采煤沉陷区地表水土流失时空演化研究

为研究采煤沉陷区坡面地表水土流失时空演化规律,通过室内模拟实验研究不同降雨强度和坡度条件下的坡面地表水土流失特征。实验研究表明:坡面平均流速与降雨强度整体呈正比关系,即在相同坡度条件下,随降雨强度的增加,坡面的平均流速增加;弱降雨下水流含沙量随坡度的变化无明显变化规律,中、强降雨条件下,坡面坡度对含沙量变化呈2个阶段影响作用:第1阶段,随坡度增加,含沙量减少,呈负相关;第2阶段,随坡度增加,含沙量近线性增加,呈正相关。     

普朗铜矿井下冰碛补给型泥石流启动机理试验研究

强降雨是诱发普朗铜矿井下冰碛补给型泥石流灾害的重要因素,以现场调查和室内模拟试验为研究手段,对普朗铜矿不同降雨强度条件下的井下冰碛补给型泥石流的启动机理进行研究。研究结果表明:1)强降雨为井下冰碛补给型泥石流形成提供水动力条件;2)纯矿石放矿过程中,地表冰碛物不会在矿石层中形成通道,在不同降雨强度下不会有井下泥石流的形成;3)地表冰碛物在矿石层中形成通道是井下泥石流形成的前提,有地表冰碛物放出时,室内降雨强度0.563mL/min时会形成具有较大能量的泥石流,0.293mL/min时会有泥石流发生的潜能,0.186mL/min时不会形成井下泥石流。研究对井下泥石流启动机理探究具有一定借鉴作用,同时对矿山泥石流灾害的预防、治理和管理措施具有指导意义。     

不同降雨入渗条件下预应力锚索加固边坡稳定性分析

为了研究不同降雨条件下边坡安全系数及预应力锚索轴力变化规律,以省道S303沿线某边坡为研究对象,考虑土体饱和-非饱和渗流与非饱和强度理论,基于有限元分析,对不同降雨工况下的孔隙水压分布、锚索轴力及采用强度折减法计算的边坡安全系数变化规律进行了研究。结果表明: 降雨量一定时,降雨入渗范围随雨强增大而减小,暂态饱和区域随雨强增加而增大; 边坡在加固前后的安全系数均随降雨量增加而不断减小,采用预应力锚索加固能有效提高边坡安全系数,并减小降雨对边坡稳定性的影响; 随着降雨量增加,各锚索轴力均增大,当降雨量一定时,雨强越小,对应的锚索轴力提升幅度越大,靠近底部的锚索轴力对降雨最为敏感。     

不同降雨条件非饱和渗流作用下大型弃土场稳定性分析

为研究土体非饱和情况下降雨入渗弃土场稳定性问题,以云南某弃土场为例,采用GeoStudio软件,建立5个不同雨强条件下渗流模型,分析降雨持时相同情况下,边坡土体含水率、孔隙水压力、土-水特征曲线、暂态饱和区域变化以及边坡稳定性安全系数变化情况。结果表明:在降雨初期,雨强对于边坡安全系数影响不大,降雨历时6 h后,坡体表层土体孔隙水压力、饱和度持续上升并逐渐形成暂态饱和区域,降雨量越大安全系数下降越快;降雨历时超12 h后,表层土体含水率接近饱和,形成地表径流,土颗粒间基质吸力逐渐下降,影响边坡稳定性;降雨后期,弃土场表层大部分土体接近饱和含水率,渗透系数不再增长,基质吸力不再减弱,安全稳定性系数下降速率趋平。根据降雨后最小安全系数以及土水参数分析,判定该弃土场是稳定的。     

不同雨型下降雨入渗及其对排土场边坡稳定性影响研究

降雨入渗是影响边坡稳定性的重要因素，以某矿山排土场高陡边坡为研究对象，基于饱和-非饱和渗流理论研究了不同雨型降雨条件下边坡渗流场的变化特点；采用非饱和土强度准则与极限平衡法对边坡的稳定性进行分析。结果表明：不同雨型降雨入渗时，边坡暂态饱和区的范围不同，后峰型最大，等强型最小；不同雨型降雨条件下对边坡稳定性的影响程度亦不同，后峰型降雨对边坡稳定性影响较大，等强型降雨对边坡安全系数的影响相对较小。     

人工砂岩材料力学特性及声发射特性试验研究

岩石颗粒粒径及胶结物是影响岩石力学性质和行为的重要因素。天然岩石的内部颗粒粒径大小及胶结物含量随机性强，为此制作了3种不同颗粒粒径及3种不同胶结物含量的人工砂岩，研究了颗粒粒径大小及胶结物含量对岩石力学特征及声发射行为的影响。研究表明：相同胶结物含量条件下，粗粒径(0.425～0.850 mm)人工砂岩试件的声波波速和单轴抗压强度最大；随着颗粒粒径的增大，试件裂纹扩展阶段缩短，在试样峰值强度点附近的声发射能和事件数呈增加趋势；相同颗粒粒径条件下，随着胶结物含量的增加，试件的单轴抗压强度降低，峰值强度点附近的声发射事件数也减少，声发射关联维数D的最低值所对应的应力百分比值下降。声发射关联维数D值与强度呈线性关系。     

自然崩落法诱发井下泥石流降雨临界阈值试验

诱发井下泥石流灾害的降雨阈值是矿山井下泥石流防控重要参数。为获得普朗铜矿诱发井下泥石流的降雨临界阈值,以室内试验为研究方法,开展矿区不同降雨强度工况下诱发井下泥石流的降雨量阈值及暴发时间研究。结果表明：当雨强为0.563 mL/min时发生破坏性较大井下泥石流概率较大,当雨强为0.293 mL/min时诱发井下泥石流概率较小,当雨强为0.186 mL/min时则不易形成井下泥石流;降雨强度0.293 mL/min是井下泥石流发生的极限临界状态,也即是诱发井下泥石流的降雨阈值;降雨强度0.563 mL/min时,3#、4#和2#不同放矿口诱发井下泥石流的暴发时间分别为240、260和220 min;降雨强度0.293 mL/min时,3#、4#和2#放矿口诱发井下泥石流的暴发时间分别为180、200和220 min;最后基于水量总量原理验证了试验确定降雨临界阈值的科学性和合理性。研究成果为普朗铜矿及类似矿山井下泥石流的预防和管控提供重要的科学理论依据。     

水玻璃-固化剂固化地表冰碛物实验研究

针对普朗铜矿矿区地质环境较为脆弱?，开采过程中地表形成塌陷坑，在连续降雨量时地表冰碛物吸水饱和，易诱发井下泥石流灾害等问题。开展水玻璃-固化剂浆液胶凝时间和冰碛物土固结体强度的影响因素及影响规律实验，试验结果表明：水玻璃-固化剂混合液中，随催化剂的浓度增大时，浆液凝胶时间减小；水玻璃-固化剂浆液胶凝时间随固化剂浓度的增加呈先减小后增大规律；水玻璃-固化剂浆液胶凝时间随水玻璃浓度增加而减小；水玻璃浓度与固化剂浓度都对冰碛物固结体抗压强度起积极作用，实验结果可为地表冰碛物现场注浆固化提供理论依据。     

粒径对风化壳淋积型稀土矿强度特性影响的实验研究

为了研究粒径对风化壳淋积型稀土矿强度特性的影响及其机理，以制备的四种粒径稀土矿样为研究对象，开展不同正应力下直剪实验和XRD实验，分析粒径对稀土矿石剪切强度的影响规律，揭示粒径对黏聚力与内摩擦角的影响作用机理。结果表明：同一正应力条件下，矿样剪切强度随粒径增大而增大，且剪切应力峰值出现的时间随粒径增大而变短；剪切位移随粒径增大而减小；利用回归分析方法，构建粒径与黏聚力和内摩擦角的关系模型；-0.075mm矿样中粘土矿物比例最大，颗粒表面间形成较厚的结合水膜，剪切强度最小，而+0.45mm矿样中石英和长石等非粘土矿物比例最大，颗粒间摩擦作用大，剪切强度最大。研究成果为预防和控制风化壳淋积型稀土矿边坡失稳提供理论依据。     

基于CFD-DEM方法的矿浆泵磨损特性研究

基于CFD-DEM耦合的方法，同时结合Archard磨损模型，对小流量矿浆泵在不同流量、不同颗粒粒径等工况下进行数值模拟，分析了泵内颗粒运动规律、颗粒在不同流域的分布情况以及颗粒与泵过流部件的碰撞规律，研究了矿浆泵内过流部件尤其是蜗壳的磨损特性。结果显示，蜗壳存在一定堵塞，蜗壳靠近隔舌段颗粒形成低速堵塞区，蜗壳的磨损主要集中在上半部分及隔舌附近的位置；随着流量增大，颗粒速度增大，颗粒与壁面碰撞时动能增大，矿浆泵体磨损情况增强；小粒径颗粒工况下磨损情况更严重。     

降雨条件下裂隙各向异性对坡积土边坡渗流的影响分析

基于饱和-非饱和渗流理论, 运用Geo-studio软件中的Seep/w模块研究了裂隙各向异性与不同降雨强度共同作用下边坡的入渗规律。结果表明, 当降雨强度小于裂隙渗透系数时, 雨水入渗受降雨强度控制; 当降雨强度大于裂隙渗透系数时, 雨水入渗受裂隙渗透系数控制; 在相同的降雨时间与降雨强度条件下, 裂隙越短则裂隙内的体积含水率越高, 裂隙角度越小对边坡内部体积含水率影响越大; 增大降雨强度或增加降雨时间, 均会削弱裂隙各向异性对边坡渗流的影响。     

降雨温湿环境下的岩石吸水特征试验研究

岩石的吸水特征与其温湿环境密切相关,以岩石为主要材料的降雨型岩质边坡总是处于一定的温湿环境中.采用自主研发的软岩气态水吸附智能测试系统,通过模拟降雨温湿环境研究岩性、降雨延时、温度三个因素与岩石吸水特性之间的关系,得出了岩性组分不同的降雨型岩质边坡的水力响应特征.研究结果表明:降雨温湿环境(温度20℃、相对湿度100%)下的干燥砾岩吸水量最大,细砂岩和粗砂岩次之,绿帘角闪岩最小;砾岩具有较强的雨水下渗能力;细砂岩和粗砂岩在吸水量达到峰值后吸水曲线斜率出现负值,表明由“吸水”向“积水”转变;绿帘角闪岩很快出现“凝露”现象,下渗能力非常弱.该研究成果揭示了由砾岩为主要组分的岩质边坡具有较强的雨水下渗能力,强降雨时以渗流和地下径流作用为主,有必要考虑渗流和径流二者的耦合作用;由绿帘角闪岩为主要组分的岩质边坡,具有较强的排水能力,强降雨时以地表径流和地下径流作用为主,需重点考虑地下水渗透力作用.     

降雨渗流对边坡稳定性影响的数值分析

降雨是边坡失稳破坏的主要诱因之一,边坡的滑动和破坏与雨水入渗密切相关。本文选取铜绿山古铜矿遗址Ⅶ号矿体西侧的露天采场东侧边坡为分析对象,根据工程水文地质条件和边坡产状建立数值计算模型,利用GEO-STUDIO软件的SEEP/W模块,模拟不同降雨强度下的边坡内部渗流特征,并结合SLOPE/W模块计算出各种降雨工况条件下边坡稳定性系数。模拟结果表明,随着降雨强度的增加,露天采场东侧坡体内部的渗流场发生显著变化,且边坡稳定性系数与降雨强度呈负相关的变化规律。     

某排土场边坡堆置全过程渗流稳定时变分析

目前对排土场边坡稳定性多以单一安全系数作为评价标准,难以全面反映排土场边坡堆置全过程稳定性演化的实际情况。对此,以福建地区某排土场边坡作为研究对象,在掌握其工程地质条件与气象资料的基础上,研究排土场边坡堆置全过程各阶段在降雨与蒸发作用下渗流稳定的时变规律。研究结果表明,在过程降雨量大时,排土场边坡基底会出现滞水,安全系数受其影响大;逆排工艺形成的排土场边坡,基底滑动安全系数随着堆置台阶增加呈阶段式大幅下降;排土场边坡安全系数具有滞后效应,最危险的时刻出现在降雨停止后的一段时间。研究成果对排土场边坡的稳定分析具有理论与实际意义。     

考虑降雨入渗影响的土体边坡稳定性有限元分析

基于饱和-非饱和渗流理论,对模型边坡在设计降雨方案条件下的饱和渗透系数、降雨强度、降雨历时及边坡坡度的大小对土体边坡安全系数的影响规律进行了研究。研究结果表明:随边坡饱和渗透系数增大,边坡安全系数逐渐降低,但当渗透系数增大到一定程度时,边坡安全系数变化幅度逐渐趋于平缓;随降雨历时增长,安全系数在降雨开始到降雨停止后一段时间内都表现出逐渐降低的趋势,随后安全系数又随时间增长而开始缓慢增大;不同坡度状态下边坡安全系数都随降雨历时增长而变化,其对边坡安全系数的影响大于降雨对边坡安全系数的影响。     

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。     

不同降雨条件下含软弱夹层土坡渗流特性数值分析

为了研究含软弱夹层土坡在不同强降雨条件下的渗流特性, 以临长高速公路(京珠高速湖南临长段)左侧某含软弱夹层失稳边坡为研究对象, 采用有限元Geo-studio软件建立含软弱夹层土坡数值计算模型, 基于饱和-非饱和渗流理论, 拟定大雨、暴雨及大暴雨3种强降雨条件, 开展了不同降雨条件下含软弱夹层土坡的渗流特性研究。研究结果表明, 当累积降雨量一定时, 3种降雨条件引起含软弱夹层边坡孔隙水压力变化程度大小顺序为：大雨>暴雨>大暴雨; 由于软弱夹层的存在, 边坡因雨水入渗而发生滑坡的进程有所提前; 3种降雨条件下, 坡面湿润峰在粉质黏土层内大体呈现为均匀入渗, 在软弱夹层内呈现“V”字型分布。降雨量一定的情况下, 降雨等级为大雨时的湿润峰发展速率最快, 暴雨次之, 大暴雨最慢。     

复杂条件下高陡边坡变形与破坏规律研究

以攀枝花兰尖铁矿工程为例,采用相似材料模拟实验对受断层影响的露天高陡边坡的变形和破坏规律进行了研究。在模型相似模拟实验中,采用压力传感器和近景摄影测量等手段监测模型的应力应变和破坏特征,对围岩位移和破坏裂纹进行系统分析,揭示了受断层影响的高陡边坡的变形和破坏基本规律。断层强度受降雨和振动的影响而不断弱化,变形破坏主要集中在由断层所构成楔形体的中上部。相似模型实验可以较好地揭示高陡边坡受降雨和振动而产生的变形和破坏特征,是一种很有效的理论研究方法。