劣化扰动因素下顺层岩质边坡稳定性及优化设计研究

顺层岩质边坡受天然地质构造影响,其稳定性相对较差。然而在暴雨、爆破和地震这些强大的劣化因素影响下其稳定性受到更大的威胁。因此以强度折减理论为基础,采用数值模拟的方法对某矿山顺层岩质终了边坡的稳定性进行了分析。研究该矿山在暴雨、爆破和地震3种工况下,拟设计方案和两种优化方案的顺层终了岩质边坡的滑动面位置、边坡的横向变形和应力变化规律。结果表明:地震对该矿山顺层边坡的稳定性影响最大,且在拟设计方案条件下边坡的安全系数低于规范值,边坡处于不稳定状态;通过对该矿山顺层边坡的优化研究,最终得出该矿山最优的设计方案。     

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。     

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。     

爆破振动对顺层岩质边坡稳定性的影响

根据顺层岩质边坡爆破开挖后产生层裂和后裂的特点,提出了在顺层岩质边坡附近爆破时的边坡稳定系数计算方法,并以渝怀铁路顺层边坡岩体的实测数据为基础,进行爆破地震作用下顺层岩质边坡的稳定性分析。计算结果表明,爆破作用导致边坡自稳能力降低,其降低幅度达54%,据此提出了顺层边坡岩体的爆破开挖方法以及相应的防护措施。为顺层岩质边坡爆破的优化设计提供了理论依据。     

攀枝花朱矿南帮边坡稳定性的运动学分析

露天矿山开采后，形成多台阶高陡岩质边坡，结构面揭露，大量发育的结构面对岩质边坡的稳定性起控制作用。通过立体投影与矢量代数理论建立的运动学分析方法，广泛应用于受结构面控制的岩质边坡稳定性研究。以攀枝花朱矿南帮边坡为例，应用DIPS软件，对该岩质边坡进行运动学分析，结果表明：南帮边坡在优势节理面切割下，易和坡面组合形成楔形体滑动；岩体下部若存在流层面，易于和贯通的节理面组合形成较大规模平面滑动。     

爆破影响下露天矿边坡的稳定性分析

针对露天矿山边坡在爆破影响下受结构面控制的稳定性问题,以某石灰石矿山工作台阶边坡为研究对象,在统计分析研究区优势结构面的基础上,利用离散元软件3DEC对工作台阶边坡在自然状况及爆破影响下的稳定性状况进行了定性与定量研究。研究结果可为矿山设计与安全生产提供参考。     

基于拟静力法的露天矿山预裂爆破孔网参数优化设计

以拟静力法为核心,采用FLAC3D数值模拟技术对某露天矿山的预裂爆破孔网参数及爆破效果进行了优化分析,研究目的旨在分析该矿山的合理的预裂参数、保证边坡的稳定性,为矿山的安全生产做出重要贡献。此次研究以室内力学试验为基础,试验得出岩石的物理力学性质,岩石的物理力学参数转化为岩体的物理力学参数,并参照相关规范对爆破的振动进行了静力转化,为数值计算提供基本数据。研究结果显示,当装药量为18 kg时,边坡的安全系数为1.75,但是边坡的位移和水平最大主应力相对较大,且最大水平应力超过了岩体的极限抗拉强度,爆破后边坡存在大量危石冒落的风险;当单孔装药量优化为14 kg时,边坡的安全系数为1.92,不仅边坡的安全系数显著增加,且相邻边坡上位移集中的位置发生了转移,相邻边坡中没有位移相对集中的现象,同时相邻边坡和爆破边坡的坡面水平拉伸应力显著上移,仅仅在边坡的上部存在拉伸破坏的现象,其边坡中下部均没有产生拉伸应力集中的现象,保证了预裂爆破效果,同时为相似矿山的预裂爆破提供了理论基础和科学依据。     

顺层边坡岩体爆破对软弱层性态的影响研究

研究并确定开挖爆破对顺层岩质边坡软弱层性态的影响规律是正确进行边坡稳定性分析及其支挡设计的前提。结合现场浅孔爆破层裂试验,利用LS-DYNA3D程序模拟研究浅孔爆破时软弱层性态的变化特征。探讨距爆源不同位置处软弱层充填物的位移分布、压密度及其变化规律,给出了爆破造成层面破裂的临界位移值0.1 mm和充填物压密度的近似计算公式。此外,在模拟计算相同地质条件下深孔爆破的层裂效应基础上,分析比较了深孔爆破和浅孔爆破对软弱层性态影响的差异及其原因。研究结果表明,浅孔爆破在软弱层中形成上下左右4个方向稍微突出的近似圆形爆腔,其半径约为28.7 cm;而深孔爆破的近似圆形爆腔,其装药后方半径（89.1 cm）远小于其他3个方向半径（138.7 cm）,且软弱层上下表面向后卷曲厉害;随着爆源距的增大,软弱层的位移逐渐减小,并且浅孔爆破和深孔爆破在爆源距分别小于40 cm、100 cm时,位移随爆源距的降低速度很快;软弱层的压密度在爆源附近较大,而且降低速度也很快,随着爆源距的增大,压密度逐渐减小。     

深凹露天矿山岩质高陡边坡稳定性预测

结合大冶铁矿东露天高陡边坡,运用线性和非线性方法研究了岩质高陡边坡的稳定性预测模型。首先采用岩质边坡稳定性分析复合指标对边坡岩体质量进行分级;在此基础上,分别运用多元线性回归和BP神经网络方法研究边坡稳定性预测模型,并将其结果与极限平衡分析方法进行对比。结果表明,边坡稳定性与其影响因素之间存在着复杂的非线性关系,应用BP神经网络方法预测露天矿山高陡岩质边坡稳定性是有效的、可行的。     

某露天矿山破碎岩体高陡岩质边坡稳定性的数值模拟研究

露天矿山高陡岩质边坡的稳定性严重威胁着矿山的安全生产,尤其是对于地质条件复杂、地层分布不均匀且节理裂隙发育的变质岩和侵入岩形成的破碎带发育的边坡更是如此。为确保某矿山的安全生产,通过力学试验的方法确定了岩石的物理力学性质,通过Hoek-Brown强度准则将岩石的力学性质转化为岩体的力学性质并对岩体的质量进行了评价。同时,采用FLAC3D数值模拟技术将高陡岩质边坡进行数值研究。结果表明：终了边坡的安全系数为1.31,边坡总体上处于稳定状态,但是通过对边坡中部的最大主应力分析可知,边坡中部随着开采的进行,可能存在冒落、垮塌或滑坡的风险,针对边坡存在的风险提出了预防措施。研究为矿山的安全生产提供了科学指导,同时为相似矿山的边坡处理提供了科学依据。     

四川巴中谭家山石灰岩露天矿边坡安全隐患及处置对策

四川巴中谭家山水泥用石灰岩矿矿区分为东矿区和西矿区,东矿区作为第一期开采,设计边坡高度约300m,最终整体边坡角41.9°。矿区地质条件复杂,地层呈陡倾顺层单斜产出,岩体节理裂隙发育,地下存在规模不等的溶洞,边坡为典型的陡倾顺层露天矿高边坡,安全隐患较为突出。本文以现场地质调查为基础,首先采用工程地质分析法分析了谭家山石灰岩露天矿边坡可能存在的破坏模式,结果表明整体边坡与台阶边坡皆存在不同破坏模式的安全隐患;其次考虑生产爆破及地下溶洞的可能分布情况,指出了生产过程中可能出现的边坡安全隐患;最后针对可能出现的边坡安全隐患,提出了相应的处置对策及措施。研究成果可为矿山生产安全管理提供参考。     

爆破测振及位移监测对边坡的综合控制研究

首先深入探讨了爆破监测和地表位移监测原理及规律分析;然后,基于南芬露天铁矿工程实例,结合爆破测振和地表位移监测双系统的联合应用,对矿山高陡边坡进行连续监测;最后,在掌握边坡演变特征的基础上对采矿决策做出有效调整,促使采矿工程向有利于边坡稳定方向发展,为矿山安全持续开采提供技术保障。     

铜山口铜矿露天采场边坡平面破坏研究

为了得到铜山口铜矿露天采场南边坡与西边坡的稳定性,采用RocPlane2.0分析软件对边坡台阶进行了平面破坏稳定性研究。研究结果表明:1)受力在I～Ⅵ条件下,边坡的安全系数依次降低;在张裂缝、爆破振动力与地震力影响因素的控制对比下,地震力对边坡稳定性的影响较大。2)南边坡与西边坡台阶高度为12m,坡面角≤75°时,6种受力情况边坡的安全系数均大于许用安全系数,边坡台阶不会发生平面破坏;台阶高度为24m,坡面角≤75°时,6种受力情况边坡的安全系数均大于许用安全系数,边坡台阶不会发生平面破坏。3)建议在台阶并段开采(24m)时,其台阶的坡面角为75°。研究结果可为矿山安全生产设计提供参考。     

地下转露天开采条件下某露天矿高陡边坡稳定性分析

某露天矿为地下转露天开采,在复杂工程地质条件和原地下采空区的综合影响下,露天边坡极易发生塌陷、台阶失稳等灾害,严重威胁露天矿安全生产。为研究地下转露天开采条件下某露天矿高陡边坡的岩体变形破坏规律,结合实际地质条件,利用Dimine-Midas/GTS NX耦合建立大型露天矿三维工程地质模型,并进行稳定性计算分析。分析结果表明:地下采空区顶板变形量较小,对露天矿边坡影响不大;南部强风化岩区域边坡位移量较大,边坡有向外"滑动"的趋势;开挖至-180m平台时,边坡安全系数降至临界值,并出现塑性区开始贯通坡脚现象;综合分析得出该矿山开采的临界水平为-180m平台。通过对该实例工程边坡的破坏机制分析,揭示了边坡变形破坏的主要因素,并为后续边坡治理提供理论指导。     

研山铁矿边坡稳定性影响因素分析及控制技术

露天边坡的稳定是决定矿山安全生产的关键因素。基于研山铁矿边坡工程地质特征现场调查结果,得出边坡岩性、水以及开采扰动是影响矿区边坡稳定性的三大主要因素。综合考虑边坡岩土体破碎情况将边坡自西向东划分为3个分区,根据各区边坡实际状况,分别采用了全长黏结锚杆支护、预应力锚索、挂网喷射混凝土等防护治理措施。基于预裂爆破技术原理,对研山铁矿进行了预裂爆破参数设计及现场试验,结果表明,设计的爆破参数不仅大幅度降低了爆破震动,减小了对台阶损伤破坏,极大地增强了边坡的稳定性,为矿山安全生产奠定了基础。     

某露天铁矿爆破振动对边坡的动态响应特征研究

岩石边坡的安全性影响着矿山的经济效益。为了评估露天矿岩石边坡的稳定性，研究爆破近区的岩石边坡对爆破振动的响应特征，以某露天矿爆破开挖为工程背景，运用理论分析并根据现场地质条件，确定边坡上的测点位置，研究爆破振动波在边坡上传播的规律。 运用FLAC3D软件建立边坡模型，分析岩石边坡在爆破振动作用下的速度、位移的变化特征。研究表明：高边坡的测点竖直方向振动速度相对于水平方向较大，爆破振动强度并没有随着正高程的增大而呈现无限放大趋势，而是达到一定高程差时才会呈现出爆破振动的放大效应；边坡的竖直方向与水平方向发生小部分变形，但坡底水平位移变化幅度较大且为集中，降低了边坡的稳定性。     

基于岩体等效模型的高陡边坡稳定性研究

以厂坝铅锌矿露天采场岩质高陡边坡为研究背景,通过岩体参数设计变量的正交试验组合,采用回归分析中的最小二乘法,建立了边坡计算位移与岩体参数之间的函数关系,并利用现场监测信息,以实测位移与计算位移之差的平方和达到最小作为优化目标,由此确定了对应于监测位移的现状边坡的等效岩体参数。在此基础上,运用数值模拟方法对高陡边坡进行了干、降雨状态下的稳定性研究,得出了与现状边坡的稳定状态较为吻合的研究结果;而且结果显示,降雨渗流对边坡的稳定性影响敏感,为控制边坡稳定性的重要因素。此研究方法为不同开采工况下岩质高陡边坡的稳定性动态预测提供了基础。