抚顺西露天矿边坡水压分布特征及疏干减压工程实践

针对抚顺西露天矿北帮边坡水文地质特征,对水压作用下北帮边坡变形破坏模式和边坡岩体水压动态规律进行了实际勘测及模拟分析．研究表明,边坡岩体的深部水压相当于静水压力的70％,坡表以下50m范围内的岩体渗透性明显高于深部,疏干减压的效果较好,为疏干工程设计提供了科学依据．最后对采取的疏干减压工程效果和实际边坡变形减缓效果进行了评价。     

研山铁矿西帮反倾岩质边坡变形监测及数值模拟分析

针对研山铁矿西帮反倾岩质边坡开挖稳定性问题,建立了集成钻孔测斜仪、锚杆应力计、微震、高清摄像头等多种手段的坡内及坡表协同监测网,通过原位监测与数值模拟相结合的研究方法,对研山西帮反倾岩质边坡变形破坏机制进行了分析。结果表明:根据目前监测显示边坡仅14 m深度及以上有较小的位移变化,受降雨影响坡体内部出现明显的应力变化特征。微震事件时空分布情况及微震反演分析表明,高坡段为潜在失稳破坏区域,坡体浅层易形成拉裂松动趋势,微震事件呈现出密集—贯通性分布状态,但是沿坡脚发生切层滑移的可能性不大;根据数值模拟计算结果判断,边坡为拉应力主导的变形破坏,下部台阶受节理切割作用先发生拉裂破坏,上部台阶牵引式受拉发生倾倒破坏,整体边坡发生倾倒滑移变形。微震监测结果与数值模拟结果基本一致,研究成果对现场滑坡预警及工程防护有着重要的参考意义。     

基于流固耦合的高陡边坡开挖稳定性研究

随着露天矿山开采深度的不断增加,边坡高度不断增高,采区内地应力场及边坡内孔隙水压力场因开采扰动而表征复杂,且它们对边坡稳定的影响起着不容忽视的重要作用,因此,准确地模拟分析真实边坡的稳定情况是一个亟待解决且复杂的问题。本文基于现场地应力及边坡内部水文情况的监测,结合实际工程地质结构,在数值模拟软件FLAC3D中建立三维有限元模型,带入物理力学参数,地应力场及水头高度等边界条件进行三维流固耦合分析。通过结合孔隙水压力,对比分析位移及塑性破坏云图可知边坡整体位移以沉降形式为主,位移值较小,且破坏主要发生在边坡的表层,边坡整体稳定性较好,但在坡脚、坡面、坡顶等处可能出现局部岩石崩落现象。     

布沼坝露天矿西帮边坡岩体应力场演变规律分析

针对上部为自然山体边坡、下部为软岩人工开挖边坡的复合高大边坡的变形机制进行数值模拟研究。根据模拟结果,由于下部软岩边坡开挖诱发上部自然山坡体变形开裂、向下滑移和破坏,再加上特殊地质构造的作用,增大向下滑移推力的作用,由此进一步加快下部人工边坡变形速率,而下部坡体的大变形又反过来加速上部自然山体的破坏,从而构成了复合型破坏机制,因此开采设计中如何控制边坡变形是后续开采需要解决的问题。     

有限元法在宝日希勒露天煤矿边坡稳定性分析中的应用

为了解决宝日希勒露天煤矿采场边坡的稳定问题,利用有限单元法Ansys数值模拟,对该露天煤矿采场的边坡稳定性进行数值模拟分析,清晰的看到了边坡受力及变形速度等情况,直观地得到了坡体的滑移破坏面。算例的模拟分析证明:刚体极限平衡方法能够较为准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置,体现岩体变形破坏机理。     

刚体极限平衡法在宝日希勒露天矿边坡分析中的应用

为了解决宝日希勒露天煤矿采场边坡稳定问题,利用刚体极限平衡方法,对该矿采场的边坡稳定性进行数值模拟分析.清晰的看到了边坡受力及变形速度等情况,直观地得到了坡体的滑移破坏面.算例的模拟分析证明:刚体极限平衡方法能够较为准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位里,体现岩体变形破坏机理.     

山坡堆积型排土场厚软基底边坡变形破坏规律数值分析

山坡堆积型排土场的堆排量与安全性在山坡基底坡度一定的情况下,主要决定于基底的强度。排土场边坡与基底厚软弱岩层的复合作用影响排土场边坡变形与破坏,控制排土场的安全稳定。应用数值模拟方法来分析排土场厚软基底与边坡的位移场分布规律与排土场变形破坏模式;找出危险滑面与滑移变形的危险部位。对30°、24°坡角的边坡及24°坡角多台阶排土边坡进行变形破坏模式分析,总结变形破坏规律及其影响因素。其变形与破坏的模拟分析结果与现场破坏形式基本一致,由此可为排土场设计提供科学依据。     

不同开采位置对边坡稳定性影响的数值模拟分析

边坡下伏煤层的开采对边坡稳定性的影响较大,可能会直接导致边坡失稳。文章应用Midas数值模拟分析软件,分析了采空区位于边坡不同部位时边坡的整体变形位移、应力分布特征和塑性变形情况。结果表明,采空区所处位置对于边坡稳定性有很大影响。当采空区位于坡体中下部时,对坡体稳定性的破坏作用最为明显;当采空区位于坡体中部时,对边坡的破坏程度次之;而当采空区位于坡体坡脚或者位于坡体后部时,对坡体稳定性的影响并不明显。     

不同井下开采方向下采动边坡稳定性的研究

在井采状态下边坡覆岩将发生不可逆转的破坏,从而致使边坡稳定性降低,对矿山安全生产形成潜在的危险。采用数值模拟和相似模拟对不同井采方向下边坡变形破坏和稳定性进行研究,结果表明:在数值模拟条件下,向坡开采明显优于背坡开采,向坡开采长度及最大沉降值分别为220m和2m,背坡开采长度及最大沉降值分别为160 m和2.6m;在相似模拟条件下,向坡开采左垮落角为64°,右垮落角为55°,背坡开采下分别为63°和56°,向坡开采和背坡开采周期性跨落步距分别为25cm(50m)和30cm(60m);在相似模拟条件下,从井采工作面推进距离来看,向坡开采沉降总小于背坡开采,最大沉降值分别为23.8mm(4.76m)和39.6mm(7.92m)。     

RFPA2D在内排土场边坡稳定性分析中的应用

利用东北大学岩石破裂与失稳中心开发的岩石破裂过程分析系统RFPA2D,对宝日希勒露天煤矿内排土场的边坡稳定性进行数值模拟分析,直观地得到了坡体的滑移破坏面,采用强度折减法模拟了岩体变形、破坏,直到边坡岩体发生滑坡的整个过程。算例的模拟分析证明RFPA2D能够较为准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及相应的稳定安全系数,对于复杂的边坡稳定性分析是非常实用的。     

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。     

黄土沟谷区浅埋煤层开采斜坡变形破坏机理

为了分析浅埋煤层开采条件下黄土沟谷两侧斜坡的变形破坏机理,基于隆安煤矿深岩沟区域煤层开采地质条件,采用三维数值模拟计算以及理论分析相结合的研究方法,研究了煤层开采后上覆岩土体的应力分布规律、两侧坡体位移分布规律、变形破坏特征以及失稳破坏过程等。结果表明：沟谷两侧斜坡位移以竖直方向为主,水平方向位移均指向采空区中心。斜坡根据变形特征可分为4个变形区：采空区上方一定高度范围内的覆岩冒落塌陷区|采空区中部的松散土体弯曲沉陷区|松散土体弯曲沉陷区和地表移动边界之间的拉裂-倾倒区|地表移动边界之外的未影响区。斜坡的失稳破坏过程可以分为4个阶段：中部沉陷—两侧及后缘拉裂—剪切变形—失稳破坏。研究成果可以为黄土沟谷区域地质灾害评价、采动边坡变形破坏预测以及地表保护提供借鉴。     

板裂介质岩体边坡的后屈曲性态

应用板裂边坡介质力学计算模型，在边坡岩体屈曲性态和变形因素分析的基础上，研究了层状边坡在分叉点附近的邻域，探讨了结构分叉后平衡路径的演化途径；应用后屈曲能量准则建立的平衡稳定模态幅值方程，充分考虑屈曲岩层自重的法向分力对边坡稳定性的影响，得到一般情况下板裂介质岩体边坡溃屈极限长度方程；给出了任意倾斜角度边坡溃屈极限长度和模态幅值的极值，并以此作为岩体边坡稳定性的位移判剧．研究表明：分叉点附近的邻域与边坡坡角、岩体材料及结构几何特征有关；边坡从初始屈曲到后屈曲的变形过程中，只有当正则因子改变正负号时，系统才会从一个状态突跳互另一个状态；而由坡角确定的剖分因子始终控制着系统状态变量与载荷的对应关系，并有利于边坡岩体结构的稳定．图1，参12．     

Study on high and steep slope stability of surface mine based on RFPA-SRM

The instability and failure mechanism of high and steep slopes in surface mines, and the basis for some reasonable landslide prevention measures were provided using the RFPA-SRM. Based on the actual progress of the Pingzhuang Western Surface Mine and based on strength reduction method, the dynamic instability processes of the top high and steep slope was simulated. Also, the landslide mode was determined, the characteristics of the displacement distribution, the deformation, failure, and the stress distribution in the slope were demonstrated, and the stability was calculated. Conclusions can be drawn as follows: the landslide or failure of high and steep slopes on a surface mine is a gradual process, in which the slope undergoes the generation, expansion, and connection of the fractures and the displacement increases until landslide occurs; a small portion of the upper rocks fail due to the tension and the lower rocks fail due to the shear; the potential sliding surface is combined and the essential cause of the landslide is the shear stress concentration.     

机器视觉技术估算边坡连续形变体积

自动化”是实现矿山数字化、智能化的关键一步,同时也是矿山生产安全的重要保障。由于矿区环境复杂,造成边坡发生形变产生的原因、形变持续时间存在差异,使得准确提取边坡连续形变信息变得极为困难。为提升该类信息提取的准确度,提出一种基于深度信息的边坡连续形变信息提取方法。首先通过试验模拟矿山边坡,利用深度相机记录边坡在降雨条件下的破坏过程以获取图像数据和三维点云数据;然后采用相机标定建立图像数据和三维点云数据之间的关系并基于坐标变换和最近邻插值技术实现点云缺失值的补充;最后利用背景差分算法和去噪算法识别边坡形变区域,根据边坡形变前后点云的坐标变化估算边坡形变产生的体积。研究表明：该方法能够精确识别边坡形变区域,平均识别精度达92.39%。通过机器视觉技术能够以较高精度实现边坡形变区域自动识别与边坡形变体积信息提取,减少人工参与。     

降雨诱发采动滑坡物理模拟试验研究

采动滑坡是岩土工程中极具挑战性的问题之一,采动滑坡为矿区地质灾害的主要类型,其危害性相较于其他类地质灾害更加严重。采煤会诱发平缓结构斜坡发生强烈的地面变形,研究结果表明天然状况下采煤结束后一定时间内地面变形将趋于稳定,采动滑坡的发生受降雨影响显著。以贵州马达岭滑坡为地质原型,马达岭斜坡为平缓倾内的层状结构斜坡,具有上硬下软和上陡下缓结构特征,是受采矿和降雨影响诱发的滑坡。采用物理模拟方法,应用模型箱和相似材料根据相似比建立滑坡模型,采用土压力监测计、孔压力监测计和三维激光扫描仪对模型进行监测,研究了模型在开采与降雨两类工况下变形及内部应力的变化情况和在开采与降雨共同作用下斜坡变形破坏过程,再现了滑坡从孕育到发生的全过程,分析强降雨诱发采动滑坡形成的机制。研究表明:采空区形成后,坡内原有的应力平衡被打破,发生应力重分布,采空区顶板应力卸荷,边界部位应力集中,顶板位置首先发生弯曲沉陷,产生大量离层裂缝,裂缝不断向四周扩展,逐渐形成大量竖向拉张裂缝,采空区的边界部位出现多条斜向裂隙;同时采动的影响不断向上传播,采空区顶板处产生裂缝多与上覆岩体中发育的裂缝贯通形成大型裂缝;降雨作用下,坡内裂缝...     

采动作用下黑岱沟露天矿区岩土边坡稳定性研究

为确保露天矿区施工安全,以提升岩土边坡稳定性为目的,提出采动作用下露天矿区岩土边坡稳定性研究。以某矿区现场岩土边坡为研究对象,基于有限元强度折减理论折减露天矿区岩土边坡的抗剪参数,得到抵达边坡极限平衡的折减数为稳定性系数,实现露天矿区岩土边坡稳定性分析。试验结果表明,该技术可有效分析露天矿区岩土边坡的稳定性,岩土边坡单元在6 s之后的剪切应变量显著提升,坡脚砂岩的剪切应变量增速最高、在6～10 s的强采动阶段位移变化增速较快,边坡在滑面上与起点的水平距离为96 m之后的正、剪应力在滑面上急剧增大,安全系数也随之提升,坡脚倾斜度、降雨以及降雨强度均会影响露天矿区岩土边坡的稳定性。     

露天边坡局部失稳特征的数值分析及监测

以金川集团露天石英石矿边坡监测项目为依托,利用监测数据成果,以台阶局部滑坡部位作为研究对象,通过分析其台阶周围及滑坡剖面上台阶监测点的累积水平位移值,研究了采动卸荷效应造成的集中应力反复作用下边坡的变形破坏机制。利用RFPA强度折减法,数值模拟过程再现了1 768 m平台开采过程中典型剖面多台阶的渐进失稳过程,宏观裂缝在细观上的"破裂-应力转移-破裂"的循环中不断发育,最终形成贯通的滑动面。破坏的整个过程中伴随着由应力集中、释放、转移过程造成的应变局部化现象。监测结果表明:局部化损伤发展过程是从采动平台向上部台阶边坡岩体转移,各台阶边坡内部7~11 m位置处受荷载转移影响程度较大。     

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。     

高边坡开挖卸荷过程强度折减法分析

针对露天矿开采过程中边坡变形破坏严重影响露天矿安全生产的问题,采用数值模拟的方法,应用MidasGTS NX软件建立重钢太和露天铁矿黄家山高边坡三维模型,进行开挖卸荷过程中的应力应变、位移及安全系数变化的数值模拟分析。结果表明：边坡岩体开挖卸荷过程中,随着采场的延深,边坡角的增大,塑性应力带的逐渐向边坡岩体内部扩大,风化破碎层及上部冰碛土层之间产生塑性应变贯通区,破坏面形成。开挖完成后整体边坡坡脚处发生剪切破坏,坡顶后缘形成张拉破坏区,边坡上部冰碛土层形成 “坐落—滑移”式滑动。边坡安全系数随向下开挖过程逐级降低,最终达到1.15稍显偏低。后期开采过程中,需对边坡中上部风化破碎岩层及冰碛土进行加固措施。