排土场散体物料强度对边坡潜在滑动面的影响

高台阶或超高台阶排土场的散体物料块度分布呈现明显的粒径分级特征,物料强度力学特性随块度布组成不同而发生显著变化。通过室内直剪试验揭示排土场散体物料强度参数C、φ与块度组成规律。在此基础上,应用强度折减法,通过对排土场采取逐级分层的方式,研究其强度参数随高度变化时的边坡潜在滑动面及安全系数变化趋势。试验与数值模拟研究表明：其内摩擦角随粗颗粒含量的增多而不断增大,并呈现线性关系;黏聚力呈曲线变化,其总体变化趋势是不断减小的;边坡潜在滑动面随着散体物料分层的不断细分,潜在滑动面出口位置不断向上抬升,塑性区不断向上扩展,最终呈现稳定状态;安全系数随着层数的增加逐渐减小,减小到一定数值（1.125左右）后,随着层数的增加,安全系数又出现一定上升,但变化趋势趋向稳定。     

某排土场散体物料力学性质的试验

排土场散体物料力学参数除受本身性质决定外,主要还受排土工艺和排土速度等参数影响。针对某排土场散体物料的砾石含量和尺寸影响因素,采用粗粒土大型三轴试验,配置多组不固结不排水试样,分析散体物料力学的性质。结果表明,散体物料的应力-应变曲线在几何形式上表现为近似双曲线型,在物理形式上表现为硬化型曲线;当应变量为15%对应的强度峰值时,散体物料的摩擦角随砾石含量和尺寸增大而增大,黏聚力随砾石含量和尺寸减小而增大,主要因为摩擦角受砾石"二次啃断"而表现为增加,黏聚力受土相对含量增加,胶结作用表现明显而增加。通过对散体物料在台阶上的自然滚落堆积规律进行试验研究,将较高的排土场台阶分为2层或3层,取不同的岩土强度参数进行稳定性计算是符合实际情况的。     

排土场物料抗剪强度参数反演分析应用研究

排土场堆积物料力学参数的合理确定是准确评价排土场稳定性和进行排土场灾害防治控制一项关键工作。由于排土物料的复杂性,使排土场散体强度参数的合理取值成为困扰岩土工程界的难题。本文以某矿山排土场所存在的一个现状临界滑坡为依托,采用参数反演方法验算某矿山排土场物料综合抗剪强度,从而为分析该矿山排土场边坡稳定性提供准确的参数。     

基于综合安全系数的强度折减法的改进

在边坡失稳破坏过程中,黏聚力c和摩擦角所起的作用是不相同的,边坡双安全系数虽然体现了c和安全储备的不同,但其强度参数折减过程具有盲目性,并且在衡量边坡稳定性方面缺乏统一的标准。根据Mohr-Coulomb屈服准则,基于强度储备原理,提出综合安全系数;对土的软化过程进行推导,得到c和折减系数之间的关系;利用FLAC^3D中的fish语言编写自定义非等比强度折减程序,分析了不同强度参数折减比下边坡的稳定性。研究表明：①提出的综合安全系数消除了双安全系数在评价边坡稳定性方面的不确定性;②在黏土边坡失稳破坏过程中,黏聚力c所起的作用大于摩擦角;③改进的强度折减法克服了传统强度折减法无法考虑滑动面土体劣化过程等问题。     

含水率对排土场黏土抗剪强度参数的影响

为得到排土场非饱和黏土强度计算公式,在常规三轴仪上对不同含水率的原状土和重塑土进行不固结不排水(UU)试验,分析强度参数黏聚力和内摩擦角与含水率之间的关系。结合试验结果,得到了非饱和黏土的抗剪强度计算公式。实际工程应用中,测得土样的含水率,可以计算得出非饱和土的抗剪强度。     

某磷矿边坡软弱夹层抗剪强度指标的确定

软弱夹层的力学强度指标对边坡稳定性至关重要。本文选取已滑动边坡的2个典型剖面,采用试验和反算法综合确定合理的软弱夹层抗剪强度指标,为边坡稳定性分析提供恰当的计算参数。研究表明:反算法确定的边坡软弱夹层黏聚力c为28.8kPa,内摩擦角φ为16.6°,其值比试验确定的指标更符合实际情况,可见,只要弄清楚具体的滑面位置、滑动时的工况,明确安全系数,采用反算法确定的滑体抗剪强度指标是比较准确的。     

大孤山铁矿排土场散体粒度分形特征的分析研究

排土场大量堆存的散体容易诱发泥石流、滑坡等地质灾害,研究散体的物理力学性质是分析排土场边坡稳定性的重要环节。该文应用分形几何理论和现场原位大面积直剪试验,通过对大孤山铁矿排土场散体粒度和抗剪强度进行分析研究,建立了不同级配散体抗剪强度指标c值、φ值与分维数D之间的关系,初步论证了分形几何理论在联系散体微观构成与宏观力学性质中的作用。     

降雨入渗条件下大型排土场边坡稳定性分析

为研究降雨入渗条件下排土场边坡稳定性,以某大型排土场为工程背景,通过室内土-岩散体渗透试验与直剪试验获取岩土堆积体力学参数。借助有限元软件,采用应力-渗流-边坡耦合模拟分析该排土场边坡在最大降雨量为360 mm/d,降雨时长分别为6 h、12 h、18 h与24 h条件下的排土场孔隙水压力与地下水位渗流场分布特征。研究了不同降雨时长下的安全系数时变规律,研究成果可为类似排土场的边坡稳定性评价提供参考。     

酸化土体坡脚的排土场边坡稳定性研究

长期酸化特性条件下的土体自身结构势必发生改变,散体物料物理力学性质也会发生相应变化,进而对排土场边坡的稳定性产生重要影响。基于室内筛分实验、三轴剪切实验,分析物料级配组成、强度参数变化,揭示土体与酸化时间的变化规律;应用强度折减法对边坡稳定性进行数值模拟分析。结果表明:土体黏聚力随酸化时间的延长逐渐衰减并趋于稳定,内摩擦角主要围绕一个数值上下波动,总体幅度变化不大;边坡潜在滑动面位置随着土体酸化时间的延长不断变化,塑性区不断扩展,逐步向底部台阶迁移,最终在底部台阶呈现稳定状态;安全系数前期下降明显,之后变化趋向稳定。     

塑料含量对MSW强度特性影响及边坡稳定性分析

参考国内典型垃圾填埋场中城市固体废弃物主要成分,通过人工配制垃圾土样（MSW）,利用GDS三轴仪开展固结排水剪切试验,研究了不同塑料含量对垃圾土样强度特性的影响。试验结果表明,不同塑料含量垃圾土试样的应力—应变曲线全部呈现应变—硬化特性。随着塑料含量的增加,垃圾土的强度减小;垃圾土中塑料含量的增加对垃圾土试样黏聚力影响较为显著,表现为塑料含量增加,垃圾土的黏聚力呈明显的下降趋势,而对其内摩擦角的影响并不明显。同时,基于Geo-slope软件采用Morgenstern-Price方法开展了填埋场边坡稳定性分析,计算结果表明,垃圾土的塑料含量、渗滤液水位过高以及垃圾土自身抗剪强度较低,都会直接降低垃圾填埋场的安全系数以及稳定性,增加填埋场失稳的风险。     

基于在线自适应极限学习机的矿山排土场滑坡预警模型

排土场滑坡是矿山的重大灾害之一,严重威胁着矿山的安全生产,矿山排土场受地质、人为、自然等多种因素的影响,采用单一指标难以准确和有效地预测滑坡变形趋势和安全稳定性,针对此问题本文提出了基于自适应极限学习机的矿山排土场滑坡预警模型。通过将岩土内摩擦角、坡角、坡高、容重、孔隙水压力系数和内聚力等指标作为输入单元,以稳定系数作为输出单元,对已有的数据进行训练和测试,应用效果表明该方法的理论计算结果与工程实际状况基本一致,具有良好的适应能力,对提高矿山排土场滑坡预警能力和准确性有着一定的借鉴意义。     

高应力条件下排土场非线性强度参数及稳定性分析研究

通过在实验室内开展排土物料的大型高压静力三轴剪切试验,研究了高排土场物料应力-应变关系及非线性强度指标,为排土场稳定性分析提供基础力学数据。在此基础上建立了能够反映排土场实际边界条件的计算模型,并充分考虑高围压颗粒破碎现象对边坡稳定性的影响,其研究成果对高排土场堆排及加固具有一定的指导意义。     

散体矸石力学参数标定与矸石山边坡稳定性分析

以李家壕煤矿矸石山为例,对矸石山边坡稳定性问题进行了较为全面的研究。对于散体矸石无法直接制作成样测试力学强度参数的问题,借助模拟软件PFC3D对散体矸石的力学参数进行了反演,通过侧限压缩试验和三轴压缩模拟试验测得了散体矸石的抗剪强度参数;利用试验所得抗剪强度参数,用FLAC3D数值分析软件对李家壕煤矿矸石山边坡进行了整体的剪切塑性区分析,得出潜在剪切破坏区域对工业广场安全性基本无威胁;二维稳定性分析得到的安全系数在1.2左右,该计算结果表明该矸石山边坡整体暂时处于较为稳定的状态,根据位移云图确定防护区域应该集中在上部2个台阶位置,能够有效避免局部失稳。同时为了保证长期的稳定性,结合矸石山的特点,提出了相应有效的治理措施。     

冻融循环下排土场散体物料力学特性及其稳定性分析

为了解冻融循环引起的排土场散体物料剪切强度劣化规律，采用自主研发的大型直剪仪开展冻融循环作用下土石混合体的剪切试验，得到不同冻融循环次数下的排土场土石混合体剪切强度劣化曲线，并通过CT扫描分析不同冻融循环次数下土石混合体内部细观结构演化特征；最后，开展考虑冻融循环影响的排土场边坡稳定性分析。研究结果表明，在低法向压力下，散体物料的剪切应力-位移曲线主要呈现应变软化型，且在剪切过程中伴随剪胀行为；随着法向压力增大，曲线逐渐向应变硬化型转变，剪切过程中主要呈现剪切压缩行为；冻融循环次数增加，会使曲线应变硬化行为明显，逐渐弱化剪胀行为，内聚力和内摩擦角逐渐减小。当冻融循环次数达到15次时，内聚力和内摩擦角的减小量分别为18.45 % 和9.42 %；冻融循环导致散体物料内部细颗粒冻胀挤压碎裂，致使细颗粒和孔隙间发生错位与重组；冻融循环引起的散体物料孔隙变化主要集中在前5次；当冻融循环次数达到15次时，排土场安全系数减小率约为7.6 %。研究结果可为寒区排土场稳定性分析提供参考。     

排土场破坏过程及稳定性模型试验研究

设计了一套排土场模型试验装置,利用自然分选形成排土体模型,通过抬高模型一侧来使边坡发生破坏。试验结果表明,滑面近乎为直线,排土体的初始破坏位置集中在1/2～3/4高度处。初始破坏发生后,会引发上部土体的滑动,且破坏规模更大;下滑的土体从1/2高度处开始堆积,随高度降低,堆积的土体增多。下滑的土体由两部分组成,大部分为初始破坏及牵引的上部土体,少部分为下滑过程中带动的坡面土体;基础边坡角越大,破坏发生的范围越大。不同滑面反演出的φ值较为接近,平均值为33.2°,标准差为0.96°;利用反演参数计算的滑后边坡安全系数较为接近,平均值为1.12,标准差为0.015,表明此时边坡均有10%~14%的安全储备。因模拟排土料的石料干燥且粒径均匀,边坡破坏过程与前人研究结果差异较大,模型试验所得结果适用于无地下水条件的碎石边坡。     

考虑降雨因素的废石堆场边坡稳定性研究

针对凡口铅锌矿废石堆场在降雨作用下可能失稳滑坡的问题，采用FLAC^3D数值模拟方法对比分析了考虑50年一遇降雨条件和不考虑降雨条件下废石堆场边坡的稳定性，并模拟了削坡处理对边坡稳定性的影响。结果表明，降雨会明显增加废石堆场边坡失稳风险，不考虑降雨条件下最大安全边坡角度为43°，考虑降雨条件下最大安全边坡角度为37°，削坡处理后边坡安全系数在降雨条件下达到1.43，表明削坡处理后边坡稳定性良好。     

高台阶排土场粒径分布特征与抗剪强度特性

以南加排土场高台阶排土工程为例, 运用颗粒分析试验测定土体粒径分布规律, 并设计不同粗粒含量的重塑土样进行室内直剪试验。结果表明, 排土台阶自上而下, 粒径大于5 mm的粗颗粒含量由43.2%增至95.7%, 其中粒径5~60 mm的颗粒含量先增后减, 且最大含量58.6%位于台阶中下部; 台阶底部多为超大粒径块石并呈现为颗粒架空结构。级配组成不同的重塑土样在受剪切变形时, 剪切面萌生与扩展伴随有块石的旋转、咬合与翻滚, 出现塑性流动破坏。土样应变硬化与剪缩特征显著, 竖向荷载愈大, 硬化现象与剪缩变形愈加明显, 粗粒含量增多, 土样剪缩变形量减小。从排土台阶坡顶至坡底, 土体黏聚力减小而内摩擦角增大。     

排土场边坡不同成因及动力稳定性分析的优化设计研究

松散体形成的排土场的边坡稳定性一直以来是科学界广泛关注的话题，因为根据排土场的堆积方式不同其所造成的边坡的应力应变形态也不同，产生边坡滑坡的风险也存在差异。为了详细的研究松散体堆积形成的排土场边坡的稳定性，采用室内岩石力学试验、FLAC3D数值分析法对3种不同堆积方式（压坡式、覆盖式和混合式）下形成的边坡展开研究，并以研究的各边坡的安全系数、最大剪应变、边坡的水平位移和最大主应力等数据为基础，构造判断矩阵，对3种不同堆积方式形成的边坡进行优选决策分析，经过多条件综合考虑，最终得出排土场采用压坡式排料形成的边坡整体稳定性最佳。