重复采动对顺层岩质斜坡变形破坏的数值模拟研究

煤层开采过程中顺层岩质斜坡易发生滑坡,且这类滑坡往往规模大,危害性大;以UDEC离散元法为基础,研究地下煤层重复开采对顺层岩质斜坡的影响。研究结果表明:采动影响的下沉量随埋深减少依次递减,岩层在受采动影响后的变形为非连续性变形,与单层开采相比,重复采动会导致斜坡在水平方向的移动变形显著增大;重复采动导致斜坡发育新的裂缝和裂缝群,更容易导致软弱结构层发生破坏,坡体稳定性进一步降低;单层采动时的"变形积累-裂缝产生-扩展-闭合"动态发育过程在重复采动时会演变成"变形积累-裂缝发育扩展-发育稳定"动态发育过程。     

含软弱夹层顺层岩质边坡锚固优化分析

针对具体顺层岩质边坡,利用极限平衡理论得到了边坡的安全系数KS与软弱夹层距坡肩距离d的关系(KS-d)曲线,再用数值模拟的方法,基于Geo-slope软件对所用解析计算公式及KS-d曲线进行校验,从而确定了在满足安全系数要求下的顺层边坡的关键软弱夹层,也即为锚固的持力段与自由段的界面,进而优化了锚索的长度。而后结合锚索受力机制的研究,运用FLAC3D,模拟了不同锚固排距（l）下的边坡安全系数（KS）,得到KS-l曲线,从而确定了最佳锚固排距。以此为基础建立优化后的边坡锚固模型,再应用FLAC3D进行边坡稳定性分析,并通过锚索的最大轴力反算以校核锚索的材料参数,通过锚固水泥浆体所受的剪力正负分界面,以判断潜在主滑移面的位置及特征。优化后的方案符合安全规范,比原设计方案节省了较大比例的工程量,对该矿今后大面积的边坡加固有重大的经济价值,对类似边坡工程有一定的参考意义。     

地下采动诱发斜坡变形机理

采用弹逆性有限元分析，探讨了地下采动引起斜坡应力场和位移场的变化规律，提出了采动条件下斜坡变形机制的地质模式．结果表明：采动条件下的斜坡变形、地形条件和介质条件起主要作用，采动引起软弱夹层上、下岩层的相对滑移，对斜坡的稳定性影响极大。     

双软弱夹层岩质滑坡的滑动模式及变形规律

顺层岩质滑坡具有分布广,破坏性强,滑动机理复杂等特点,其滑动主要受软弱夹层的控制。在自然界中,顺层岩质滑坡往往受到双层或多软弱夹层的影响与控制。针对此特点,通过对山西吕梁山一带的顺层岩质滑坡发育特征与破坏规律进行总结,建立两种含双软弱夹层顺层岩质滑坡计算模型,基于极限平衡法,考虑软弱夹层的抗剪强度在滑坡不同发育阶段的强度衰减,分析发现滑坡在不同的力学判定条件下会以不同的模式发生滑动,且不同模式下滑坡的启滑机理是不同的,模式一为上层软弱夹层软化而引起的,启滑时,上层岩层首先失稳,而下层岩层暂时保持稳定;模式二滑坡的启滑是由于下层软弱夹层软化而引起的,失稳破坏的形式是整体失稳。另外,基于FLAC~(3D)数值模拟,分析了双软弱夹层顺层岩质滑坡的破坏变形规律。结果表明:由上层软弱夹层控制的滑坡滑动变形时,软弱夹层会在前缘发生切层现象,在中部与后缘滑坡会沿上覆岩层与软弱夹层的接触面滑动;由下层软弱夹层控制的滑坡滑动变形中,在前缘断面上层软弱夹层处会发生不连续性变化;在由上下软弱夹层共同控制下的顺层岩质滑坡中,当上层软弱夹层首先软化启滑,下层软弱夹层的软化会导致滑坡上下岩层发生分离滑动;当下层软弱夹层首先软化启滑,上层软弱夹层的软化对滑坡的整体滑动影响并不显著。     

含软弱夹层顺层岩体边坡爆破试验研究

以某石灰石矿采场黏土质夹层物为软弱夹层原料嵌入预制水泥砂浆体制作含软弱夹层的顺层岩体台阶爆破模型,进行了不同爆破条件下含软弱夹层顺层岩体的爆破模型试验。试验结果表明：爆破后将软弱夹层空间展布分为4个区域：爆腔区、压密区、影响区和无扰动区,其中爆腔区、压密区和影响区构成了模型的层裂区;压密区密度随爆源距离的增加呈先增大后减小的规律,最后减小至爆破前密度。模型的层裂范围随软弱夹层含水率、最小抵抗线、爆破药量的增加而增加,随软弱夹层厚度的增加出现先增大后减小的规律。不同药包位置的试验证明,改变炮孔的装药位置可以降低或克服含软弱夹层的岩体的层裂作用。     

软弱结构面参数对顺层岩质边坡动力响应的影响研究

为了探究地震作用下软弱结构面对岩质边坡动力响应特征的影响。以云南省某露天矿山边坡为研究背景,利用有限差分软件中的非线性动力分析法对顺层岩质边坡进行动力计算,通过控制变量法设计了一系列的数值实验,探究了软弱结构面参数的改变对岩质边坡动力响应的影响规律,再基于正交试验以及极差分析法对影响岩质边坡动力响应的结构面参数进行了敏感性分析。结果表明：结构面参数的改变对于顺层边坡的动力响应有较大影响;各影响因子对顺层岩质边坡动力响应影响程度大小排序为结构面黏聚力>结构面倾角>结构面内摩擦角>结构面厚度。动力响应的研究可为地处地震频发区域的顺层岩质边坡提供抗震依据。     

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。     

顺层岩质边坡变形破坏规律的分析

使用RFPA边坡版有限元分析程序分析含软弱结构面的顺层岩质边坡的变形破坏情况。结果表明，边坡的破坏主要是沿滑动面附近的软弱结构面萌生并扩展，含多组软弱结构面的顺层岩质边坡下沉曲线具有呈阶梯式变化的特征。这对在安全位置监测边坡位移变化从而了解整个边坡的变形破坏有积极意义。     

顺层钻孔瓦斯抽采半径数值模拟研究与应用

基于达西定律建立了煤层气固耦合数学模型,根据煤层瓦斯基本参数,模拟计算出泰来煤矿9号煤层在满足一定抽采率条件下抽采时间与有效抽采半径的关系。根据泰来煤矿9号煤层抽采时间与有效抽采半径的关系,将3 m抽采半径应用到了该矿69203工作面第1循环。通过效果检验,该段煤层残余瓦斯含量、残余瓦斯压力均已降至临界值以下,并且保证了有效抽采率,取得了良好的应用效果。     

某焦化项目顺层岩质高边坡变形机理及稳定性分析

对某焦化项目顺层岩质边坡现场工程地质条件进行了调查,对边坡的岩体结构类型、成因机制及结构面与坡面组合特征进行了研究,结合工程地质条件,对边坡变形机理进行了探讨.在此基础上通过FLAC3D数值模拟,分析边坡的稳定性.研究结果表明,该边坡处于滑移—弯曲(—拉裂)型滑坡变形破坏的初始阶段,边坡的变形受层间软弱夹层及岩体结构面控制作用明显,边坡处于欠稳定状态.     

井采方向对露井协采边坡稳定影响的分析及优化

为了得出露井协采矿山中井采工作面与露天矿边坡空间相对位置的最优布置方式,结合平朔矿区露井协采工程实践,设计了3套方案对不同井采工作面布置方向时井采对露天矿边坡稳定影响规律进行研究,研究表明:在露井协采中井采工作面与露天矿边坡面倾向平行布置时,井工开采对露井协采边坡稳定及端帮运输道路的不利影响最小。在井采工作面采取上述方式布置时,对井采工作面的推进方向进行优化分析,发现井采工作面沿背坡的方向回采时,露天矿边坡岩体受井采扰动较向坡开采时严重。故在露井协采工程实践中,建议井采工作面与露天矿边坡面倾向平行布置,采用向坡方向推进,以降低井工开采对边坡稳定的不利影响,提高煤炭资源采出率。     

地下开采扰动条件下露天矿边坡岩体结构变异与失稳模式分析

现场高密度电法探测表明受老虎台早期地下开采影响,东露天矿边坡岩体赋存状态及岩体结构、力学特性发生了较大变异,对边坡开挖稳定性有重要影响。应用开采 “三带”理论分析了地下开采扰动区域分布及其与边坡的相对位置关系,指出了边坡岩体各部位结构变异特征及主要失稳模式：垮落带区域边坡岩体完整性差,碎裂严重,易发生局部塌陷破坏及块体倾倒破坏;断裂带区域边坡岩体离层多,竖向节理裂隙发育,主要发生弯曲倾倒破坏;弯曲下沉带区域边坡岩体完整性较好,保持其层状结构,局部可能发生楔形体破坏;张拉带区域边坡岩体受张拉作用强烈,主要发生张拉破坏。     

高陡山体下煤层重复采动诱发岩质斜坡变形破坏过程分析

为研究高陡山体下煤层重复采动诱发岩质斜坡变形破坏过程,采用离散元数值模拟的方法,建立了高陡地形条件下煤层采动数值计算模型,从水平位移云图和纵向位移云图来分析煤层重复采动诱发岩质斜坡变形的渐进破坏过程。得出高陡山体下重复采动诱发坡体崩塌经历了3个阶段,即煤层初始变形阶段、重复采动导致坡体不均匀沉陷开裂阶段,坡体整体失稳垮塌阶段;同时得出坡体的不均匀变形引起整个坡体不同位置产生不同形式的破坏,坡表的最终失稳形式有滑坡和崩塌2种,主要由坡体的原始地形坡度和地层岩性决定。     

露井平面协调开采下边坡失稳机理和防治对策研究

文章首先提出了平朔矿区独具特色的"露井平面协调开采"概念,剖析了平面协调开采下露天矿边坡的变形破坏机理和特征,分析了平朔公司针对井采扰动导致边坡失稳问题所采取防治措施的合理性。实践成果对于同类露井协采矿山有着重要的借鉴意义。     

露天转地下开采边坡变形和应力特性研究

露天矿开采的中晚期阶段,当深部还有可采矿体时,要由露天转为地下开采,在地下矿体的开采过程中,露天边坡的变形破坏特征直接影响地下开采的安全。针对这一问题本文通过三维数值分析,详细分析了地下矿体开采过程中边坡岩体的变形和应力变化。获得以下主要结论:边坡不同标高处的竖向位移变化在-60、-90、-135和-165 m水平的开采过程中,上下盘边坡岩体的变形相对较小,在-210、-255 m水平开采的过程中边坡岩体竖向位移变化较大;地下矿体的开采主要影响上盘边坡岩体,其变形值和变形范围都较下盘岩体大;不同开采水平下,上盘边坡深部岩体随着开采水平的延深,最大主应力的集中程度逐渐增加,影响范围也在加大;而最小主应力在开采水平附近出现明显减小现象。     

岩体结构控制下的边坡变形破坏模式分析

结合某一水电工程,分析坝址区主要II级结构面的特征,指出断层F11和五庙坡断层带（F6、F7、F8）对边坡变形和稳定性起控制作用;通过地质分析概化出考虑主要结构面的三维数值分析模型,研究蓄水工况下边坡岩体的位移和剪应变增量分布特征;根据地质分析和数值模拟结果提出蓄水之后边坡特有的变形破坏模式,上盘岩体沿着断层F11剪切滑动从而挤压五庙坡断层带产生压缩变形。对边坡岩体的主控结构面断层F11和五庙坡断层带应进行必要的防渗和加固处理。     

露天转地下开采围岩破坏规律的物理与数值模拟研究

以攀枝花尖山铁矿为工程背景,采用物理相似材料模型试验和数值模拟计算相结合的方法,对露天转地下开采过程中围岩的破坏机理及移动范围进行了系统的研究。首先,在物理相似材料模型试验的过程中,利用应力数据采集箱、全站仪以及数码摄像设备等手段监测模型的应力、位移和破坏过程;对围岩的应力、位移及裂纹发展进行了系统的分析,揭示了围岩在开采过程中破坏及移动的基本规律。其次,利用数值模拟软件,从围岩的应力变化、位移变化、塑性区分布及错动角变化等方面对模型进行了系统的研究。结果表明：在开采过程中,围岩的应力经过了一个急速变化到缓慢变化,直至趋于稳定的过程,随着开采深度的增加,围岩的破坏程度及范围递增、塑性区范围不断扩大,剪切破坏主要集中在两侧边坡的边脚部位。     

露天转地下开采边坡失稳数值模拟与实验研究

为了研究露天转地下开采边坡岩体的破坏特性及其对地下矿体开采的影响,采用相似实验和数值模拟相结合的方法按照实际开采过程对其进行了研究。详细分析了边坡岩体在不同开采水平下的损伤破坏特征,揭示出在地下矿体的开采过程中边坡岩体依次进入能量积蓄和突然释放的过程,间隔性地以巨大岩体崩塌的形式破坏产生循环动力冲击灾害,并阐明了灾害发生机理。为了避免冲击灾害,从消除冲击灾害发生的空间条件和减少应变能的大量积蓄2个方面提出了相应的控制措施。     

软弱夹层厚度和倾角对斜坡地震动加速度响应规律的影响

地质体中的软弱夹层包含组成材料、厚度、埋深、倾角和延展方向等特征,不同特征的夹层与地震波相互作用,往往使地质体的动力响应结果产生显著差异。以含软弱夹层岩质斜坡为研究对象,开展了针对4个含软弱夹层斜坡模型的振动台试验,考虑的夹层特征包括厚度（3和5 cm）和倾角（0°和20°）。采用比较分析法,揭示了夹层的厚度和倾角特征分别对斜坡水平分量加速度特性的影响,以及各自产生影响的相对强弱。在比较的过程中,既观察到了厚夹层相比于薄夹层,对地震波的隔震作用,也观察到了水平夹层相比于反倾夹层,对地震波的增强作用。但这2种现象并不是出现在沿斜坡表面的整个高程范围内,主要体现在坡体中上段,尤其是在相对高程h/H=0.5和坡顶处。如在坡顶处,当夹层水平布置时,含薄夹层模型的PHA值是含厚夹层模型的1.8~2.6倍,而当夹层均为薄层时,含水平夹层模型的PHA值是含反倾夹层模型的1.8倍。另一个重要现象是,在坡体中上段（0.75≤h/H≤1.0）和坡底,夹层厚度对模型斜坡的PHA值起到了控制作用,使得因厚度差异引起的响应差异最大;而在坡体中下段（0.25