降雨入渗对花岗岩残积土高路堤边坡稳定性的影响

为研究降雨入渗对花岗岩残积土高路堤边坡内部水位线分布、负孔隙水压力消散、稳定性的影响, 采用Geo-studio软件中的seep模块模拟短时间特大暴雨、长时间小强度降雨两种工况下边坡的入渗规律, 并结合花岗岩残积土遇水软化的特性以及饱和-非饱和理论对现有的饱和-非饱和抗剪强度理论、土体重度进行修正, 最后将渗流计算的孔隙水压力导入到FLAC^3D中对路堤稳定性进行数值模拟, 结果表明:花岗岩残积土高路堤边坡内部水位线随降雨历时增加由坡脚逐渐上升;相同降雨量下, 长时间小强度降雨对边坡内部水位线上升的影响明显大于短时间特大暴雨工况;综合考虑负孔隙水压力的消散、软化效应、土体重度变化等因素的影响, 短时间特大暴雨对边坡稳定性影响较小, 长时间小强度降雨对花岗岩残积土高路堤边坡稳定性影响较大。     

强降雨作用下高路堑边坡安全系数变化趋势分析

采用有限元计算软件对高路堑边坡在强降雨作用下的渗流特性进行了数值模拟, 得到了其内部渗流场的变化规律, 基于非饱和土有效应力原理与简化Bishop法得到了强降雨状态下高路堑边坡安全系数的变化趋势。应用最小二乘法对强降雨状态下高路堑边坡安全系数进行了幂函数拟合, 得到了其变化规律曲线。对高路堑边坡的稳定性分析具有一定的参考价值。     

基于固流耦合理论的覆岩破坏特征及涌水量预计的数值模拟

通过FLAC^3D的流固耦合功能建立了计算模型,模拟了在多含水层及海水等大型水体条件下,煤层开采过程中顶板破坏场、孔隙水压力分布以及在动态开采中水流矢量分布.并在此基础上,通过FLAC^3D内置Fish函数,计算了开采过程中工作面最大涌水量.结果表明,随着开采形成的断裂带和含水层沟通,含水层水向采空区渗入,在前方煤壁处发生突水,并计算得到工作面最大涌水量为15.5 m³/h.     

某排土场Geostutio邓肯张模型和FLAC3D摩尔库伦模型计算结果对比

为了研究软件的适用性,本研究提供了Geostudio软件的分析结果和FLAC^3D的分析结果对比。针对某排土场稳定性问题,采用Geostudio软件的有限元法邓肯张模型和FLAC^3D摩尔库伦模型分别计算分析,然后采用Geoslope进行基于有限元计算应力的极限平衡法进行边坡最小安全系数计算,和采用FLAC^3D强度折减法进行边坡最小安全系数计算,然后对计算结果进行了比较,得到了如下初步结论:有限元法邓肯张模型计算结果能够比较准确给出排土场拉应力出现部位从而正确预测张拉裂缝灾害的发生,而在这方面FLAC^3D计算结果没有实现;基于有限元法邓肯张模型应力计算的极限平衡法的稳定性安全系数计算结果小于FLAC^3D计算模型的强度折减法计算结果。     

连续强降雨对堆浸场高边坡稳定性影响分析

本文根据非稳定渗流理论,采用三角形瞬态孔压分布函数法和稳定渗流边界法两种方法,分别模拟不同降雨强度和降雨历时工况下的堆浸场内部饱和~非饱和渗流场,得到瞬态孔隙水压力的空间分布以及时程分布,并基于刚体极限平衡理论,利用Bishop法和Morgenstern-Price法分析连续强降雨对矿堆高边坡稳定性的影响程度及随时间的变化过程。分析结果表明,随着降雨强度和降雨历时的增加,由三角形瞬态孔压分布函数法模拟渗流场计算的最小抗滑安全系数更低且减小的速率较快,对矿堆边坡稳定性影响较大,有可能会发生局部或整体滑坡。     

强降雨条件下隧道洞口边坡开挖渗流特征以及支护方案研究

针对数值模拟软件难以模拟分析强降雨过程中隧道洞口边坡开挖渗流场分布的问题，依托某隧道洞口边坡工程，对FLAC^3D软件中的FISH语言进行二次开发，确定降雨渗透过程中不同饱和状态下土体渗透系数值并实时更新降雨入渗的边界条件，分析了不同降雨时长情况下不同支护方案隧道洞口边坡孔隙水压力、基质吸力分布以及安全稳定性。结果表明，历经24 h强降雨，原边坡和采用抗滑桩+锚索支护的边坡表面土体均达到饱和状态，即从坡脚至坡顶浸润线形成贯通；而采用台阶型放坡+锚杆支护的边坡仅在坡脚至边坡二级平台处的表面土体达到饱和状态；降雨过程中采用抗滑桩+锚索支护的隧道洞口边坡与原边坡安全系数的变化规律较为一致，安全系数均为先快速降低后逐渐趋于稳定，直至安全系数达到1.2;而采用台阶型放坡+锚杆支护的边坡安全系数降低幅度较小，其值基本保持在1.8以上；在选择隧道洞口边坡工程扩建方案时，从隧道洞口边坡工程开挖支护方案的安全系数、土方开挖量、总投资等多个角度考虑，抗滑桩+锚索支护方式优于台阶型放坡+锚杆支护方式。     

考虑地下水位变化的软岩边坡锚杆支护设计优化

为了分析地下水位对边坡稳定性的影响, 确定地下水作用下边坡锚杆支护方式, 通过FLAC^3D建立了数值模拟模型, 采用强度折减法计算了不同地下水位作用下的边坡安全系数及锚杆加固作用下的边坡安全系数变化情况。研究结果表明: 地下水对边坡稳定性存在较大影响, 适当增加锚杆长度和锚杆支护倾角能提高地下水作用下的边坡稳定性; 在不同地下水位下, 边坡锚杆支护倾角为20°时边坡安全系数达到最大; 在总锚杆长度一致的情况下, 适当增加边坡下部锚杆长度、减小上部锚杆长度, 能提高边坡安全性。     

某尾矿库渗流稳定性的数值模拟

为某尾矿库的安全生产,防治由渗流引发的尾矿库灾害事故,利用FLAC^3D计算软件对尾矿库进行渗流数值模拟计算,结果表明,在冲沟的位置有较大的速度矢量,对流沙的裹挟会使局部危害加剧;从图上可以知道水头、梯度和比降最大值的地方相应的动水压力最大,所以最容易发生渗流破坏,造成尾矿库事故;所取断面A-A的坝坡坡角β明显大于使坝坡稳定的安全角度。FLAC^3D软件可以比较好地模拟计算尾矿库的渗流,对尾矿库的安全生产有一定的参考价值和指导意义。     

基于流固耦合效应的岩层渗透系数演化规律与断层活化突水数值模拟研究

针对断层活化突水数值研究过程常忽略流固耦合效应的影响且各层位渗透系数常设为固定值的弊端，采用FLAC^3D有限差分软件建立采动断层活化突水数值计算模型，并基于Fish语言编制断层及顶底板岩层在弹性及塑性范围内渗透系数随有效应力、初始孔隙率、残余孔隙率等变化的程序，用于采动断层活化突水数值计算，在考虑塑性区及孔隙压力、渗流矢量变化的基础上，分析了不同水压对断层活化突水的影响规律。结果表明，断层活化范围与承压水水压呈正相关的关系，当模型水压分别为3.0、3.5 MPa时，断层上部及底部发生了活化而中部未发生活化现象；当水压为4.0 MPa时，煤层底板断层整体发生了活化。通过对理论公式的赋参计算，得到了临界突水水压为3.97 MPa,验证了数值结果的正确性。     

综放面区段小煤柱合理尺寸确定研究

为了解决五阳煤矿综放面区段煤柱宽度过大问题,基于7803综放面工程地质条件,运用极限强度理论和弹塑性理论计算出了煤柱合理宽度分别为7.9,7.6 m;采用FLAC^3D软件模拟分析了7803综放面侧向支承压力,并确定其峰值在距离巷道16 m处,分析了不同煤柱宽度塑性区分布规律。综合考虑巷道支护难度、安全系数、资源采出率等客观因素,确定7803综放面合理煤柱宽度为8~10 m。     

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。     

降雨入渗对非饱和土体边坡稳定性影响及治理对策

为研究降雨入渗对非饱和土体边坡稳定性影响,基于饱和-非饱和渗流理论,分析了降雨入渗条件下边坡内部渗流场变化及其对边坡稳定性的影响。研究表明：①降雨入渗是饱和-非饱和过程,其内部体积含水率随降雨持续时间的变化而发生动态改变,在降雨初期,土体处于非饱和状态,黏聚力随着含水率的增大而增大,内摩擦角变化幅度较小,总体呈下降趋势,基质吸力增强,安全系数升高,对边坡稳定性有利;②随着降雨持续,孔隙水压力由负变正,黏聚力和内摩擦角随着含水率的增大而减小,基质吸力减弱,边坡稳定性降低;③降雨入渗终态过程为内部水位线升高,动静水压增加,土体有效重度降低,土体发生软化,力学强度参数降低,边坡稳定性随之降低,土体渗透系数与边坡安全系数总体成反比关系。在上述分析的基础上,结合土质边坡实例,应用强度折减法,分析了降雨入渗状态下边坡潜在滑动面、峰值位移随降雨持续时间的变化规律,认为降雨初期潜在滑动面由浅入深,峰值位移不断增大;降雨停止后,土体内部应力重新分布,土体由饱和转为非饱和,潜在滑动面、峰值位移发生逆变化。为防止降雨条件下边坡发生失稳破坏,针对性地提出了土质边坡治理建议,为非饱和土体边坡综合治理提供了有益参考。     

降雨作用下和尚桥铁矿内排土场边坡稳定性分析

孔隙水压力是表征内排土场边坡渗流及稳定性演化的重要参数之一。为验证现有边坡设计参数的合理性，以和尚桥铁矿内排土场边坡为工程背景，基于Biot固结理论的直接耦合方法，运用Geo Studio软件进行数值模拟分析，研究内排土场边坡在降雨条件下的渗流规律及稳定性，分析降雨强度及降雨持时对边坡孔隙水压力的影响，得出不同降雨强度下边坡内孔隙水压力分布规律及其安全系数。结果表明：降雨入渗范围主要在排土场边坡表层以下3~5 m内；降雨入渗速率主要受到土体渗透系数与降雨强度相对大小影响；和尚桥内排土场边坡设计参数在持续强降雨期间仍能保持安全稳定，但需通过排水沟及时排出边坡表层未入渗的降雨。     

降雨入渗对非饱和土体边坡稳定性影响及治理对策

为研究降雨入渗对非饱和土体边坡稳定性影响，基于饱和—非饱和渗流理论，分析了降雨入渗条件下边坡内部渗流场变化及其对边坡稳定性的影响。研究表明：①降雨入渗是饱和—非饱和过程，其内部体积含水率随降雨持续时间的变化而发生动态改变，在降雨初期，土体处于非饱和状态，黏聚力随着含水率的增大而增大，内摩擦角变化幅度较小，总体呈下降趋势，基质吸力增强，安全系数升高，对边坡稳定性有利；②随着降雨持续，孔隙水压力由负变正，黏聚力和内摩擦角随着含水率的增大而减小，基质吸力减弱，边坡稳定性降低；③降雨入渗终态过程为内部水位线升高，动静水压增加，土体有效重度降低，土体发生软化，力学强度参数降低，边坡稳定性随之降低，土体渗透系数与边坡安全系数总体成反比关系。在上述分析的基础上，结合土质边坡实例，应用强度折减法，分析了降雨入渗状态下边坡潜在滑动面、峰值位移随降雨持续时间的变化规律，认为降雨初期潜在滑动面由浅入深，峰值位移不断增大；降雨停止后，土体内部应力重新分布，土体由饱和转为非饱和，潜在滑动面、峰值位移发生逆变化。为防止降雨条件下边坡发生失稳破坏，针对性地提出了土质边坡治理建议，为非饱和土体边坡综合治理提供了有益参考。     

降雨对排土场边坡渗流及稳定性的影响

以降雨时期排土场的稳定性为研究对象,结合唐山某排土场堆积特征和地区气象条件,基于Geo-studio软件中SLOPE/W、SEEP/W等多个模块的不同算法,估算理论派生土体的土水特征曲线和渗透系数函数,计算了矿山排土场边坡在天然状态时的最小安全稳定性系数,分析了不同降雨状态下排土场边坡渗流特征。研究结果表明：一定的降雨强度下,随着降雨时间的增长,排土场坡体内的浸水面深度逐渐增加,孔隙水压力增大,安全稳定性系数在逐渐降低,边坡将向不稳定状态演变;降雨强度增大,会使边坡稳定性系数降低的速度增加,随着降雨强度和降雨时间的持续增加,边坡终将向不稳定状态演变。     

降雨条件下多级台阶排土场边坡渗流及稳定性分析

降雨是导致边坡失稳的主要因素之一。以滇中地区某磷矿排土场边坡为例，研究持续降雨对6#排土场边坡的稳定性影响，基于饱和-非饱和土渗流理论，使用室内非饱和土静力三轴试验结合GeoStudio有限元方法，对持续强降雨条件下的饱和-非饱和渗流场的动态变化、变形破坏和稳定性进行数值模拟和计算。结果表明：降雨初期基质吸力越大边坡安全系数越高，但是降雨12 h后边坡岩土体趋于饱和后，安全系数基本不受基质吸力的影响，并与理论计算结果基本一致，边坡整体稳定性良好，与排土场实际情况相符；雨水不断入渗时多级台阶排土场塑性变形区域主要集中在坡脚台阶处。模拟结果总体可靠，可为持续强降雨地区多级台阶排土场以及对滇中地区矿山排土场安全生产提供参考。     

基于SURPAC的ANSYS三维复杂模型的构建方法

对大型数值分析软件FLAC^3D、ANSYS进行了对比, 发现ANSYS在对不规则模型进行网格划分方面优于FLAC^3D, 并针对FLAC^3D、ANSYS在建立不规则复杂模型时存在耗时耗力等问题, 提出了基于SURPAC的ANSYS复杂模型的构建方法 采用JAVA语言编写了SURPAC-ANSYS接口程序, 将SURPAC模型的点线面数据转换成ANSYS识别的数据格式, 从而实现SURPAC模型到ANSYS模型的构建。最后, 通过新城金矿V^#矿体的工程实例, 解决了SURPAC模型到ANSYS的转换以及模型难重构等问题。结果表明 此构建方法可行且高效。     

隧道爆破开挖对洞口段边坡稳定性影响的数值分析

为了分析评价隧道爆破开挖对洞口段边坡稳定性的影响, 以武靖高速矮子寨隧道工程为依托, 采用FLAC^3D软件建立了相应数值分析模型模拟隧道爆破开挖施工过程, 计算分析了爆破施工对洞口段边坡稳定性的影响规律。研究结果表明：隧道爆破施工产生的振动效应会极大降低隧道洞口段边坡的安全系数, 并且会增大边坡地表位移沉降; 锚杆支护有助于提高振动荷载作用下处于失稳状态的边坡稳定性。