该理论来分析岩质边坡稳定性时,影响关键块体稳定性因素较多。结合均匀试验设计方法,考虑岩质边坡开挖以后的卸荷的影响,选用构成块体的2组结构面的黏聚力、摩擦角、以及地震动峰值加速度5个因素的影响来进行分析研究,评价各因素对岩质边坡关键块体稳定性的影响程度。为实际工程建设提供一定的建议。     

基于动态加速度显式数值流形法的边坡稳定性分析

为增强数值流形法（Numerical Manifold Method，NMM）处理大规模非线性动力学问题的精度，借助显式积分算法在处理大规模非线性问题方面的优势，同时延续NMM可在同一计算架构下处理连续—不连 续问题的特点，提出了动态加速度显式数值流形法。定义加速度在单个时间步长内呈线性变化，推导了动态加速度显式积分算法公式，并进行了动态加速度显式数值流形法稳定性测试，最后将该方法应用到某露天矿 岩质边坡稳定性分析中。研究表明：当程序运算总时步数越多，块体数目越多时，动态加速度显式数值流形法相较于传统NMM的优势越明显，进一步印证了该方法在处理大规模非线性动力学问题的可行性。露天矿边坡 失稳模式为中上部推移式滑坡，考虑到滑坡体厚度约为30 m以及滑坡体的实际状况，推荐采取对滑坡体及失稳面进行注浆加固的方式，增强其自承载能力来提高其稳定性，进而也可支撑滑坡体后方边坡。     

随机节理岩体巷道再生顶板失稳机理与控制研究

为研究随机节理岩体巷道再生顶板失稳机理及控制方法,基于龙口某矿油页岩上分层巷道节理参数统计结果,结合蒙特卡罗模拟方法,采用UDEC软件内置FISH语言编写了随机节理模拟程序,建立了随机节理岩体巷道数值模型,对随机节理岩体巷道再生顶板的失稳破坏过程及支护方式进行了模拟,并通过工程应用对数值模拟进行了验证。结果表明:再生顶板巷道开挖后预留护顶中小的易冒块体首先沿节理面滑落,之后关键块体在上部破碎岩块压力作用下沿节理面滑动下沉,当关键块体一端滑离巷帮节理面时,关键块体失稳,发生冒顶;再生顶板下预留护顶掘进巷道合理支护方式为锚索-架棚联合支护,可有效控制巷道顶板变形并防止顶板破碎块体冒落。     

基于动态加速度显式数值流形法的边坡稳定性分析

为增强数值流形法（Numerical Manifold Method，NMM）处理大规模非线性动力学问题的精度，借助显式积分算法在处理大规模非线性问题方面的优势，同时延续NMM可在同一计算架构下处理连续—不连 续问题的特点，提出了动态加速度显式数值流形法。定义加速度在单个时间步长内呈线性变化，推导了动态加速度显式积分算法公式，并进行了动态加速度显式数值流形法稳定性测试，最后将该方法应用到某露天矿 岩质边坡稳定性分析中。研究表明：当程序运算总时步数越多，块体数目越多时，动态加速度显式数值流形法相较于传统NMM的优势越明显，进一步印证了该方法在处理大规模非线性动力学问题的可行性。露天矿边坡 失稳模式为中上部推移式滑坡，考虑到滑坡体厚度约为30 m以及滑坡体的实际状况，推荐采取对滑坡体及失稳面进行注浆加固的方式，增强其自承载能力来提高其稳定性，进而也可支撑滑坡体后方边坡。     

露天石灰石矿山岩质边坡坡角优化设计研究

基于赤平投影图解法、极限平衡法以及数值模拟方法,提出了提高矿山开采量的思路:先统计分析矿山边坡的优势结构面,然后基于数值模拟软件3DEC,模拟计算在优势结构面组合的影响下其局部台阶边坡的稳定性,优化并得到局部台阶边坡在优势结构面组合的影响下能保持稳定状态的优化边坡角。最后,基于极限平衡理论,利用Slide对边坡角优化设计方案进行稳定性验算,并求得边坡在自然工况、爆破工况、地震工况下的稳定性系数,以提高设计方案的安全储备,最终提高矿产资源的开采量。以四川省兴联矿区的石灰石边坡为研究对象验证了该方法的可行性,结果表明,考虑优势结构面最不利组合对边坡稳定性的影响时,计算得出的最优边坡角为50°,相比于此前设计的边坡角45°提高了5°,从而提高了矿山的开采量。本文提出的边坡角优化思路可以提高矿山开采效率和经济效益。     

基于随机块体理论的矿山边坡稳定性数值分析

以唐山市某露天铁矿为例,采用ShapeMetrix 3D高精度边坡扫描仪对现场边坡中结构面信息进行采集,并对采集的倾角、倾向、迹长等信息进行数理统计分析,得到随机结构面参数的统计分布规律;依据随机块体理论以及离散元数值模拟软件UDEC再现和反演在边坡中存在的节理裂隙,并进行正交试验研究在不同节理参数组合形式下边坡稳定性系数的性变化规律。根据正交试验结果以及极差分析可知,随着边坡中节理迹长与节理密度的增大,边坡在长期外力作用下稳定性系数逐渐减小;边坡稳定性随着边坡内聚力与内摩擦角的增大而增大;边坡稳定性系数随着节理倾角的增大先减小后增大,并当倾角48°时达到最小值。     

天然和饱水状态下路堑边坡稳定性离散元分析

路堑边坡稳定性分析是公路工程建设中的核心问题,而大多数滑坡都是在雨季或降雨后的短时间内发生,在边坡稳定性分析中合理地考虑降雨作用的影响是十分必要的。以渝黔高速公路某路堑边坡为研究对象,根据工程施工的实际情况,分五个开挖步、六个阶段对处于天然及饱水两种状态下的边坡稳定性进行了离散元动态模拟,并对软弱结构面处的关键块体进行了跟踪分析。分析结果表明,在整个开挖过程当中,天然状态时的边坡整体稳定性较好;如果边坡岩体处于饱水状态,边坡的稳定性程度则会明显降低,尤其是当边坡开挖至第3阶段时,即软弱结构面被切割临空后,边坡的位移值及安全系数大小均出现了大的跳跃式变化。再次证明了该岩质路堑边坡是否可能滑坡,实质上是受软弱夹层的强度控制,而水是导致边坡发生失稳破坏的诱发因素。研究结果能够为边坡的合理防治提供必要的理论依据。     

基于极限平衡法和FLAC~(3D)的排土场稳定性分析

排土场稳定性研究的关键是确定边坡岩土体的物理力学参数并寻找最危险滑动面。以远兴煤矿外排土场为例,利用极限平衡法对边坡的稳定性进行计算,同时利用FLAC3D软件对排土场进行数值模拟,分析排土场内部应力应变变化规律,明确边坡失稳的破坏机理。     

基于重整化群与模糊可靠度法的边坡稳定性分析

为了探讨露天边坡的稳定性,结合重整化群法和可靠度分析法对露天边坡的稳定性进行了分析。首先结合重整化群法建立了露天边坡稳定性分析模型,考虑系统应力重分布对边坡稳定性的影响,将露天边坡失稳破坏的复杂问题转化为边坡失稳概率与临界失稳概率之间比较的问题,并计算得出了三维情况下露天边坡失稳破坏的临界概率为0.159 9;然后结合可靠度分析法计算得到了露天边坡的失稳概率。采用上述方法对新疆某露天矿边坡稳定性进行了分析,得到了该露天边坡的失稳概率为0.100 1,小于临界失稳概率,计算结果与现场实际情况一致,说明该方法在露天边坡稳定性分析中具有一定实用性。     

基于块体理论的大倾角节理巷道支护角度优化

为解决节理巷道支护设计对结构面产状及块体破坏特点考虑不足的问题,采用块体理论赤平投影法及3DEC数值模拟方法,考虑结构面及块体因素影响,对大倾角节理巷道支护方案做局部支护角度优化。结果表明:局部支护角度优化后,块体Ⅰ附近锚索最大轴力降低29.58%,块体最大位移降低了21.43%;块体Ⅱ附近锚索最大轴力降低了48.38%,块体最大位移降低了25.74%。通过对关键块体局部锚杆(索)支护角度的优化,关键块体稳定性提高,锚杆(索)受力状态得到改善,有效提高了锚固安全性能。     

基于块体理论岩体稳定性分析及三维数值模拟研究

本文介绍了基于不连续变形方法的块体理论.以某金矿运输巷道为工程背景,详细论述了围岩中关键块体的判别及块体最大可动区域的确定,并通过BST和UNWEDGE程序进行关键块体计算.通过块体理论方法在围岩稳定性分析中的应用,分析了围岩稳定性的影响因素和关键块体的安全系数,对围岩塌陷区的加固机理进行了研究,并对围岩稳定性进行了数值模拟研究(3DEC),验证围岩塌陷区进行加固支护方法具有一定效果.