大尺度边坡岩体开裂解体破坏规律试验研究

边坡岩体失稳破坏要经历开裂、贯通、解体、滑移全过程,捕捉每个环节表层变形和深部滑面力学变化规律及特征,是探索滑坡监测预警准则的关键.本文采用恒阻大变形锚索(NPR)深部滑动力自动监测系统和地表位移监测系统,在南芬露天铁矿采场下盘开展了人工开挖诱发滑坡的现场试验,目的是探索滑坡发生前后,边坡岩体开裂解体破坏和深部滑动力的变化规律和时间效应.试验结果显示:在人工开挖扰动作用下,边坡岩体表层出现裂缝的时间要滞后于深部滑动力突变时间,即当滑动力突降4h后,边坡表层岩体初始开裂6mm(长200cm);当滑动力突降96h后,表层岩体裂缝宽度达到74mm(长1306cm);当滑动力突降168h后,边坡完全崩解滑移.证明该类型边坡从深部力学失衡到表层解体破坏,至少需要7d时间.这一成果为该地区滑动力监测预警准则建立提供科学依据.     

远程位移实时监测技术在露天矿边坡预警中的应用

随着露天矿开采到界,裸露岩体长期受风化、雨水侵蚀影响,边坡岩体结构越来越弱,围岩的支承能力越来越小,加之弱层的存在,更加导致了露天矿边坡处于不稳定状态,随时具有发生大规模滑坡的危险。根据滑坡前边坡变形的外在反映,研究边坡远程位移实时监测预报系统,根据位移-时间曲线对滑坡进行预报,该系统实现了边坡位移全天24 h连续自动监测。并成功预报了平庄西露天矿2013年4月17日滑坡,对其他露天矿边坡监测具有重要现实指导意义。     

深部隧洞掘进开挖瞬时卸荷动态破坏研究

瞬时卸荷是岩体开挖形成的瞬时岩体应力释放和调整。针对高应力区隧洞岩体开挖瞬时卸荷过程,通过能量守恒推导出了瞬时卸荷位移公式;基于Kachanov准则对构件的脆性破坏理论推导出隧洞侧壁围岩卸荷的初始破裂时间和完全破裂时间,并得出完全破裂时间等于岩体开挖卸荷完成时间;通过锦屏二级水电站某隧洞瞬时卸荷分析得出岩体在开挖瞬时卸荷条件下会产生岩爆,并且卸荷岩体的初始破裂时间较完全破裂时间短,但破裂却已很明显。     

深部圆形巷道开挖卸荷的围岩力学特征及破坏机理

针对深部高地应力条件下巷道开挖卸荷造成的围岩强烈扰动问题,基于弹性卸荷理论,运用留数定理和拉氏逆变换的延滞性给出动态开挖卸荷应力解析解。在此基础上,研究深部开挖卸荷下围岩力学特征和破坏机理,根据围岩力学特征建立动态卸荷的强度准则和拉压损伤模型。通过算例探讨初始地应力、开挖半径、卸荷时间和岩体动态强度对围岩卸荷破坏与稳定的影响。结果表明:深部开挖卸荷下围岩力学特征主要表现为最小主应力卸荷、最大主应力集中,而主应力差的瞬间增大,诱发开挖面内裂隙扩展、贯通,形成由强及弱连续分布的破坏区,构成二次支护前维系围岩稳定的支撑结构。深部动态开挖卸荷下,初始地应力和开挖半径越大、卸荷时间越短,围岩损伤越严重,破坏范围越广,对围岩的扰动越强烈;而岩体动黏聚力和动摩擦角越大,围岩的破坏范围越小,围岩越稳定。分析结果对深入研究高地应下巷道开挖的破坏机制具有重要意义。     

基于“表-深”联合监测方法的露天煤矿边坡破坏模式研究

为了确定魏家峁露天矿西南帮边坡滑移的破坏模式及滑移演化机理，提出滑坡治理和灾害防治方案，通过现场查勘、滑移体地质勘察、边坡深部位移与边坡表面位移联合监测以及数值模拟等措施，确定了边坡的滑移面位置、揭示了边坡岩体破坏演化机理和边坡破坏模式，查明了此次滑坡的主要原因。结果表明：边坡潜在滑移面在孔口下27～32m处|边坡位移呈现出“急剧增长-缓慢平衡-再次调整”的“L” 型变化过程，现阶段边坡处于平衡调整的临滑状态|边坡滑移呈现出“开挖卸荷—剪切破坏”力学机理，边坡的宏观破坏模式为剪切型破坏|软弱夹层受到水润侵蚀，剥离推进后，岩体应力释放，成为此次边坡滑移的主要原因。     

露天煤矿工作帮边坡破坏模式及稳定性控制研究

露天边坡的稳定性是影响煤矿安全生产的重要因素，对其工作帮边坡破坏模式进行分析是有效地控制边坡稳定的前提。综合分析魏家峁露天煤矿工作帮边坡地质条件、边坡现状，并结合数值模拟计算，重点揭示边坡的位移特征、剪应变及塑性区扩展情况，对边坡失稳机理及破坏模式进行了分析，结果表明：力学机理上边坡岩体主要受开挖卸荷—剪切破坏影响，宏观表现上工作帮边坡主要发生蠕滑—拉裂型滑移破坏，边坡呈现出沿软弱层发生底部顺层后缘圆弧状的滑动，上覆粉土、粉砂层为坐落—平推型滑移。基于此，提出了“实时监测+疏干排水+清方剥离”的综合滑坡治理方案，提高了边坡稳定性，保障了矿山安全稳定生产。     

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。     

基于FLAC3D的平朔东露天矿南帮滑坡区稳定性分析

对东露天矿南帮滑坡区域治理方案采用FLAC3D进行数值模拟分析,得出当南帮滑坡区经过优化治理后,经强度折减,南帮优化后边坡的位移量很小,满足边坡稳定性要求,证明边坡优化合理,同时根据滑坡的力学成因机制类型为推动式,滑坡模式主要为以煤层底板弱层为底界面的切层-顺层滑动,边坡岩体的破坏形式为拉-剪复合型。     

扎哈淖尔露天煤矿南帮滑坡区治理

在分析扎哈淖尔露天煤矿南帮滑坡区边坡工程地质条件的基础上,通过现场踏勘与分析,确定了滑体内弱层的位置与形态,明确了滑坡模式、成因与力学机制,采用极限平衡法,基于多重正、反分析理论相结合,确定了南帮滑坡区边坡岩土体与弱层的力学参数。通过定量分析边坡稳定性,为滑坡体清理方案及到界边坡施工方案设计提供了参考和依据。     

不同卸荷速率下节理岩桥变形破坏及裂隙扩展演化试验研究

边坡开挖速率对边坡稳定性有重要影响,探究锁固型高陡岩质边坡在不同开挖卸荷速率下的变形破坏特征和内部岩桥破坏机制具有重要意义。为模拟滑坡前缘蠕滑破坏和后缘陡拉裂隙,在完整试样端部预制裂隙以形成中部岩桥,开展3种不同岩桥长度双轴单面卸荷试验,分析了不同卸荷速率下试样强度、变形、破坏特征和裂隙扩展模式,探讨了裂隙扩展力学机制。结果表明:①卸荷速率主要影响试样卸荷强度及次生裂隙数量,对裂隙扩展方式影响较小;②应力-位移曲线呈现出"应力陡降"和"峰后回升"现象,且试样还表现出"多峰值"特征;③随卸荷速率的增加,试样破坏模式逐渐由剪切破坏转为张拉破坏,且张性裂隙多集中于卸荷面附近;④总结出6种裂隙扩展类型:贯通岩桥、贯通试样上端面、下部裂隙贯通试样下端面、上部裂隙贯通试样下端面、贯通试样左端面、贯通试样右端面;⑤推导了卸荷条件下闭合裂隙尖端应力强度因子表达式,理论计算和实验所得裂隙起裂角误差在6.5%以内,验证了理论计算结果的可行性与合理性。     

某岩质高陡边坡开挖卸荷的锚索支护FLAC~(3D)分析

岩质高陡边坡的开挖卸荷,不仅改变了原有的应力平衡,也使得岩体的相关力学参数随着卸荷回弹而劣化。对岩体卸荷后的边坡进行逐级开挖分级支护的稳定性分析时,应采用卸荷岩体参数。以锦屏某电站料场高边坡为例,用FLAC~(3D)软件分别模拟直接开挖无支护和分级开挖锚索支护状况下的边坡稳定性问题,通过与实测的水平位移、锚索应力对比,得出分级开挖支护能有效减小边坡的变形破坏。     

顺层陡倾斜坡溃屈破坏机理研究

陡倾顺层不临空滑坡一般难以提前识别其风险，为揭示此类滑坡演化过程和变形破坏机理，阐明其变形运动特征，以重庆市东阳滑坡为例，在详细地质调查的基础上，选取最不利的地质断面建立理论力学模型、地质模型以及陡倾顺层状岩体溃屈长度方程，并基于有限元方法的数值模型进行模拟分析，结合地质调查及数值模拟综合分析了东阳滑坡的破坏机理、演变过程，分解从滑动到堆积的各阶段特征。研究结果表明：(1)东阳滑坡属于典型的顺层陡倾不临空的岩质斜坡顺层失稳破坏，在长期地下水入渗软化条件下，滑动段重力驱动下，滑体顺层蠕滑至锁固段最终剪切溃屈发生整体滑移破坏；(2)滑坡体演化过程符合岩体结构力学中层状岩体板裂破坏理论，并依据其破坏准则建立溃屈段长度方程；(3)通过FLAC^3D软件模拟，滑坡演化过程中水平最大位移的部位发生在滑坡体腰部，纵向最大位移发生在滑体顶部后缘，最大主应力方向在滑坡腰部发生偏转，由平行于主滑面方向向垂直于滑面向外偏转；(4)东阳滑坡运动破坏分解为裂缝发展—滑面贯通阶段、锁固段溃屈—滑体启动阶段、快速滑动阶段、制动堆积阶段4个阶段。     

露天矿顺倾层状边坡稳定性的断层效应

作为一种典型的露天矿山边坡,含断层顺倾层状边坡的变形破坏机理及稳定性等问题尤为复杂。结合元宝山露天矿东帮边坡工程实际,基于强度折减理论,同时考虑岩体剪切和拉伸两种破坏机制,应用RFPA软件模拟研究了断层处于不同位置及无断层条件下顺倾层状边坡的动态失稳过程,分析了断层对边坡滑移模式、稳定性以及滑坡力学成因机制的影响,阐明了断层效应。研究结果表明,元宝山露天矿东帮边坡的滑移模式及稳定性主要受F1断层和顺倾弱层控制,断层的存在与偏移导致的坡体内剪应力状态改变以及断层自身的抗剪强度是边坡滑移模式和稳定性发生变化的根本原因;边坡的滑坡力学成因类型与断层无关。研究结果可为露天矿合理滑坡防治措施的提出及剥采工程设计与施工提供参考。     

采动影响区外缘上覆黄土滑坡形成力学机制

以山西省阳泉市坡头滑坡为例,在详细查明矿区工程地质条件、滑坡变形破坏特征、采空区与滑坡发育的空间位置关系以及采空沉陷规律的基础上,应用FLAC3D数值模拟软件分析了采动影响区外缘第四系黄土覆盖层的应力应变关系、位移变形特征.获得了该滑坡形成的力学机理:黄土滑坡受采空区上覆岩层移动变形控制;采动引起上覆岩层的蠕动对表层黄土的挤压变形具有放大作用;黄土滑坡的变形破坏具有聚能效应.     

应用动力学原理预报滑坡位移的一种新方法

在回顾滑坡预报研究历史的基础上,对滑坡位移过程的非线性动力学特征进行了初步分析,并基于不平衡推力传递法引入了滑坡位移过程的动力学分析方法,给出了滑坡条块的位移、速度和加速度计算式。该方法给了了滑坡破坏加速度判据并能够精确反算滑动面力学参数。     

双弱层烧变岩边坡失稳模式研究北大核心

为了研究露天煤矿双弱层烧变岩边坡失稳模式,采用FLAC3D数值模拟,分析了边坡破坏变形特征,建立边坡力学模型;全面考虑烧变岩体、地下水对边坡稳定性的影响和软弱夹层对边坡的控制作用,基于极限平衡法推导不同力学条件下边坡滑移破坏模式。模拟结果显示:上部弱层控制区域岩体及后缘烧变岩体在水平方向位移较大,变形速度较快,塑性变形明显,沿下部弱层带存在塑性区,其控制区域岩体变形速度有所增大。力学分析结果表明:边坡稳定性受上部弱层控制时,上部岩体沿上部弱层移动变形,后缘烧变岩体拉裂破碎推动岩体发生顺层剪切破坏;边坡受下部弱层控制时,岩体沿下部弱层滑移,后缘拉裂,边坡发生沿下部弱层的剪切破坏;后缘拉裂面垂直高度达到两弱层间距时,拉裂面位于上部弱层下方,边坡稳定性同时受到上下2个弱层控制;若上部弱层之上岩体被拉裂,拉裂岩体随两弱层之间岩体变形移动;上部弱层之上岩体保持稳定,则两弱层之间变形岩体滑移与上部岩体分离;上部弱层之上岩体整体失稳,则坡顶处烧变岩体拉裂破碎,两弱层之间岩体沿下部弱层剪切失稳,上部弱层之上岩体整体随下部岩体变形移动。以大南湖二矿南端帮为工程实例,代入力学参数得到上部岩体安全系数为0.942,处于失稳状态,下部岩体安全系数为1.070,处于滑移临界状态,考虑两弱层控制区域岩体之间的相互影响,坡体发生上下两弱层控制下的阶段式滑移-拉裂失稳。     

顺层岩质边坡开挖致滑的滑动力监测

在本钢南芬露天铁矿选取典型的顺层岩质边坡进行现场开挖试验,并采用滑动力远程监测预警系统进行原位实时监测。试验结果表明：顺层岩质边坡在地面开挖扰动影响下多发生局部浅层牵引式破坏,滑动变形区贯穿整个坡面（垂直高度约12 m）。破坏过程中,伴随着裂缝的产生、扩展、贯通和失稳,滑动力监测曲线均发出超前预警信息,可以有效地避免滑坡灾害引发的重大安全事故。     

扰动诱发高应力岩体开挖卸荷围岩失稳机制

地下开挖过程中高应力区域围岩易发生动力破坏,对地下工程施工人员及施工设备构成了重大威胁。采用真三轴卸荷扰动岩石测试系统对砂岩进行单面卸荷扰动试验,研究高应力岩体开挖单面卸荷围岩渐进性破坏规律,分析不同初始应力、不同扰动振幅、不同扰动频率静动组合条件下高应力岩体单面卸荷力学、破坏特征。结果表明:①单面瞬时卸荷时,轴向应变存在瞬时回弹-压缩流变现象,轴向应力越大,回弹量越小,压缩量越大;②随着第二主应力的增大,破坏强度呈现一个先升高后降低的一个过程,第二主应力为20 MPa处是破坏强度的转折点;③高应力岩体单面卸荷破坏为拉伸-劈裂-剪切复合破坏,第二主应力对卸荷破坏的最终形态呈现着关键因素,在第二主应力为10 MPa时,试样出现拉伸-劈裂-剪切裂纹,随着第二主应力的增加,试样内部剪切现象逐渐消失,出现的劈裂裂纹增加,在第二主应力为20 MPa时,试样内部基本全部处于劈裂破坏;④动静组合作用下,静载的大小与岩样的强度是决定破坏的主要因素,同等扰动条件下,当静载为破坏强度的80%时,破坏强度为148. 6 MPa,静载为破坏值的90%时,岩样的整体破坏强度为142. 4MPa,静载越大岩体破坏所需的触发能量越小破坏值越低,静载相同时,随着扰动振幅、频率的增加,岩体的破坏强度越低,对高应力岩体开挖卸荷围岩支护理论起到了重要的作用。     

深部高应力下不同巷道掘进速率对围岩稳定性的影响

研究了不同加卸荷速率条件下岩石破坏特性及其蠕变性质, 结果表明, 加卸荷速率越大, 岩体的强度越大, 蠕变越小。同时以金川二矿区巷道掘进工作面的工程地质情况及生产技术条件为背景, 研究了掘进速度对巷道围岩稳定性的影响。研究结果表明: 掘进扰动在工作面前方和巷道周围尤其在四个角点位置引起围岩破坏, 随着掘进速率的增加, 破坏区体积减小; 岩体开挖卸载导致掘进工作面前方及两帮形成耳状应力集中区, 随着推进速度的加快, 掘进工作面前方应力区向工作面移动, 围岩应力及应力区面积均减小; 掘进扰动引起围岩的位移变形, 最大位移发生在巷道顶底部, 随着掘进速率的增加, 围岩的位移减小。现场生产时适当加快工作面掘进速率, 有利于保持巷道的稳定及改善巷道维护状态。     

基于褶皱构造背景的科牙滑坡形成机制分析

查明滑坡形成的地质环境条件,分析滑坡发生的诱发因素和变形机制不仅是滑坡勘查的主要内容之一,而且对于滑坡稳定性评价、滑坡治理方案的提出等具有重要意义。在对白龙江流域某水电站勘查过程中发现,发育于该电站工程区的科牙滑坡形成机制与以往变形及破坏模式有所不同,即该滑坡属层状岩体褶皱成因,该文基于滑坡形成的背景构造及现场地质调查与勘测,分析了该滑坡形成演化机制。分析认为滑坡经历顺层蠕滑阶段、锁固段剪切阶段、滑面贯通破坏阶段、滑坡体稳定堆积等四个形成演化阶段。