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。     

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。     

含断层露天矿逆倾层状边坡稳定性数值模拟

平庄西露天矿西北帮为逆倾层状边坡,受坡体内F₃断层及弱层的影响,开采过程中存在滑动风险。为保障采剥作业安全,开展了西北帮边坡稳定性研究工作。选取西北帮断层区的典型工程地质剖面作为研究对象,应用有限差分软件FLAC^3D,基于强度折减理论,将D-P准则作为岩体破坏准则,以塑性区贯通作为边坡失稳判据,对平庄西露天矿西北帮F3断层区逆倾层状边坡稳定性进行了数值模拟研究。通过分析断层与边坡空间位置不同以及不含断层条件下西北帮边坡失稳破坏特征,揭示了F₃断层对西北帮边坡滑移模式与稳定性的影响。研究结果表明,F₃断层的存在及其位置控制了平庄西露天矿西北帮断层区边坡的潜在滑坡模式,进而影响了边坡的稳定性;滑坡的力学成因为岩体在自身重力作用下顺F3断层面滑移,进而挤压下部岩体沿MD弱层向临空面滑移,形成推动式滑坡;断层的存在会加速滑坡的进程,且断层距离边坡面越近,这种作用越明显。     

基于颗粒流理论的矿山岩质高边坡危岩稳定性分析

基于颗粒流理论,选择平直节理模型和光滑节理模型,建立了某矿山岩质高边坡危岩体的颗粒流模型。岩石力学试验的数值模拟结果显示平直节理模型可以很好的体现灰岩的脆性破坏特征。稳定性分析结果说明危岩体目前稳定性良好,分别表现为剪切滑移和拉裂倾倒破坏模式,其中剪切滑移型危岩的稳定性受层面与后缘陡倾节理的组合关系控制。拉裂倾倒型危岩的稳定性受后缘节理的贯通程度控制。     

露天矿软岩复合边坡变形机理分析

为研究露天矿软岩复合边坡的变形机理,以新疆某露天矿设有排土场的东帮复合边坡为研究对象,根据排弃高度、端帮与排土场距离两因素制定4种模拟方案,采用FLAC3D进行数值模拟,通过对4种方案的水平位移及监测点位移随时步变化的模拟结果进行分析,得出随着排土场排弃越高,排土场距东帮距离越远,边坡最大水平位移位置向边坡内侧移动;监测点位移随时间起初小幅波动,中期下降较快,后期平稳的变化趋势;变形过程中由于下部岩体对上部排土场的约束作用减小和排土场对下部岩体的挤压作用产生边坡变形连锁效应,加快边坡变形。对边坡变形机理从复合、软岩、开挖3个方面进行详细的分析,得出不同工况下边坡潜在滑移模式:拉裂-蠕滑、拉裂-切层-蠕滑、拉裂-切层-蠕滑-剪出。在失稳型边坡蠕滑机理基础上提出稳定型边坡蠕滑机理,主要包括初始变形阶段、减速蠕变阶段、等速蠕变阶段、减速蠕变阶段Ⅰ、减速蠕变阶段Ⅱ等5个阶段,并通过数值模拟对该机理进行了验证,稳定型边坡蠕滑机理对边坡滑移的预防具有一定指导意义。     

多弱层边坡破坏机理分析及形态优化

为了探讨多弱层边坡变形破坏机理,以某露天矿北帮边坡为例,综合分析以往勘探资料及研究成果,确定岩土体物理力学指标推荐值,并建立典型工程地质模型剖面。借助有限元软件分析边坡破坏机理,利用极限平衡法计算边坡稳定系数,并进行边坡形态优化。结果表明：多边坡破坏模式主要为沿弱层的“坐落—滑移式”滑动,易呈现多滑体滑动,弱层为破坏主控层;设计边坡稳定性沿弱层(1)(2)滑动存在不足,沿弱层(3)～(6)滑动存在富余;自上而下进行边坡角度优化,提出陡帮开采,提高煤炭回收率。     

基于极限平衡法和有限元法的边坡稳定性综合分析

为了研究软岩边坡弱层影响下的边坡稳定性,建立含有弱层的边坡模型,采用极限平衡法与有限元法模拟受弱层影响下的边坡稳定性,探讨多种评判指标,综合描述边坡稳定状态。结果表明,通过有限元法计算,保留弱层时,边坡稳定性系数小于1,边坡模型被剪切应变带贯通,在弱层中底部剪出,上部呈现滑移趋势,边坡破坏模式为滑移剪切式;清除部分弱层后,边坡稳定性系数大于1.3,剪切应变带未扩展贯通整个边坡模型;采用极限平衡法计算边坡稳定性,滑弧基本与有限元法的剪切应变带一致,从而验证计算模型的准确性。     

研山铁矿西帮反倾岩质边坡变形监测及数值模拟分析

针对研山铁矿西帮反倾岩质边坡开挖稳定性问题,建立了集成钻孔测斜仪、锚杆应力计、微震、高清摄像头等多种手段的坡内及坡表协同监测网,通过原位监测与数值模拟相结合的研究方法,对研山西帮反倾岩质边坡变形破坏机制进行了分析。结果表明:根据目前监测显示边坡仅14 m深度及以上有较小的位移变化,受降雨影响坡体内部出现明显的应力变化特征。微震事件时空分布情况及微震反演分析表明,高坡段为潜在失稳破坏区域,坡体浅层易形成拉裂松动趋势,微震事件呈现出密集—贯通性分布状态,但是沿坡脚发生切层滑移的可能性不大;根据数值模拟计算结果判断,边坡为拉应力主导的变形破坏,下部台阶受节理切割作用先发生拉裂破坏,上部台阶牵引式受拉发生倾倒破坏,整体边坡发生倾倒滑移变形。微震监测结果与数值模拟结果基本一致,研究成果对现场滑坡预警及工程防护有着重要的参考意义。     

井采影响下边坡岩体变形破坏规律研究

针对Ⅱ型露井联采,露天转地下开采的情况,对井采影响下边坡岩体变形机制、地表移动特征及其对边坡岩体强度的弱化等进行了探讨。安家岭露天矿西排土场北部变形区实例分析表明,受井采影响,边坡上部土体由于沉陷变形出现差异性拉张裂隙,形成主动下沉滑移段,前缘被动段以沿弱层滑移的水平位移为主,数值模拟结果与现场实际基本吻合。     

东明矿西帮复合边坡破坏模式及变形控制研究

为了研究复合边坡的破坏模式及变形控制技术等问题,对东明矿西帮复合边坡进行边坡稳定性分析。通过采用Midas GTS NX有限元数值模拟软件,基于有限元强度折减法和莫尔-库伦本构模型,分析控制前后复合边坡位移及剪切应变的变化规律。结果表明：复合边坡上部排土场边坡容易发生圆弧状滑坡,下部矿坑边坡容易发生坐落滑移式滑坡;且压脚变形控制技术对中下部被挤压软弱层的水平位移控制作用明显,极大削弱了复合边坡的整体剪切应变。     

基于多源数据的矿山边坡滑坡成因分析

针对某露天矿开采过程中边坡滑坡问题,采用无人机倾斜摄影测量与工程勘察联合调查的方式,基于多源数据对边坡滑坡的基本前兆特征及地质特征进行分析判断。结果表明,边坡滑坡的根本原因是开采形成高陡边坡后,边坡不良岩土体在应力重分布过程中向临空面方向产生塑性挤压变形,导致上覆岩层产生陡倾张裂隙;边坡滑坡变形的模式以蠕滑 拉裂的变形模式（表层蠕滑 后缘拉裂 潜在剪切面剪切）为主,破坏形式以滑塌为主;边坡潜在滑移面将在极软 软弱岩土层中发育;结合灰岩的分布特征判断,如边坡发生最终破坏,将以中浅层滑坡为主,滑动带深度多在20 m以内,滑坡后缘在新老裂缝发育区,剪出口位于+250 m平台以上。结果为边坡稳定性控制工作提供了理论依据。     

露天矿多软弱夹层边坡变形机理与形态优化研究

针对露天矿多弱层顺倾到界边坡形态设计问题,结合现场实际情况,通过对地质构造、岩层岩性、软弱夹层赋存情况等工程地质特征进行分析,基于刚体极限平衡理论与数值模拟的手段,研究了含多弱层-断层构造复合顺倾边坡的变形破坏特征、滑坡模式以及不同弱层对边坡稳定性影响程度;采用分段优化方式对到界边坡最终形态进行优化,确保了端帮到界开采过程中煤炭采出的安全高效,为类似边坡工程的滑坡防治提供参考。研究结果表明:露天矿含多弱层-断层构造复合顺倾边坡中,上部岩体含多弱层且岩层风化严重,强度较低,随矿坑深度增加,下部断层带处岩体对上部岩体的约束作用减小,露天煤矿端帮多弱层顺倾边坡的潜在滑坡模式为下部牵引致使沿弱层发生顺层滑动,软弱泥岩是滑坡的主控层,泥岩弱层和断层破碎带的相对位置关系是滑坡的主控因素;当F_5断层以上区段坡角为12°,F_5断层以下区段坡角为18°,整体坡角为14°时,边坡能够处于稳定状态。     

平朔东露天矿含软弱夹层高陡边坡变形破坏机理及治理措施

为探讨含软弱夹层高陡边坡变形破坏机理,以平朔东露天矿南帮变形区为例,依据以往工程地质资料及物理力学实验,确定其相关力学参数,并构建典型工程地质剖面;基于有限元法分析其破坏机理,利用极限平衡法计算边坡稳定系数,提出相应治理措施,并计算治理设计边坡稳定性.结果表明:含软弱夹层高陡边坡破坏模式主要为沿弱层滑动的"坐落-滑移式...     

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。     

安太堡露天矿边坡蠕滑区滑动机理与稳定性分析

针对安太堡露天矿西北帮边坡出现的蠕滑现象,介绍了边坡的工程背景和滑坡现状,结合位移监测数据,研究了边坡蠕滑区滑坡的主要形成因素和滑动机理,简述了蠕滑边坡的失稳预测方法。结果表明：露天矿边坡蠕滑区滑坡机理为前缘沿红黏土顺层持续蠕滑,后缘产生大量拉裂带,中部阻滑段最终被剪断导致边坡产生陡倾切层滑动;持续的强降雨是造成边坡滑坡的主要外在因素,不利的地形与地貌和地质特征与构造是导致边坡蠕滑变形的内在因素;可以通过判定边坡后缘拉裂带的裂缝深度对边坡失稳进行预测。运用基于有限单元法的MIDAS-GTS软件构建了边坡蠕滑区三维地质模型,采用强度折减法计算了边坡稳定系数,并进行了边坡的变形破坏分析和稳定性评价。结果表明：边坡天然状态下稳定系数为1.06,整个边坡蠕滑区处于临界破坏状态;边坡蠕滑区位移自上而下逐渐减小,坡顶最大位移达到0.43 m,位移变化最显著的区域分布于红黏土层,说明其发生了蠕滑变形,并形成了剪切破坏带,与坡顶拉裂带有贯通的趋势,滑坡的可能性较大,应该采取必要的工程防治措施。     

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.     

斜交断层影响下露天煤矿顺倾层状边坡稳定性研究

断层对露天矿边坡滑移模式及稳定性的影响极为复杂,为矿山安全生产带来严重威胁;尤其在断层与顺倾弱层共同影响下,会发生滑坡事故。基于现阶段研究成果侧重于断层倾角、厚度、产状、断距等地质特征对边坡稳定性的影响,对于断层与顺倾弱层共同影响下边坡滑移模式及稳定性的研究相对较少。为探究断层形态对顺倾层状边坡滑移模式及稳定性的影响,以元宝山露天矿东帮边坡为工程背景,应用现场调研、理论分析、数值模拟等方法探明了该矿东帮边坡工程地质特征,建立了边坡三维地质模型,并通过改变断层倾角以及断层走向与边坡走向交角2种方式描述断层空间位置,同时基于数值模拟分析结果从边坡滑移模式的角度阐明断层影响下边坡稳定性变化规律。研究结果表明:当断层倾角介于50°～65°时,边坡滑移模式为剪切圆弧—断层—弱层构成的组合破坏,稳定系数随断层倾角增加逐步增大,当断层倾角大于65°时,边坡滑移模式为剪切圆弧—弱层构成的组合破坏,稳定系数不再改变;当走向交角介于30°～70°时,边坡滑移模式为剪切圆弧—断层—弱层构成的组合破坏,稳定系数随走向交角增加而增大,当走向交角大于70°时,边坡滑移模式为剪切圆弧—弱层构成的组合破坏,稳定系数不再发生变化。     

不同井采方向边帮煤开采边坡稳定性及控制措施北大核心

边帮煤回采过程中边坡岩体会经历复杂的力学衍变过程,涉及原岩应力变化、变形破坏区扩展、边坡稳定性等问题;因此,选择合适的回采方向和有效的控制措施对于边帮煤回采边坡稳定性至关重要。提出采用顺坡和逆坡对边帮煤进行回采,在回采的基础上提出回填压脚和逆坡回采局部充填2种方案对边坡稳定性进行控制。研究结果表明:边帮煤回采边坡变形破坏及稳定性与回采方向有关,顺坡回采采场岩体破坏区发育强度和深度比逆坡回采弱,整体稳定性较好,逆坡回采边坡稳定性会发生衰减致使平盘存在剪切失稳现象,且回采工作面长度小于顺坡回采,因此顺坡优于逆坡回采;根据顺坡和逆坡2种回采方案边坡变形破坏区发育及稳定性状况提出回填压脚和逆坡回采局部充填方案对边坡稳定性进行控制,回填压脚可以改变边坡原有结构形态,使边坡内部岩体运移状况得到缓解,达到控制破坏区发育的目的,逆坡回采局部充填,可以对边坡内部变形破坏的岩体形成有效支撑,达到遏制破坏区扩展的效果,减缓边坡平盘因工作面回采所造成的破坏,直至达到控制边坡稳定性的效果。     

露天煤矿端帮张裂缝对边坡稳定性的影响

为了保证露天煤矿含有拉裂缝端帮边坡的安全可靠性,研究分析了拉裂缝发育程度对边坡稳定性的影响规律。总结发现:竖直拉裂缝的出现会导致边坡的安全系数大幅度降低,随着裂缝深度的增加,监测点的位移量也一直在随之增加,安全系数一直呈现降低趋势,但是二者的变化幅度都在减小。根据边坡滑动破坏特点发现是由于裂缝深度增加,使得滑体下部剪切破坏段的长度也在增加,因此受剪切作用的岩体范围增大,所以下部岩体的抗剪切能力在提高。最后针对顺兴露天矿当前工况条件对西端帮提出了锚索加固结合挂网喷浆防护的治理措施建议,防止裂隙继续向下部岩层延伸扩展。并建议在端帮上裂隙的控制区域进行GPS监测,实时监测边坡的动态变化。     

多层结构模型在节理岩体力学分析中的应用

运用多层结构模型来分析节理岩体的力学特征,在简要介绍多层结构模型弹粘塑性理论的基础上,制定了反映多层结构模型特点的非线性算法,编制了相应的有限元程序。程序中考虑了节理岩体一般均沿节理面受拉开裂或剪切滑移的定向破坏特点,能够反映节理岩体各向异性以及主应力旋转所导致的塑性变形。最后,给出了相应的算例,并运用该模型分析了含有两组节理的岩质边坡的变形及破坏特征。