ANSYS在排土场动力时程分析中的应用

简要介绍运用ANSYS进行动力时程分析的基本原理,结合某石灰石矿排土场边坡稳定性问题,对排土场进行了简化为二维平面问题的地震时程分析。得出排土场边坡在地震作用下不同位置质点的位移和加速度响应特征,对边坡工程的动力分析具有参考意义。     

地震作用下排土场稳定性研究

为了探究地震作用对矿山排土场稳定性的影响,以南山矿业公司和尚桥铁矿典型排土场边坡为例,利用Geo-Studio数值模拟软件分析地震工况下不同土体对排土场边坡稳定性的影响。结果表明:在地震过程中,地震峰值加速度与边坡安全系数呈反比关系;3种试验参数下坡体最大位移均位于坡顶、坡脚部位;在地震作用下,坡脚边缘碎石土大范围地滑移可能影响该边坡的稳定性;岩土体中存在较高且密集的水平应力时,边坡更易发生变形和破坏;在地震模拟10s内的某一时刻边坡临界滑面的安全系数较低,存在一定的滑坡风险。     

基于强度折减有限元法的排土场边坡稳定性分析

排土场边坡稳定性是影响矿山安全生产的重要因素之一。为了给排土场安全生产提供可靠的理论依据,选择排土场边坡典型剖面建立数值模型,用Ansys强度折减法对边坡变形破坏机制及演变进行数值模拟,绘制边坡数值模型塑性应变云图。通过不断变化模型的折减系数求解安全系数,并对不同条件下的位移、应力、应变进行比较分析。最终计算出排土场边坡抗滑稳定安全系数值大于规范规定的最高安全系数,满足排土场边坡稳定要求,模拟分析结果符合工程实际。     

基于FLAC与Geo-Slope的排土场边坡稳定性分析

某矿山排土场基底为砂岩和松散的第四系,分析预计可能的滑坡模式为圆弧滑坡模式,采用FLAC数值模拟与Geo-Slope极限平衡理论相结合的方法,分析排土场在多种因素作用下的稳定性。结果表明,该排土场边坡安全系数为1.53和1.59,符合矿山排土场安全规程的要求。     

某矿山排土场边坡稳定性分析

在对边坡工程地质条件进行勘察和对排土场岩土物理力学性质进行研究的基础上，利用FLAC^3D软件对某矿山排土场现状边坡的稳定性进行了分析。研究结果表明，模拟过程中的最大不平衡力和监测点位移均趋向于稳定，塑性区分布情况和安全系数值则再次表明边坡在整体上处于稳定状态。     

基于FLAC2D、GPS监测和人工巡视相结合的某矿山排土场边坡稳定性分析

受矿山的不合理排放堆积、自然降雨冲刷以及地形等因素的影响，使得大面积的堆积型斜坡极易发生滑坡等多种地质灾害，严重威胁矿山人员的生命财产安全。为了解决矿山排土场边坡失稳带来的潜在隐患，定期合理的开展矿山排土场边坡稳定性分析具有重要的作用。前人在使用FLAC2D去解决一些边坡稳定性的研究较少，故本文以某矿山拟建排土场边坡为研究对象，在现场调查的基础上，创新性地运用FLAC2D软件进行数值模拟分析，定性和定量对排土场边坡三种不同工况（天然状态、7°地震、浸水）下的稳定性进行验算。同时，将 GPS监测和人工巡视相结合，根据相关的GPS监测标准和人工巡视要求，给出了针对排土场边坡变形监测措施。结果表明：经定性、定量计算后，三种工况下的边坡稳定系数高于安全系数，达到了安全等级一级的要求，证明了拟建排土场的安全性和稳定性。该分析方法能为该矿其它排土场边坡稳定性分析提供借鉴意义。     

爆破地震作用下边坡稳定性分析与振动相似模型试验

根据相似定律制作边坡模型放置采场,记录爆破地震作用下摩擦块质点速度时程曲线,确定相关块体振动物理量的表达关系式。通过摩擦块滑动情况确立了摩擦块在爆破地震作用下的极限平衡状态,计算摩擦块安全系数。并在给定安全系数范围内,分别计算了爆破地震作用下不同边坡角度加速度、速度允许范围。结果表明:在爆破地震作用下不同角度的摩擦块安全系数比在天然状态下分别降低50.47%、50.112%、44.7%、43.32%;另外,随着内摩擦角的增大,安全系数降低并呈线性关系     

某露天矿内扩排土场边坡稳定性分析

以某露天矿拟设计的7#坑内扩排土场边坡为研究对象,将排土场边坡稳定性研究提前融入到设计阶段。基于极限平衡法,采用Slide数值分析软件,分别计算不同工况下的排土场边坡安全系数,并以排土场最小边坡安全系数为标准,对不同工况下的计算结果进行评价与分析。结果表明：7#坑内扩排土场在天然工况下边坡安全系数为1.367,在降雨工况下边坡安全系数为1.280,在地震工况下边坡安全系数为1.182,均大于最小边坡安全系数;3种工况下的边坡潜在滑移面均集中在上部台阶;数值计算结果验证了排土场边坡参数设计的合理性。     

爆破动载作用下边坡临界振速及安全距离的计算

结合现场爆破地震监测数据,通过有限元数值模拟的方法提出了爆破振动作用下边坡动力安全系数时程变化的计算方法。该方法以动力有限元时程分析得到边坡安全系数随爆破载荷加强而不断降低的变化特征,当边坡安全系数为1时,边坡处于临界状态,此时边坡承载的振动速度即为临界破坏振速,通过插值法计算得到边坡临界破坏振动速度,并结合爆破地震波的传播规律反推得到爆破安全距离,为矿山边坡维护以及生产爆破提供科学有效的参考。     

地震荷载下尾矿坝加固措施研究

以某上游式尾矿坝为例,将排土场应用到尾矿坝加固上,采用完全非线性有限差分法,通过从浸润线、残余变形、平均动剪应力、液化区及安全系数等方面对比分析了在地震作用下排土场作为压坡体对尾矿坝稳定性的影响,分析结果表明:压坡后坝体内浸润线埋深明显增加,竖向沉降位移大大缩小,缩小量达78.2%,较压坡前尾矿砂平均动剪应力显著提高,压坡后坝坡表面和堆积坝坝顶附近液化区完全消失;而且对静动力作用下坝体的安全系数也产生很大影响,相比压坡前,静力作用下安全系数提高了41.5%,地震作用下安全系数提高了38.2%。该研究不仅解决了坝体稳定性的问题,还解决了排土场用地问题,而且为矿山企业节约了生产成本、保护了矿山环境。     

排土场边坡不同成因及动力稳定性分析的优化设计研究

松散体形成的排土场的边坡稳定性一直以来是科学界广泛关注的话题,因为根据排土场的堆积方式不同其所造成的边坡的应力应变形态也不同,产生边坡滑坡的风险也存在差异。为了详细的研究松散体堆积形成的排土场边坡的稳定性,采用室内岩石力学试验、FLAC3D数值分析法对3种不同堆积方式（压坡式、覆盖式和混合式）下形成的边坡展开研究,并以研究的各边坡的安全系数、最大剪应变、边坡的水平位移和最大主应力等数据为基础,构造判断矩阵,对3种不同堆积方式形成的边坡进行优选决策分析,经过多条件综合考虑,最终得出排土场采用压坡式排料形成的边坡整体稳定性最佳。     

基于PFC2D的排土场边坡稳定性研究

以刚果(金)卡莫亚铜钴矿1^#排土场边坡为研究背景,采用离散元PFC^2D数值分析软件建立了排土场边坡模型,并对排土场边坡5个不同剖面进行了稳定性数值模拟研究,得到了排土场边坡在自然状态和含水状态下的颗粒位移变化云图。结果表明,自然状态下,排土场边坡剖面1-1和2-2均为稳定状态; 剖面3-3、4-4和5-5稳定性较差,由于岩层关系,边坡容易顺着岩层发生滑坡。含水状态下,5个边坡剖面均为不稳定状态,且边坡强度较小,降水时易发生滑坡灾害。排土场整体破坏的滑面形状为近圆弧型,因此边坡滑动模式为“圆弧型滑动”。研究结果可为同类型排土场安全稳定性分析提供参考。     

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。     

基于堆置效应的排土场稳定性分析

为研究不同堆置方式的适用性,认识不同堆置方式时空效应对排土场稳定性的影响,以不同堆置方式形成的排土场概化模型为分析基础,研究排土场各区域堆置过程中安全系数的变化规律。研究结果表明,压坡脚式排土场适用于凹形山谷地区,堆置时应利用山谷的夹持效应,及时对坡脚进行加固;覆盖式排土场有较高的安全系数,适用性广,工程中应注意验算终了台阶的安全系数;工程中可灵活组合压坡脚式与覆盖式两种堆置方式,合理利用夹持效应、坡脚阻滑等空间效应,促进排土场的稳定堆置。研究成果对排土场的堆置稳定分析具有理论与实际意义。     

齐大山铁矿排土场增高扩容稳定性分析

由于露天矿开采量的增大和土地资源的紧缺,迫使企业在老排土场上进行增高扩容,由此引起的安全问题日益突出。以齐大山铁矿某排土场为例,分析验算该排土场增高扩容方案的可行性。通过室内实验取得的边坡散体力学参数,根据工程地质勘察成果建立排土场边坡模型,利用极限平衡法计算排土场分别坐落于基岩、黏土层之上,边坡体内无地下水,低水位、高水位情况下的边坡安全系数,获得了地下水对于排土场边坡安全的影响规律;尤其是当排土场坐落于黏土层之上时,边坡安全系数随着地下水位的不断升高而迅速降低,严重影响边坡安全。由排土场180~230 m不同高度的边坡稳定性分析可知,在180~220 m,排土场安全稳定性系数由1.122降到1.116;而在230 m,安全系数则增长到1.142。所获边坡稳定性随地下水位和边坡高度的变化规律为边坡安全性评价及整治方案确定提供了有力依据。     

冻融循环下排土场散体物料力学特性及其稳定性分析

为了解冻融循环引起的排土场散体物料剪切强度劣化规律，采用自主研发的大型直剪仪开展冻融循环作用下土石混合体的剪切试验，得到不同冻融循环次数下的排土场土石混合体剪切强度劣化曲线，并通过CT扫描分析不同冻融循环次数下土石混合体内部细观结构演化特征；最后，开展考虑冻融循环影响的排土场边坡稳定性分析。研究结果表明，在低法向压力下，散体物料的剪切应力-位移曲线主要呈现应变软化型，且在剪切过程中伴随剪胀行为；随着法向压力增大，曲线逐渐向应变硬化型转变，剪切过程中主要呈现剪切压缩行为；冻融循环次数增加，会使曲线应变硬化行为明显，逐渐弱化剪胀行为，内聚力和内摩擦角逐渐减小。当冻融循环次数达到15次时，内聚力和内摩擦角的减小量分别为18.45 % 和9.42 %；冻融循环导致散体物料内部细颗粒冻胀挤压碎裂，致使细颗粒和孔隙间发生错位与重组；冻融循环引起的散体物料孔隙变化主要集中在前5次；当冻融循环次数达到15次时，排土场安全系数减小率约为7.6 %。研究结果可为寒区排土场稳定性分析提供参考。     

排土场散体物料抗剪强度的安全系数反演分析

在初步判断排土场边坡所处的稳定状态的基础上设定一个安全系数,利用安全系数反演计算排土场散体物料的抗剪强度参数。以常用的Bishop圆弧法和余推力折线法作为排土场边坡稳定性计算的基本方法,构建非线性方程组,迭代求解,同时反演出排土场散体物料的抗剪强度参数。针对西南地区某个大型露天矿排土场边坡进行了实际反演分析,得出：含第四系表土较多的细粒散体岩石,反分析黏聚力c比三轴试验小0.026 MPa,而摩擦角φ则大3.94°;以粗粒土为主的坚硬辉长岩,反分析黏聚力c比三轴试验大0.021 MPa,而摩擦角φ则小4.06°。虽然2种散体岩土反演分析与试验结果都有差异,但是通过安全系数反演分析的结果,更能从整体上把握排土场散体物料的力学强度参数。该方法不像室内试验和现场试验那样受排土散体物料不均匀和离散性的影响,同时获得的抗剪强度参数可以作为后期动态排土规划稳定性分析的依据。     

考虑粒径分级的排土场稳定性分析

为研究粒径分级对超高台阶排土场稳定性的影响,以弓长岭独木排土场为例,建立考虑粒径分级的2种边坡模型,利用有限差分软件--FLAC分析其稳定性,并研究散体物料粒径大小对稳定性的影响。结果表明：当考虑粒径分级或增加大粒径散体物料的含量时,排土场的安全系数明显增大。以此为依据,通过增加大粒径散体物料的含量和使散体物料按粒径由大到小沿排土场高度方向分层排放2种方法,进行排土工艺的改进,但需注意消除因粒径分级引起的坡内软弱层面。研究工作提供了2种有效的超高台阶排土场稳定性分析方案,对其他类似工程的研究具有重要的参考意义。     

安全稳定性约束下的排土场优化设计

在保证露天矿排土场边坡安全稳定的情况下,优化排土场几何参数,达到在有限排土场范围内排土量最大的目的。根据排放物的物理性质,选择边坡平面滑动和圆弧滑动的安全稳定性系数为安全评价指标,利用排土场底面内接半径把排土场的边坡倾角、台阶高度与宽度联系到一起,分析三个指标之间的制约关系,将台阶宽度转化到台阶高度和边坡倾角的函数,分别对边坡倾角和台阶高度进行分段求取,多次模拟计算,得出一组接近于最优解的值作为排土场设计的最佳模型。实验结果表明,和其他方法比较,本文算法考虑了安全稳定性约束条件下,实现排土场设计尽量多排土、少占地的目的。