降雨对露天煤矿排土场边坡稳定性的影响分析

为研究降雨对煤矿排土场边坡的影响,根据石圪图露天煤矿的实际情况,首先采用Bishop法和Spencer法对在自然状态下排土场边坡局部、整体稳定性及可能存在的排弃物料内部圆弧滑动和沿基底滑移模式分别进行了定量的安全评估。通过数值模拟分析排土场边坡在非降雨条件下的稳固情况,随后在确定边坡渗流模型的边界条件下,根据Geo-studio软件多个模块对排土场在不同降雨类型条件下的孔隙水压、位移、稳定系数等进行分析。结果表明,在自然状态下石圪图露天煤矿排土场边坡稳定性良好;在受不同降雨类型影响下,排土场边坡孔隙水压会随着降雨时间的增加而表现出明显变化,并在土体体积含水率稳定后趋于稳定;其中3种降雨类型会使排土场边坡安全系数小于安全储备系数1.45,存在滑坡的可能。     

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。     

软弱夹层物性特征对排土场边坡稳定性的影响研究

软弱夹层作为边坡岩体系统的薄弱环节,对控制边坡的稳定性具有关键作用。为研究软弱夹层的物性特征对排土场边坡稳定性的影响,以河曲旧县露天煤矿为工程背景,分别计算了天然状态、饱水状态、含软弱夹层时边坡的稳定性;基于此,探讨了软弱夹层赋存深度、倾角、厚度等物性特征对边坡稳定性的影响。结果表明:天然状态下排土场边坡处于稳定性状态,饱水状态下边坡稳定性处于基本稳定状态,边坡含有软弱夹层时稳定性难以得到保证;软弱夹层的存在会改变排土场边坡的潜在滑移面形态,由圆弧形破坏向上部类圆弧下部斜线的破坏形态转变;随着软弱夹层深度的增加排土场边坡安全系数逐渐增加,且存在临界深度;边坡安全系数随着软弱夹层倾角的增加逐渐降低,呈一次函数关系;边坡安全系数随着软弱夹层厚度的增加逐渐降低,呈二次函数关系。     

暴雨作用下排土场平台-边坡系统土壤侵蚀过程模拟研究

煤炭开采过程中会形成平台岩土紧实、边坡高陡松散的排土场,是露天煤矿土壤侵蚀最为严重的区域。排土场紧实平台的汇流作用是坡面径流侵蚀的主要动力,平台前缘出现的土体裂缝更是为地表径流涌入排土场提供优先路径,极大程度地增加排土场崩塌、滑坡、泥石流等水土流失灾害发生的可能性。研究降雨和微地形对排土场平台-边坡系统土壤侵蚀的作用机制可为露天煤矿排土场水土流失防治提供科学依据。以内蒙古胜利东二号露天煤矿南排土场为研究对象,利用相似模拟原理和土体裂缝等效模型建立排土场平台-边坡室内模型,采用人工模拟降雨试验研究不同降雨强度(90,120,150 mm/h)和土体裂缝深度(5,10,15,20 cm)条件下排土场平台-边坡系统土壤侵蚀演变过程、产流产沙特征和侵蚀沟形态特征。结果表明:排土场平台-边坡系统土壤侵蚀演变过程分为土壤溅蚀与面蚀、裂缝充水与坍塌、细沟侵蚀、裂缝贯穿、坡肩垮塌和稳定阶段6个阶段,土壤侵蚀过程是水力侵蚀和重力侵蚀共同作用的结果。当裂缝深度为5,10,15,20 cm时,排土场径流量依次为23.41,58.70,35.24,75.95 L,侵蚀量依次为3.79,19.66,23.01,34.57 kg;随着降雨强度的增大,径流量和侵蚀量均增大;当降雨强度为90 mm/h、裂缝深度为10 cm时,排土场在侵蚀前期形成泥流,其含沙量高达1.03 kg/L。排土场平台-边坡系统径流量和侵蚀量是土体裂缝和降雨强度共同作用的结果,其交互作用与径流量和侵蚀量达到显著和极显著水平。不同降雨强度和裂缝深度条件下,各时段土壤侵蚀量依次为对照的1.94～4.56,2.07～63.19,4.98～34.54,5.84～53.98,6.31～74.64,38.78～176.25倍,呈现多峰多谷的变化规律。随着降雨强度和裂缝深度的增大,排土场侵蚀沟数量减少,侵蚀沟长度、宽度和深度增大,溯源侵蚀越严重。     

降雨入渗作用下排土场边坡动态稳定性分析

在排土场边坡设计中,通常采用传统的稳定性计算理论,仅考虑固体和饱和静水的作用,而没有考虑降雨入渗对坡体内非饱和带孔隙水压力变化的影响,即基质吸力变化对土体强度的影响,从而计算的安全系数偏高,很容易造成雨季排土场边坡失稳。为解决此问题,借助非饱和土力学理论,采用数值模拟降雨入渗时间域内基质吸力的分布状态,得到土体抗剪强度随降雨入渗的实时值;然后采用弹塑性有限元计算方法,得出边坡应力状态的力学响应;最终用应力有限元法计算整体排土场边坡随降雨入渗的动态稳定性安全系数。计算过程采用己被非饱和土力学界认可的GEO-Studio系列软件实现。计算结果表明,排土场边坡安全系数随降雨入渗基质吸力的降低而降低,随着蒸发作用基质吸力增大而增大。因此,在排土场设计时,要考虑降雨工况作用下的安全系数作为设计安全系数,并且在边坡坡顶和坡面设置截排水沟,有组织地将雨水排出排土场界限以外,进而保证排土场边坡的安全稳定性。     

降雨-堆载耦合作用下深厚填土边坡稳定性分析

以湖北咸宁某深厚填土边坡为工程背景,采用Geo-studio数值模拟软件,进行了降雨-堆载耦合作用下深厚填土边坡稳定性数值模拟分析,研究了降雨作用下边坡内部孔隙水压力分布特征,探究了降雨持续时间及坡顶堆载对边坡稳定系数的影响规律,结果表明：初始边坡在降雨及坡顶堆载条件下处于欠稳定状态,且边坡稳定系数随着降雨时间的增加逐渐减小,与降雨因素相比,坡顶堆载对该处边坡稳定性影响更大。据此提出了刷坡减载及防水护坡的边坡防护方案,边坡稳定性数值模拟分析结果表明处理后边坡稳定性较好,满足建筑工程要求,同时也验证了数值分析结果的合理性和有效性。     

长历时降雨对高陡边坡排土场渗流影响分析及稳定性研究

高台阶排土工艺使得排土场呈现高陡边坡趋势,降雨则是诱发高陡边坡滑动的一个重要因素。以某多雨地区高陡边坡排土场为例,开展了长历时降雨条件下渗流演化规律及稳定性影响分析。研究表明：排土场堆积高度越大,降雨对内部孔隙水压力分布的影响越小;排土场稳定性在不同降雨时期受深层和浅层2种不同的滑动方式控制;降雨引起抗滑稳定系数的降低速率大于停雨后安全系数的升高速率。     

排土场软弱夹层厚度与降雨量耦合的稳定性研究

根据刚果(金)排土场边坡实际情况,以软弱夹层厚度与降雨量为变量,进行了两者耦合与边坡安全系数的影响研究,基于Geostudio-SEEP/W、SLOPE/W模块的计算能力,应用Bishop方法计算了在不同夹层厚度、不同降雨量下的边坡最小安全系数,同时进行了排土场边坡的滑动面分析及渗流分析。研究表明:降雨量增加,水位逐渐上升,抗剪强度减弱,安全系数逐渐降低;软弱层厚度增加,滑面半径增大,抗滑力减小,安全系数减小,降低速率大于降雨。     

非饱和土边坡渗流特性和稳定性研究

基于某实际边坡工程,利用有限元软件对该工程进行模拟,研究了地下水位变化和降雨入渗对边坡稳定的影响。主要得到以下结论:在边坡水位上升过程中,边坡稳定性系数首先缓慢变小,随后快速变大;在水位上升高度一致的情况下,边坡的最终稳定性系数随着水位上升速率的增大而增大。在边坡水位下降过程中,边坡的稳定性系数首先迅速减小,随后逐渐增大并趋于稳定;当下降水位的高度一定时,水位下降越快库岸边坡的最终稳定性越差。边坡的稳定性随着降雨强度的增大越来越差,且边坡稳定性系数下降速率也越来越大;边坡的稳定性系数随着降雨时长的增大而减小。     

降雨入渗条件下大型排土场边坡稳定性分析

为研究降雨入渗条件下排土场边坡稳定性,以某大型排土场为工程背景,通过室内土-岩散体渗透试验与直剪试验获取岩土堆积体力学参数。借助有限元软件,采用应力-渗流-边坡耦合模拟分析该排土场边坡在最大降雨量为360 mm/d,降雨时长分别为6 h、12 h、18 h与24 h条件下的排土场孔隙水压力与地下水位渗流场分布特征。研究了不同降雨时长下的安全系数时变规律,研究成果可为类似排土场的边坡稳定性评价提供参考。     

不同雨型下降雨入渗及其对排土场边坡稳定性影响研究

降雨入渗是影响边坡稳定性的重要因素,以某矿山排土场高陡边坡为研究对象,基于饱和-非饱和渗流理论研究了不同雨型降雨条件下边坡渗流场的变化特点;采用非饱和土强度准则与极限平衡法对边坡的稳定性进行分析。结果表明：不同雨型降雨入渗时,边坡暂态饱和区的范围不同,后峰型最大,等强型最小;不同雨型降雨条件下对边坡稳定性的影响程度亦不同,后峰型降雨对边坡稳定性影响较大,等强型降雨对边坡安全系数的影响相对较小。     

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。     

考虑降雨入渗影响的土体边坡稳定性有限元分析

基于饱和-非饱和渗流理论,对模型边坡在设计降雨方案条件下的饱和渗透系数、降雨强度、降雨历时及边坡坡度的大小对土体边坡安全系数的影响规律进行了研究。研究结果表明:随边坡饱和渗透系数增大,边坡安全系数逐渐降低,但当渗透系数增大到一定程度时,边坡安全系数变化幅度逐渐趋于平缓;随降雨历时增长,安全系数在降雨开始到降雨停止后一段时间内都表现出逐渐降低的趋势,随后安全系数又随时间增长而开始缓慢增大;不同坡度状态下边坡安全系数都随降雨历时增长而变化,其对边坡安全系数的影响大于降雨对边坡安全系数的影响。     

降雨入渗对砂质边坡变形和稳定性的影响

基于砂质边坡的数值仿真模型,研究了降雨入渗对边坡稳定性和变形的影响规律。研究发现:边坡安全系数随着降雨持续时间和强度的增大呈现降低的趋势,随着边坡角度、高度的增加而减小,随着内摩擦角、黏聚力的增加而增大;而边坡高度和坡角对边坡滑动深度影响较小;土体内摩擦角大的边坡容易发生浅层滑坡,黏聚力大的边坡容易发生深层滑坡。随着降雨持时的增加,在边坡坡脚位置水平位移产生突变,为边坡最容易剪切滑出位置。抗滑桩的抗剪承载力越大边坡安全系数就越大,但承载力大的抗滑桩会加深滑裂面的位置;抗滑桩在加固位置位于边坡中下部时的安全系数比设置在上部时增加2%~5%。因此,在不改变危险滑裂面的情况下,合理设计抗滑桩强度可以提高边坡安全系数。     

分层排土场边坡降雨入渗过程及稳定性分析

针对岭南沿海地区露天矿山排土场边坡分层特征,基于分层边坡降雨入渗模型,计算在一定降雨强度下雨水入渗深度,采用有限元强度折减法计算得出安全系数,结合工程实例,用数值模拟确定不同降雨入渗条件下的体积含水率、降雨入渗深度以及安全系数的变化,进行边坡稳定性分析.结果表明:降雨强度与渗透系数的关系对土体体积含水率的分布影响显著,...     

考虑降雨因素的废石堆场边坡稳定性研究

针对凡口铅锌矿废石堆场在降雨作用下可能失稳滑坡的问题，采用FLAC^3D数值模拟方法对比分析了考虑50年一遇降雨条件和不考虑降雨条件下废石堆场边坡的稳定性，并模拟了削坡处理对边坡稳定性的影响。结果表明，降雨会明显增加废石堆场边坡失稳风险，不考虑降雨条件下最大安全边坡角度为43°，考虑降雨条件下最大安全边坡角度为37°，削坡处理后边坡安全系数在降雨条件下达到1.43，表明削坡处理后边坡稳定性良好。     

基于有效降雨量的排矸场边坡稳定性分析

降雨对排矸场边坡的稳定性有重要影响,研究降雨入渗过程中排矸场边坡材料物理力学性质的变化,可以更好地确定降雨对排矸场稳定性的影响程度。本文通过分析排矸场的降雨入渗过程,确定了基于湿润峰推进距离的边坡入渗降雨量计算方法。考虑到降雨入渗的时间效应和累计作用,提出了利用有效降雨量确定连续降雨下边坡雨强的估算方法。通过对Bishop方程和Vanapalli方程的对比分析,确定了降水作用下矸石材料的强度计算方法。基于上述理论对降雨作用下王家岭选煤厂排矸场的稳定性进行了分析。计算结果表明:随着降雨量的增大,矸石的湿润峰逐步加深,材料的基质吸力从上到下逐步降低;边坡的稳定性系数随降雨量的增大也在不断降低,当降雨量大于90mm/d时下降速度会加快。结合排矸场近10年的降水数据,计算出排矸场边坡在最大有效降雨量下的稳定性系数为1.2。分析结果表明:此排矸场边坡的稳定性较好,现有降雨条件不会导致边坡失稳破坏。