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.     

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。     

南芬露天铁矿边坡稳定性分析与牛顿力临滑智能预警

为提高露天矿开采作业经济安全性,最大程度节省采矿成本提高采矿效益,全面提升边坡临滑预警监测的及时性,以发生多次巨型滑体的深部开采南芬露天铁矿为研究背景,通过对国内外高陡边坡稳定性分析与监测现状研究,探讨露天铁矿特有的边坡破坏模式,结合牛顿力临滑智能预警技术在南芬滑坡预警的成功应用,系统阐述了牛顿力临滑监测的可行性。针对南芬铁矿高陡边坡下盘存在大量失稳或潜在变形区的现象,在总结当前边坡3种破坏模式的基础上,基于MSARMA、GEO-SLOPE、Swedge数值计算软件对重点下盘区分析,结合何满潮院士的地质体灾变牛顿力变化定律,提出“NPR牛顿力滑坡监测为主体,长期阈值监测、短期临滑预警、后期变形现场勘测”三位一体的边坡稳定性智能监测预警防控技术,并在574、502平台巨型滑体崩塌临滑预测中得到应用。现场临滑预警表明：NPR预应力锚索增强边坡的稳定性,提高了监测系统的实时性,有效验证了三位一体边坡稳定性智能临滑预警技术的合理准确性,为露天矿的安全可持续开采,提出合理有效的应急控制措施。     

基于改进遗传算法的露天煤矿失稳边坡临滑预警方法

为解决当前使用的基于GNSS监测系统和边坡雷达监测预警技术容易陷入局部值,而导致位移监测结果不精准的问题,提出了基于改进遗传算法的露天煤矿失稳边坡临滑预警方法。以白音华3号矿的边坡工程地质情况为研究对象,通过编码、适应度评价基本的遗传操作,将初始解向最优解进化;采用Powell法构造全局搜索过程所需的变异遗传算子,在全局搜索结果中提取边坡最危险滑动面的安全系数,由此构建的临滑预警模型,定义各个要素,确定全局搜索条件;以全局搜索数据为基础,分析滑坡变形时间曲线3个阶段演化情况,确定滑坡变形时间。2020年2月滑体及其黄土台阶坡2个监测点监测结果表明：该方法与实际数据值存在2 mm左右的最大监测偏差,具有精准位移监测效果。     

预应力锚索锚固力监测点经济高效布设方法研究

预应力锚索锚固力监测点合理布设是提高边坡稳定性监测可靠性的重要手段,在确保边坡稳定安全的同时,可最大程度上节省工程监测成本。现阶段预应力锚索锚固力监测点布设方案设计多依赖工程经验,具有很强的盲目性并且监测成本较大,尤其对于大型高陡边坡,由于挖方量和边坡加固工程量巨大,如何实现高陡边坡预应力锚索锚固力监测点经济高效布设,保证边坡安全高效监测是目前亟需解决的问题。以广东省江门市迎宾西路某高边坡为研究背景,通过研究锚索的群锚效应和锚索失效后的影响范围,确定了监测点之间的合理布设间距。构建了边坡三维模型,通过数值计算,模拟高边坡开挖全过程,由数值计算结果分析边坡开挖过程中变形失稳的潜在危险区域,进行监测点选择型布设。通过上述方法,实现了该段高陡路堑边坡预应力锚索锚固力监测点的经济高效布设。研究表明：基于群锚效应与三维数值模拟方法,提出的预应力锚索合理布设间距与开挖过程中潜在危险区域重点监测相结合的综合布设优化方案,可合理利用材料和空间、大幅节省监测成本,实现边坡的经济、高效监测。研究成果为高陡路堑边坡稳定性监测点合理布设提供了一种新的思路。     

预应力锚索锚固力监测点经济高效布设方法研究

预应力锚索锚固力监测点合理布设是提高边坡稳定性监测可靠性的重要手段,在确保边坡稳定安全的同时,可最大程度上节省工程监测成本。现阶段预应力锚索锚固力监测点布设方案设计多依赖工程经验,具有很强的盲目性并且监测成本较大,尤其对于大型高陡边坡,由于挖方量和边坡加固工程量巨大,如何实现高陡边坡预应力锚索锚固力监测点经济高效布设,保证边坡安全高效监测是目前亟需解决的问题。以广东省江门市迎宾西路某高边坡为研究背景,通过研究锚索的群锚效应和锚索失效后的影响范围,确定了监测点之间的合理布设间距。构建了边坡三维模型,通过数值计算,模拟高边坡开挖全过程,由数值计算结果分析边坡开挖过程中变形失稳的潜在危险区域,进行监测点选择型布设。通过上述方法,实现了该段高陡路堑边坡预应力锚索锚固力监测点的经济高效布设。研究表明：基于群锚效应与三维数值模拟方法,提出的预应力锚索合理布设间距与开挖过程中潜在危险区域重点监测相结合的综合布设优化方案,可合理利用材料和空间、大幅节省监测成本,实现边坡的经济、高效监测。研究成果为高陡路堑边坡稳定性监测点合理布设提供了一种新的思路。     

露天矿滑坡分析与治理方案研究

针对黑龙江争光岩露天金矿边坡出现不同程度破坏的状况,从地质构造、岩体质量、降雨、边坡坡面与岩体层面空间关系等方面对边坡滑坡进行分析,并提出了对504 m标高以上台阶滑动的松散土体采用HDPE防渗膜护坡;对492～504 m标高段发生的顺层滑坡以及楔形体滑坡,采用长锚索加固的方案。采用数值模拟软件FLAC^3D对长锚索加固后的边坡进行模拟计算,分析长锚索加固后的边坡稳定性,并基于强度折减法原理求出边坡安全系数为1.5,且加固后边坡的最大位移仅为4.3 mm。研究结果表明,采用HDPE防渗膜护坡和长锚索支护的分层治理方法对争光岩露天矿东部失稳边坡进行加固治理,效果良好,可为类似露天矿山边坡滑坡的治理提供参考。     

高恒阻大变形锚索静力学特性数值模拟分析及应用

近些年,滑坡地质灾害发生的强度和频率逐年上升。 在滑坡发生过程中,传统预应力锚索无法 抵抗岩土体大变形而发生拉断、破坏、失效等问题。 针对上述问题,自主研发了三种不同类型的高恒阻 大变形锚索(NPR锚索),其核心结构由恒阻装置与传统锚索连接组成。 首先,通过现场静力拉伸试 验,得到该新型锚索结构最大恒阻力值约850kN,最大变形量达2000mm;其次,在ABAQUS中采用 STATIC,GENERAL准静态分析方法对静力拉伸条件下恒阻装置的应力应变特性进行数值模拟分析, 分析结果证明NPR锚索拉伸过程是一个恒阻且吸收能量的过程;最后,现场应用验证了NPR锚索结 构能够随着边坡失稳而产生大变形的特性,避免了传统锚索因大变形而被拉断破坏,实现了滑坡灾害 防治、监测、预报智能一体化的目标,为合理解释滑坡体运移规律与监测预警曲线之间的关系提供了科 学依据。     

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。     

南芬露天铁矿边坡开挖稳定性实验研究

以南芬露天铁矿“298~370滑坡”为例, 基于相似理论构建地质力学模型实验和FLAC^3D数值模拟, 研究不同开挖阶段边坡滑体和锚索的变化特征, 对比分析不同开挖方式对边坡稳定性的影响。地质力学模型实验结果表明, 开挖过程中锚索发生变形弯曲, 滑体破坏前与水平岩体有明显位移差。数值模拟结果表明, 露天矿开采后, X方向产生最大位移17.06 cm, Y方向产生最大沉降10.31 cm, 锚索明显约束滑体竖向位移; 锚索处发生应力集中和位移突变, 与地质力学模型实验结果一致。在实际工程中, 位移突变可作为边坡失稳的监测依据; 分台阶开挖时, 位移和应力变化均小于无台阶开挖, 边坡稳定性更好。     

平庄西露天煤矿断层滑坡监测预警研究

平庄西露天煤矿工作帮反倾逆层边坡岩层断层构造作用明显,滑坡灾害危险程度高。为了实时掌握滑坡体变化状态,基于下滑力大于抗滑力这一滑坡发生的充分必要条件,采用具有滑坡灾害加固-监测-预警一体化功能的滑动力远程监测预警系统装备,实现了滑动力感知、传输、分析和监测预警的全过程。在该滑坡区域布设滑动力监测站点和位移监测站点,近3个月的监测结果表明：滑动力远程监测预警系统运行效果良好,实现了对“07-0118滑坡”各阶段的监测预警,且滑动力监测效果优于位移监测,验证了该系统的先进性和实用性。该系统的成功应用为其他类似边坡的监测预警提供了技术方法和实践依据。     

南芬露天铁矿高陡边坡失稳全过程物理模型试验研究

利用自主研发的深部地质工程灾害模型试验系统进行试验,模拟滑坡大变形失稳破坏的全过程.在模型内部布设小型N PR锚索进行力学监测,同时采用数字散斑技术对边坡位移进行监测,从试验角度研究滑坡大变形破坏时的边坡内部应力变化规律及N PR锚索在大变形破坏条件下表现出的力学特性.试验结果表明:边坡破坏表现出明显的阶段性演化过程,...     

大孤山露天矿西北帮边坡稳定性分析及治理措施研究

大孤山矿进入深部开采,边坡逐渐增高加陡,边帮岩体始终处于动态演化过程,边坡岩体台阶出现开裂、局部小滑坡等灾害的概率不断增多,严重影响了矿山安全开采。基于大孤山露天矿地质条件调查结果,结合室内岩石物理力学试验和岩体参数转化等研究手段,建立了边坡延深开采数值模型。以监测信息为基础,采用FLAC3D软件对大孤山露天矿西北帮边坡进行了开挖施工和削坡治理的数值模拟分析。讨论了西北帮边坡变形破坏是由量变累积到质变的渐进发生过程,由坡体内部潜在滑面逐渐破损并扩展至滑面贯通。通过对比分析开挖至-330 m境界和-438 m境界时的边坡变形场、塑性区,分析了大孤山浅部边坡与深部边坡破坏机制的不同点,研究了开挖对边坡破坏的影响,即开挖会使边坡软弱带变形剧烈增加,进而引起整个边坡失稳。通过对削坡后边坡施工开挖的模拟分析,评价了削坡工程对边坡的治理效果。削坡治理后边坡最终境界安全系数由0.98提升至1.1,边坡稳定性提高,但较设计规范的边坡永久安全系数1.2相比仍偏小,边坡仍处于欠稳定状态,需采取多种手段进行综合治理,即采用挂网喷射混凝土护面及局部设全长黏结锚杆防护的措施治理F14断层出露部分,采取预应力锚索与肋柱相结合的方法稳固楔形体边坡整体变形,采取地梁与锚桩组合的方式加固-210 m平台坡脚。     

露天采场高陡边坡监测技术研究现状与发展趋势

通过收集国内外边坡监测技术的相关资料,介绍了露天采场高陡边坡稳定性监测的现有技术手段,总结了包括表面位移监测、深部位移监测和深部滑动力监测等各类技术的主要特点和存在问题。进一步对金属非金属露天矿山采场边坡监测技术的规范要求进行了简要论述。综合分析后提出,未来应基于区域形变和深部滑动力监测技术,以滑坡地质灾害远程实时监测预报技术及装备体系为研究方向。通过采用多源信息融合技术,以滑动力监测和边坡表面位移监测为主导,辅以其他监测方法,构成一个深部和浅部联合监测的立体网络系统。采用模块化设计方案,根据现场环境灵活增减监测子系统,可提高露天采场边坡稳定性监测预警的准确性与时效性。     

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。     

南芬露天采场楔形滑坡机理及滑动力监测预警分析

近些年,南芬露天铁矿开采深度越来越大,局部已经形成552 m高边坡(标高142~694 m)。由于主采场断面呈"V"字型展布,采场底部空间日益狭小,滚石和滑坡灾害有效避险空间丧失,严重威胁人员和机械的安全。针对上述问题,矿山启动了三期扩帮四期开采工程,受老滑坡体影响,下盘扩帮过程中连续3年发生了多次局部滑坡灾害。针对"2016-1101滑坡"深部滑动力监测预警曲线进行分析,结合现场调查,判断其滑坡成因和破坏模式;采用赤平极射投影法分析了滑坡发生机理和滑坡体安全系数;利用FLAC3D中的Fish语言构建了具有负泊松比特性的恒阻大变形锚索(NPR)数值分析模型,并对"2016-1101滑坡"进行数值建模分析,将实际监测结果和模拟结果进行对比,发现二者具有显著的一致性,为其他类似边坡的滑坡机理分析和数值模拟计算提供了理论和实践依据。     

深部井巷工程高预应力NPR耦合支护技术

深部煤炭资源是未来我国能源安全的重要保证,但受深部“三高一复杂”地质力学环境影响,深部井巷工程岩体大变形失稳问题日渐突出。为解决该问题,以支护-围岩相互作用为突破点,研发了具有高强度、高恒阻、大变形力学特性的系列NPR锚杆/索,构建了NPR锚杆的本构方程,并开展室内和现场综合力学试验,验证了NPR锚杆/索的独特力学特性;分析了NPR支护-围岩相互作用关系,推导了NPR支护岩体本构关系,阐明了采用NPR耦合支护后的开挖补偿力学效应,揭示了高预应力NPR耦合支护机理;结合大强煤矿实际工况,提出了深部泵房吸水井以NPR锚杆/索为核心的集约化硐室群NPR支护技术。数值分析和现场监测数据显示：高预应力NPR耦合支护技术可显著提高支护-围岩的承载特性,有效减小井巷工程岩体塑性区的分布及发展范围;支护后支护-围岩应力场趋于均匀化,围岩整体变形量减小68%以上,确保了深部井巷工程岩体的长期稳定。研究成果可为类似条件下的深部井巷工程稳定性控制提供借鉴。