南芬露天矿绿泥角闪岩吸水及强度软化规律

研究表明降雨是诱发矿山边坡失稳变形破坏的重要因素,主要通过降低潜在滑动面(带)岩体强度诱发滑坡。国内外学者对南芬露天铁矿下盘滑坡机理和稳定性评价开展了大量研究,取得了丰富的研究成果。然而,所有研究成果证明该边坡潜在滑动面(带)岩体吸水性较弱,水通过何种途径影响边坡稳定性机理不清晰。采用自主研发的"软岩气态水吸附智能测试系统",对潜在滑动面(带)上分布的绿泥角闪岩进行吸水软化实验,揭示岩石的吸水特性及吸水后的强度衰减规律;运用Image-Pro Plus专业图像处理技术,分析其SEM微观图像;结合绿泥角闪岩的压汞实验结果,揭示其微观孔隙结构特征与岩石吸水特性之间的相互关系。分析结果表明:(1)绿泥角闪岩吸水特性是一个在短时间内快速上升而后下降达到均匀饱和的过程;(2)影响绿泥角闪岩吸水特性的主要因素是岩石样品的孔隙结构特征而非黏土矿物含量;(3)岩石的孔隙累计体积与其吸水特性之间存在正相关关系;(4)集中分布的孔隙直径越小,占据的比例越大,则岩石的吸水能力越差;(5)绿泥角闪岩的吸水率与单轴压缩强度以及弹性模量呈负相关关系。上述研究结果可为南芬露天矿降雨诱发顺层石质滑坡的防治提供理论依据。     

降雨条件下多级台阶排土场边坡渗流及稳定性分析

降雨是导致边坡失稳的主要因素之一。以滇中地区某磷矿排土场边坡为例,研究持续降雨对6^#排土场边坡的稳定性影响,基于饱和-非饱和土渗流理论,使用室内非饱和土静力三轴试验结合GeoStudio有限元方法,对持续强降雨条件下的饱和-非饱和渗流场的动态变化、变形破坏和稳定性进行数值模拟和计算。结果表明：降雨初期基质吸力越大边坡安全系数越高,但是降雨12 h后边坡岩土体趋于饱和后,安全系数基本不受基质吸力的影响,并与理论计算结果基本一致,边坡整体稳定性良好,与排土场实际情况相符;雨水不断入渗时多级台阶排土场塑性变形区域主要集中在坡脚台阶处。模拟结果总体可靠,可为持续强降雨地区多级台阶排土场以及对滇中地区矿山排土场安全生产提供参考。     

基于双重介质模型的裂隙岩质边坡渗流及稳定性分析

双重介质模型在考虑岩块孔隙渗流的条件下,一定程度上刻画了岩体裂隙渗流的优先流现象。为研究双重介质模型下裂隙岩质边坡的渗流特性,以二维边坡为例,基于双重介质模型,研究了不同降雨条件下孔隙域和裂隙域的入渗边界条件及2者之间的关系,推导了裂隙域等效降雨强度方程,利用COMSOL Multiphysics有限元数值计算软件,定量分析了2种降雨条件(长而弱、短而强)下,孔隙域和裂隙域的入渗规律及水交换规律,并分别采用强度折减法和局部安全系数法分析了2种降雨入渗对边坡稳定性的影响。结果表明:(1)双重介质模型下,孔隙域和裂隙域入渗边界条件变得更为复杂,边界条件的转换需要综合考虑降雨强度、裂隙域等效降雨强度及两域的饱和渗透系数之间的关系。(2) 2 mm/h的降雨强度下,雨水大部分通过孔隙域向下入渗,孔隙水压力的变化主要体现在孔隙域,水交换主要由孔隙域向裂隙域中流动,水交换项的值较小;边坡位移较大的区域从坡顶贯穿至坡脚,可能发生整体滑动,降雨结束后边坡的安全系数从1.92降至1.89,降低了1.56%,潜在破坏区域体积增量较小。(3) 20 mm/h的降雨强度下,雨水几乎全部通过裂隙域向下入渗,孔隙...     

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。     

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。     

降雨作用下曼家寨东帮采场岩质边坡渗流规律分析

降雨是影响露天矿山失稳的主要因素。针对曼家寨东帮采场岩质边坡在降雨过后曾发生局部垮塌、出现坡面裂缝现象,结合饱和-非饱和渗流理论,利用Geo-studio中的SEEP/W模块对该边坡典型剖面进行降雨过程渗流规律分析。通过对降雨作用下孔隙水压力、暂态饱和区变化规律进行分析,得出如下结论:降雨条件下边坡表层区域受降雨影响严重,影响区域与影响程度受降雨时间与降雨强度共同控制;暂态饱和区是考虑降雨作用下边坡失稳的重要因素,持续的降雨作用会在边坡表面形成一定范围的暂态饱和区,降雨历时相同时,降雨强度越大形成暂态饱和区面积越大;降雨对坡脚处孔隙水压力及暂态饱和区的影响要大于坡顶区域,在进行相关边坡治理防护时要重点考虑坡脚位置。     

干湿循环条件下含软弱夹层矿山边坡降雨渗流特性研究

为了研究软弱夹层在干湿循环条件下的渗透性变化对边坡整体降雨渗流特性产生的影响,结合现场实际利用Geostudio有限元软件建立概化模型,模拟了不同干湿循环次数下边坡的降雨渗流,揭示了不同循环次数下边坡体内孔隙水压力的变化规律。结果表明,在初始状态下由于软弱夹层的弱透水性雨水很难侵入软弱夹层以及下部灰岩,软弱夹层及下部灰岩孔隙水压力几乎没有变化;干湿循环后软弱夹层渗透系数的变大导致其不能作为隔水层阻碍雨水的向下入侵,随着循环次数的增加软弱夹层和下部灰岩受到雨水的浸润,孔隙水压力变大且由于软弱夹层和灰岩的雨水排出能力远小于上部区域,雨水无法及时排出,在边坡体后缘形成的高孔隙水压力区域面积远大于初始状态,雨水入侵对边坡整体稳定性的影响更大。研究结果可为同类型矿山边坡防护提供参考。     

干湿循环条件下含软弱夹层矿山边坡降雨渗流特性

为了研究软弱夹层在干湿循环条件下的渗透性变化对边坡整体降雨渗流特性产生的影响，结合现场实际，利用GeoStudio有限元软件建立概化模型，模拟了不同干湿循环次数下边坡的降雨渗流，揭示了不同循环次数下边坡体内孔隙水压力的变化规律。结果表明，在初始状态下，由于软弱夹层的弱透水性雨水很难侵入软弱夹层以及下部灰岩，软弱夹层及下部灰岩孔隙水压力几乎没有变化；干湿循环后软弱夹层渗透系数的变大，他不能作为隔水层阻碍雨水的向下入侵，随着循环次数的增加，软弱夹层和下部灰岩受到雨水的浸润，孔隙水压力变大且由于软弱夹层和灰岩的雨水排出能力远小于上部区域，雨水无法及时排出，在边坡体后缘形成的高孔隙水压力区域面积远大于初始状态，雨水入侵对边坡整体稳定性的影响更大。研究结果可为同类型矿山边坡防护提供参考。     

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。     

矿区大型滑坡体力学机理及地质演化模式研究

基于很多煤矿位于山区,常发生山体滑坡灾害,对矿区居民的正常生产生活造成严重影响,因此对滑坡灾害成因的研究对地质灾害的防灾减灾工作具有重要意义,以北京市房山区大安山矿军红路滑坡为例,采用微观电镜扫描(SEM)和TTRⅢ多功能X射线衍射仪对组成滑坡体的岩石微观结构和成分进行了分析测定,并在2 000 kN岩石单三轴实验系统对滑坡体岩石力学性质进行了测试。研究结果表明:滑坡体主要由侏罗系南大岭组变质玄武岩、二叠系石盒子组灰白色含砾石英砂岩构成,这几种岩石中,黏土矿物含量较高,玄武岩为36.1%、砂岩为40.6%、砾岩为18.5%;军红路滑坡是典型的降雨诱发型滑坡,连续多日降雨造成雨水沿后缘裂缝入渗,软化并降低软弱夹层强度,经历了卸荷拉裂、时效变形、局部溃屈和整体高速滑坡4个阶段;组成军红路滑坡的多种岩石的矿物成分中黏土矿物含量较高,水对岩石力学特性影响显著,单轴强度饱水弱化分别达玄武岩54.2%、砂岩为40.0%、砾岩为35.2%,这对于该滑坡在降雨作用下发生及迅速启动有至关重要的作用;结构面是影响岩石力学特性的重要因素,在变形过程中,岩石沿着软弱结构面先发生破坏,降雨又进一步加速了结构面的破坏,是导致军红路滑坡发生的另一个原因。     

水-岩耦合作用下边坡岩体渗流二维数值模拟

为了研究岩体渗流及水-岩耦合作用对边坡稳定性的影响,首先基于岩体特征建立等效连续介质模型,然后采用有限元法求解该模型,并利用SEEP/W软件模拟正常水位、暴雨入渗和排水疏干时采区地下水渗流。结果表明：等效连续介质模型可靠性高,地下水二维渗流存在各向异性,且裂隙轴向的水力坡降明显大于裂隙径向;3种工况水力坡降明显区域均为边坡表层、不同岩层交界处及混合Ⅰ岩内;暴雨入渗时水-岩耦合作用导致岩层拉应力增大、孔裂隙扩展,剪切滑移为边坡失稳主要诱发机制,而排水疏干有利于提高边坡稳定性。     

侏罗系弱胶结砂岩孔隙介质特征及其保水采煤意义

我国新疆哈密矿区降雨量少、蒸发强烈,属于严重干旱地区,研究区高强度的煤炭资源开采对主要储水含水层的保护极为重要。由于特殊的成岩环境及地下水赋存运移条件,侏罗系弱胶结砂岩为复杂的非常规含水岩系,给研究区煤矿防治水带来了诸多水文地质问题。本文以新疆哈密矿区侏罗系弱胶结砂岩为研究对象,通过渗流实验、实验室测试、理论分析研究弱胶结砂岩微观孔隙结构演变规律。研究表明,弱胶结砂岩属高孔隙度岩石,具有大孔孔喉及中孔孔喉分布频率高的结构特征和强富水性,渗流实验过程中有大量乳白色悬浮物渗出。水相渗流作用下的弱胶结砂岩样出现渗透性突变增大的现象,其孔隙度有明显增大的趋势。通过水质分析及岩矿鉴定分析手段得出可溶盐溶出对渗流实验前后的孔隙度增加贡献率为45.80%～82.28%,悬浮物渗出量计算对孔隙度增大贡献率为14.78%～54.20%,可溶盐及高岭石的溶(渗)出是砂岩渗透性增强的主要因素。鉴于此,提出了有关孔隙结构储水空间变异性以及渗透突变性的保水采煤理念,弱胶结砂岩含水层水体下保水采煤应当遵循"保护性开采、避免大规模扰动"的思路。研究成果对西部地区弱胶结砂岩含水层的开发利用与保护有重要意义,同时可为西部地区受侏罗系弱胶结砂岩水害影响的矿井保水采煤技术的研究提供借鉴。     

考虑雨水入渗的边坡稳定分析方法

雨水入渗不仅改变了地下渗流场，也使边坡岩土体因浸泡而软化，抗剪强度变差，造成边坡失稳。为此，建立了一个考虑雨水入渗的地下水渗流模型，对雨水浸泡条件下土体强度变化的机理进行了探讨，并在此条件下对三峡某库区一边坡的稳定性进行了分析计算。     

S315省道K92边坡变形破坏机理分析

降雨引起地下水渗流场变化是影响边坡稳定性的重要因素,特别是渗透系数较低的残坡积土边坡,受降雨影响更为显著。315省道K92边坡岩土的力学强度较高,但由于开挖边坡后缘的自然斜坡有广阔的降雨入渗补给区,表层坡积土渗透性好,而前缘开挖边坡残坡积土渗透性差,造成雨季地下水位在坡面出露,从而诱发滑坡灾害。通过计算地下水位变化对边坡稳定性的影响,表明随着边坡后缘地下水位的抬升,边坡稳定系数逐渐减小,可见地下水位的上升引起渗透力增加是导致边坡失稳破坏的主要原因。因此,对于低渗透性土质边坡,应特别注意地下水渗流场变化对边坡稳定性的影响。     

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。     

降雨工况下覆盖层边坡渗流特性及稳定性分析

基于饱和-非饱和理论, 结合武靖高速实际工程地质条件和气候条件, 采用有限元软件研究了降雨工况下覆盖层边坡的渗流特性以及降雨影响下渗流特性变化对覆盖层边坡稳定性的影响。结果表明, 降雨过程中覆盖层边坡表现为逐层入渗, 基质吸力逐层消散, 渗流梯度的峰值随入渗深度增加逐渐减小, 边坡逐渐发生局部失稳, 安全系数逐渐降低; 降雨停止后, 边坡暂态饱和区逐渐向边坡内部转移, 基质吸力逐渐恢复, 边坡失稳模式逐渐由局部失稳发展为整体失稳, 安全系数持续下降。     

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。