基于3DEC数值模拟的矿山边坡关键块体稳定性研究

以河北钢铁集团研山铁矿节理岩质边坡作为主要研究对象,使用Shape Metri X 3D高精度三维不接触边坡扫描仪对边坡中结构面信息进行采集。通过分析数据得到优势结构面并采用赤平极射投影方法进行边坡临空面中关键块体的搜索,通过矢量运算方法得到关键块体的稳定性系数及失稳模式。并结合3DEC数值模拟软件,建立关键块体的三维模型,反演了不同优势结构面组合下关键块体发生失稳的过程,从而验证了数值计算的正确性,为矿山治理边坡稳定性提供了可靠的科学依据及技术支撑。     

考虑能耗特性的岩桥型边坡动力失稳研究

边坡中的岩体是岩质高陡边坡稳定性的关键,而岩体由岩块和各种结构面组成。岩桥型岩质滑坡是大型边坡滑坡的主要类型之一,对于这类边坡,岩桥段起着关键的锁固作用。在分析边坡的稳定性时,可将岩体工程的整体稳定性问题简化为分析岩桥段的稳定性问题,针对岩桥段进行加固处理,就可以保证整个工程岩体的安全和稳定。以凹山铁矿为工程背景,搜索并确认出边坡的岩桥,通过对岩桥段块体的能量分布及承载能力进行分析,将块体中的能量分为势能、爆破振动能、破碎耗能、摩擦耗能以及失稳动能,每部分能量通过不同的理论或实验来获取。研究岩桥型边坡的动力失稳问题对于这类滑坡的稳定性评价及灾害防治有较好的指导意义。     

赤平投影法在北京门头沟某公路边坡稳定性分析中的应用

岩质边坡的稳定性主要受节理、裂隙等结构面控制,其破坏主要是由结构面切割形成的楔形块体失稳造成的。赤平投影法是岩质边坡稳定性分析的一个重要方法,它通过分析边坡上的结构面与边坡临空面之间的组合关系,判断楔形块体可能变形和位移的方向,对块体的稳定性做出初步评价。以北京门头沟某公路边坡为例,浅析赤平投影法在岩质边坡稳定性分析中的应用。     

基于拉格朗日差分法的顺层岩质边坡弱面注浆效应分析

为了分析顺层岩质边坡弱面注浆效应,采用了基于拉格朗日差分法的数值分析模型对其进行模拟.由FLAC3D数值模拟结果可知,弱面注浆加固能够使应力在顺层岩质边坡岩体中得到均化,避免应力集中现象的发生,从而增强边坡的稳定性.     

块体理论分析峒室的稳定性

人们在实践中对岩体的稳定性形成了各具特色的分析方法,其中块体理论就是近年来发展和完善的一种适合于块裂岩体稳定性分析的行之有效的工程分析方法。本文利用块体理论分析某矿卷扬机峒室的稳定性。指出存在两个失稳关键块体中,可采用锚杆加固的措施。此外,提出了用于块体理论分析的计算机程序。     

基于ABAQUS饱和渗流作用下岩质边坡稳定性分析

对尾矿库487勘探线边坡饱和渗流与物化耦合作用下的稳定性进行分析,通过现场监测和试验得到边坡的力学参数。利用块体极限平衡法对四棱锥体从应力场、渗流场和物化耦合作用下边坡稳定性进行分析得到其安全稳定系数。利用ABAQUS软件模拟对比分析,得出坡体的滑移面、饱和度及在饱和渗流作用下的塑性区。通过边坡失稳评价准则得到边坡整体安全稳定系数与块体极限平衡法理论计算对比分析确定边坡可靠度。得出边坡在多场耦合作用下岩质边坡的稳定性降低,证实模拟的准确性。     

基于无人机摄影测量的露天矿边坡非连续变形分析

岩体结构面在很大程度上影响了露天矿岩质边坡的稳定性。为提高岩质边坡结构面信息获取的精度及获取动态破坏过程的能量耗散问题,首先借助无人机非接触摄影测量的优势,提出无人机多层次全方位摄影测量方法获取露天矿边坡结构面信息;其次对动态破坏过程施加黏性阻尼,实现能量耗散,并与试验结果进行对比;最后应用所提方法对某露天矿岩质边坡进行非连续变形分析(Discontinuous Deformation Analysis,DDA)。研究结果表明:多层次全方位无人机摄影测量方法对于边坡结构面信息的采集精度良好,施加2.45%～2.53%黏性阻尼的非连续变形分析结果与试验结果基本一致。对某露天矿岩质边坡实际破坏过程的模拟效果良好,且DDA分析得出的滑落面位置与现场位移监测分析结果一致;滑落面安全系数为1.167,处于失稳临界状态,故应提前剥离上覆预失稳岩体,从源头上解决该边坡的滑坡灾害问题。所提方法也适用于其他结构面发育的边坡体分析。     

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.     

关键块体稳定影响因素主成分分析

块体理论是由我国学者石根华首先在国内提出的,主要用于分析研究块体在三维空间的几何形状以及运动可能性问题。其核心可归结为排除无限块体和不可动块体找出临空面上的关键块体,对其进行分析研究并对可能失稳的块体提出合理的加固措施。用该理论来分析岩质边坡稳定性时,影响关键块体稳定性因素较多。结合均匀试验设计方法,考虑岩质边坡开挖以后的卸荷的影响,选用构成块体的2组结构面的黏聚力、摩擦角、以及地震动峰值加速度5个因素的影响来进行分析研究,评价各因素对岩质边坡关键块体稳定性的影响程度。为实际工程建设提供一定的建议。     

强度折减法在含软弱结构面岩坡稳定性分析中的应用

将强度折减有限元法与ABAQUS软件相结合,对含有软弱结构面的岩石边坡进行了模拟,利用软件的后处理功能显示塑性应变和塑性区的开展情况,以此作为含软弱结构面岩坡失稳的评价依据。通过分析岩坡中软弱结构面的贯通率、几何位置、结构面间的岩桥长度等因素对边坡破坏模式及安全系数大小的影响,证明了软弱结构面是控制岩质边坡破坏的主要因素。算例的模拟分析说明,ABAQUS软件能够较为准确地预测含软弱结构面的岩质边坡潜在破坏面的形状位置,对于复杂的岩质边坡的稳定性分析具有是实用性。     

安家岭煤矿岩体结构数字识别及关键块体确定

安家岭煤矿存在大量不稳定块体,安全隐患非常高,必须进行关键块体的预防治理工作。以北帮1300边坡平台为工程背景,采用先进的三维岩体不接触测量技术,进行岩体结构面的现场测量,获取岩体节理几何形态空间分布信息,建立三维岩体结构面空间分布模型。在此基础上,利用获得的边坡岩体结构面基本参数信息,基于不稳定块体快速识别和分析系统(Geo SMA-3D),进行边坡关键块体的搜索,并对所得结果进行理论分析,确定边坡较易掉落的块体及影响块体不稳定的因素。     

某铜矿地下开采侧帮可动块体稳定性分析

采用理论的方法分析了江西某铜矿地下开采进路侧帮的稳定性。首先提出了考虑地应力作用的可动块体的稳定性分析模型,然后根据力的平衡原理,建立了主应力及岩体结构面倾向、倾角的关系公式,并得到了可动块体抗滑力表达式。在此基础上,建立了块体沿双面滑动时的稳定性系数的表达式,计算结果显示：块体的稳定性系数值随着最大水平应力方向与回采进路方向夹角的增大而逐步减小,当最大水平应力方向与进路方向相同时,则块体的稳定性系数值增大。最大水平应力对块体稳定性的影响,主要与其应力值的大小和块体结构面产状有关。     

节理岩体边坡关键块体的失稳概率研究

岩体边坡的破坏一般是由于关键块体的失稳产生的连锁反应而导致的整体失效,因此关键块体是影响边坡稳定性的核心因素。采用块体的失稳概率对关键块体的稳定性进行了评价,失稳概率与2个参数有关:节理交切概率和裂隙锥的不稳定参数,并利用岩体结构面的连通率对节理交切概率进行了修正,修正后的节理交切概率更能反映结构面的尺寸和不连续性。结果表明,用失稳概率评价关键块体的破坏可能性,可以为岩体边坡的支护设计提供依据。     

基于动态强度折减DDA法的边坡多滑面稳定性分析

为解决岩体结构面损伤的程度不一性问题及边坡多滑面分析中数值模型的选取问题,借鉴DDA计算位移的优势,考虑块体间相对位移,提出动态强度折减DDA法(Dynamic Strength Reduction Discontinuous Deformation Analysis,简称DSR-DDA)的边坡多滑面搜索,通过对不同破坏程度下岩体结构面动态折减不同的强度及动态变化边坡多滑面分析中的数值模型,以解决数值分析中岩体结构面损伤的程度不一性问题及边坡多滑面分析中数值模型的选取问题。利用倾斜平面滑块经典案例测试位移阈值,验证方法的可行性及计算精度,并将其应用到抚顺西露天矿岩质高边坡多滑面稳定性分析中,且与自主研发的GeoSMA-3D系统进行耦合。研究结果表明:在设定位移阈值为1 mm时,DSR-DDA与理论解误差在0.5%以内,满足计算要求。后续得到了抚顺西露天矿边坡最危险滑落面(对应安全系数为1. 136),与分析现场监测位移得出的潜在滑落位置基本一致,并在首次滑坡后的数值边坡模型基础上,得到了次级滑落面位置(对应安全系数为1.189),与常规分析得出的结果大相径庭,佐证了边坡多滑面稳定性分析中数值模型需动态变化的必要性。DSRDDA法与GeoSMA-3D系统识别出的关键块体耦合效果良好,从块体理论角度印证了DSR-DDA法的实用性。抚顺西露天矿边坡破坏模式为牵引式滑动破坏,中下部油母页岩对边坡稳定性起关键作用,故不可继续开采剩余油母页岩,以免引起边坡上部大面积滑坡及矿坑-城市边界滑坡。     

结构面切割不同岩性巷道围岩关键块体研究

为研究红岭铅锌矿矿房在结构面切割作用下的稳定性,分析巷道围岩受结构面的切割破碎程度,减少回采过程中块体掉落造成的危险,采用数字摄影测量技术,进行岩体结构面测量,获取结构面基本参数信息;根据BQ指标进行岩体质量分级,基于推广Hoek-Brown强度理论进行岩体力学参数计算;建立结构面离散裂隙网络模型,进行结构面切割下的不同岩性巷道关键块体研究,并给出破碎程度评价。研究表明大理岩岩体产生123块关键块体,最破碎;板岩岩体产生79块关键块体,破碎程度居中;矽卡岩岩体产生27块关键块体,破碎程度最小。     

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。     

挑檐式结构无底柱阶段崩落采矿法试验研究

崩落采矿法在实际生产过程中矿石损失贫化较难控制，放矿过程中废石漏斗的形成与破裂是造成矿石损失贫化的主要原因。为延缓放矿过程中废石漏斗的形成和到达放矿口的时间，提出了一种挑檐式结构的无底柱阶段崩落采矿法。该方法以阶段为单位，使得每个下分段都超前其上分段一个挑檐距离，在回采巷道工作面形成挑檐结构，回采工作都在其正上方挑檐结构的遮掩下进行。为验证挑檐结构方案的放矿效果，利用多分段放矿模型进行了挑檐结构下放矿和传统结构下放矿2组物理模拟试验，认为在保持矿石回采率80%的情况下，挑檐结构的矿石贫化率可降低5.3个百分点。在弓长岭井下矿-280~+48 m段4-5号穿脉进行了挑檐结构工业性试验，分别对挑檐结构和原结构进行了9个崩矿步距回采的放矿跟班测定。结果表明：挑檐结构与原结构相比，贫化率可降低3.8个百分点，主要原因是挑檐结构可阻挡顶部覆盖岩石，使其向本分段崩落矿石后方移动，而不出现侧漏现象，提高了纯矿石放出量，矿石贫化减小。上述分析进一步表明：挑檐结构方案施工简单，适用于中等稳定以上矿体地下开采。     

某大型地下硐室群稳定性分析及加固技术研究

某大型地下硐室群作为历史文物存续时间一般有数百年甚至千年,其安全等级不同于一般岩体工程,在各种因素影响下,大型硐室群岩体结构稳定性减弱,强度降低,最终导致岩体失稳、损坏,因此对其 进行岩体稳定性分析和加固十分必要。该大型地下硐室群建设工程属于大型地下岩体开挖工程,岩体工程开挖前,通过工程地质调查显示,硐室群岩体整体稳定性较好,通过稳定性经验评价法对其进行了稳定性分析 ,发现硐室群整体稳定性好。在此基础上,采用三维数值仿真模拟计算方法对硐室群整体稳定性进行了评价,计算结果与工程地质调查、稳定性经验评价法的判断结果基本吻合,大型硐室群开挖后围岩总体上处于稳 定状态。针对硐室内局部有断层破碎带和局部块体存在失稳隐患,提出了以“锚杆与注浆、浇筑混凝土相结合”的锚网喷为主的加固方案,有有效确保了其安全稳定。     

司家营露天矿边帮潜在破坏模式分析及重点区域治理方案

利用RG电视测井仪和3GSM三维岩体不接触测量技术,对采场进行了矿岩体裂隙和结构面数字摄影测量,分析了边坡岩体结构面特征。以典型剖面为例进行了滑坡赤平极射投影运动分析,对采场边坡潜在破坏模式进行分区,结合FLAC^3D软件的矿区边坡整体及重点区域稳定性分析结果,提出了适用于该矿山的边坡加固方案,并通过数值计算分析确定具体优化参数及最终境界锚固方式。研究结果表明:矿区东帮N24～N28线为重点治理区域,其主要破坏模式为顺层滑移,即平面破坏模式,原有加固方式存在优化空间。