爆破扰动下顺层岩质破碎高陡边坡的稳定性监测与数值分析

高陡顺层岩质边坡历来是国内外学者重要的研究内容,高陡顺层岩质边坡稳定性对于露天矿山的安全建设具有重要意义。因此针对某露天矿山终了顺层岩质边坡的稳定性进行了研究,旨在分析该矿山顺层岩质边坡在爆破扰动下的稳定性,通过采用室内岩石力学试验、爆破振动监测法以及数值分析法对该矿山两种爆破条件对顺层边坡的扰动进行了全面的研究。研究结果显示,在两种爆破条件下,顺层边坡结构面处的位移均呈现出由上至下逐渐增加的趋势,且超过结构面一半时,位移显著增加,且当主爆区爆破时,在爆破扰动下,边坡的安全系数为1.66;当预裂孔爆破时,边坡的安全系数为1.61。说明越靠近顺层边坡的结构面时,边坡的稳定性受爆破的影响越敏感,且在主爆区的频繁爆破扰动下,边坡的稳定性已经受到影响,因此在越靠近结构面的预裂爆破起爆后,边坡的稳定性会降低,但根据安全系数的计算结果可知,不同爆破条件下边坡均处于稳定状态。此项研究为该矿山的设计提供了宝贵的理论依据,为今后矿山的设计、生产均提供了可靠的指导。     

劣化扰动因素下顺层岩质边坡稳定性及优化设计研究

顺层岩质边坡受天然地质构造影响,其稳定性相对较差。然而在暴雨、爆破和地震这些强大的劣化因素影响下其稳定性受到更大的威胁。因此以强度折减理论为基础,采用数值模拟的方法对某矿山顺层岩质终了边坡的稳定性进行了分析。研究该矿山在暴雨、爆破和地震3种工况下,拟设计方案和两种优化方案的顺层终了岩质边坡的滑动面位置、边坡的横向变形和应力变化规律。结果表明:地震对该矿山顺层边坡的稳定性影响最大,且在拟设计方案条件下边坡的安全系数低于规范值,边坡处于不稳定状态;通过对该矿山顺层边坡的优化研究,最终得出该矿山最优的设计方案。     

爆破振动载荷对露天边坡稳定性影响数值模拟研究

边坡稳定性是影响露天矿山安全的重要因素之一,关系着矿山的人员财产安全,而矿山日常生产中的爆破活动又是影响边坡稳定性的重要因素之一。通过对某矿区进行现场工程地质调查等获得了边坡岩体力学参数,同时,采用强度折减法,利用FLAC3D软件,对矿区4个分区边坡在爆破振动荷载下的稳定性系数进行了分析计算。计算分析结果表明,此矿山在爆破振动荷载工况下各分区边坡的稳定性系数均大于许用安全系数,处于稳定状态。     

基于赤平投影-强度折减法的露天矿边坡稳定性研究

露天矿山边坡稳定性是矿山安全生产的重要组成部分。基于赤平投影法对某矿山终了边坡进行稳定性分析,分析表明边坡在动载的作用下存在失稳的可能;故进一步基于强度折减法对边坡进行数值模拟。模拟结果显示:在爆破工况下,选取的剖面所在边坡安全系数分别为2.16和2.54,均大于允许安全系数1.18,地震+暴雨工况下安全系数分别为1.34和1.52,也大于允许安全系数1.18,即终了边坡处于稳定状态。但由于地震+暴雨工况下安全系数与允许安全系数较为接近,因此需在矿山生产过程中密切关注边坡的稳定性情况。     

爆破振动作用下台阶边坡的动力响应及稳定性分析

运用FLAC^3D软件建立了某含夹层的双台阶顺层边坡数值模型, 分析了爆破振动作用下边坡动力响应规律, 并根据爆破后的塑性区分布图、剪应变增量图、水平方向位移云图对边坡的破裂面进行了分析, 研究了关键点位移、最大拉应力、抗剪屈服函数对边坡稳定性的影响, 结果表明, 随着爆心距增大, 振动幅值衰减规律为近大远小, 坡面以及坡内局部存在高程放大效应; 夹层影响着边坡动力响应规律, 爆心距相近时, 夹层之下的振幅大于其上的振幅; 夹层影响着边坡的变形和破坏方式, 分析岩体内部各点的最大拉应力和抗剪屈服函数可知, 对每级台阶而言, 坡脚是最容易受拉和受剪破坏部位, 坡顶后缘容易受拉破坏; 边坡动力稳定性可以通过对剪出口附近监测点的水平位移时程曲线进行判断, 发散则失稳, 收敛则稳定。研究结果对矿山边坡的减震与防护有一定指导意义。     

竹仔岭花岗岩矿边坡稳定性研究

针对某采石场边坡局部崩塌现象,考虑自然工况、爆破工况以及地震工况,基于Midas GTS软件,利用两种有限元分析方法(强度折减法、应力分析法)以及两种极限平衡分析法(Spencer法、Morgenstern-Price法)对边坡稳定性进行分析并计算边坡安全系数,不同的分析方法相互验证。结果表明,爆破振动力和地震力均使得边坡最小安全系数降低,地震力影响更大。各工况下边坡最小安全系数均符合规范要求,边坡处于稳定状态。同时根据矿山实际情况给出了针对性的防治建议。     

稀土矿山土质边坡稳定性分析

为了分到某稀土矿山土质边坡的稳定性,采用Roc-slide极限平衡分析软件,分析了边坡在"自重+地下水"、"自重+地震+地下水"两种计算工况条件下的稳定性。分析结果表明:某稀土矿山土质边坡在"自重+地下水"条件下稳定性较好;在"自重+地震+地下水"工况下属于基本稳定状态。为避免边坡发生灾害,提出了针对性的防护措施。     

基于强度折减法及雷达探测法的破碎岩质边坡的稳定性研究

露天矿山断层破碎带附近的终了边坡的稳定性是矿山开采过程中重点研究对象,也是近年来国内外学者所研究的重要地质灾害之一。为了研究某矿山岩质破碎终了边坡的稳定性,以强度折减法为计算核心,采用雷达探测法提供基础岩体数据,并通过室内岩石力学试验法和结构面检测法等综合技术手段对该矿山两处破碎带（Ⅰ-Ⅰ剖面和Ⅱ-Ⅱ剖面）的岩体性质及边坡的稳定性分别进行了研究。结果显示: Ⅰ-Ⅰ剖面和Ⅱ-Ⅱ剖面的岩体力学参数均相对较低,但是边坡的整体性相对较好,且通过三维数值计算得出两个剖面的最大剪应变的变化均不大,且两剖面最大剪应变的位置均出现在终了边坡的底部,边坡的上部和中部均没有产生大量的应变集中现象;通过对该矿区进行数值计算得出两处破碎带随着矿区的开采,台阶坡面角设计为60°时,边坡的安全系数分别为1.61和2.41,两个边坡均处于稳定状态。     

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.     

丁山矿区边坡工程地质特征及稳定性评价

为探究马鞍山丁山矿区露天边坡的稳定性,通过调查工程地质和水文地质条件,基于赤平投影分析法,发现北侧边坡Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区局部存在崩塌迹象。采用不平衡推力法,计算北侧边坡各区在天然工况、降雨饱和工况和地震工况下的稳定性系数,认为Ⅰ、Ⅲ区岩质边坡在各工况下整体处于稳定状态,Ⅱ区滑坡在天然工况下处于欠稳定状态,在暴雨、地震工况下已处于不稳定状态。研究结果为矿山边坡生态恢复设计和生产建设提供参考。     

基于FLAC3D软件的极端恶劣环境下边坡稳定性分析

为了评价某西藏露天矿边坡在极端恶劣条件下的稳定性,以矿区边坡A-A剖面为典型研究对象,通过岩土力学室内试验和经验类比法确定岩体力学参数,采用ANSYS软件建立矿区边坡A-A剖面的计算模型,然后加载积雪和地震荷载,运用FLAC3D软件分析边坡的位移、剪应变增量和塑性区大小。结果表明：在开采过程中碎石土区域最大累计位移约为84.6 mm,岩质台阶面部位剪应变增量很小,为0.001以下,碎石土台阶边坡局部区域最大剪应变增量小于0.009 36,岩质台阶面部位以及碎石土边坡区域无塑性区,整体边坡以及局部碎石土区域台阶边坡稳定;在积雪和地震工况作用下,最大累计位移约为366.8 mm,岩质台阶面部位剪应变增量很小,为0.01以下,碎石土台阶边坡局部区域最大剪应变增量小于0.082,岩质台阶面部位有少量塑性区,碎石土边坡区域出现了较大的塑性区,其稳定性有所降低,但整体边坡仍能保持稳定。     

爆破振动对顺层岩质边坡稳定性的影响

根据顺层岩质边坡爆破开挖后产生层裂和后裂的特点,提出了在顺层岩质边坡附近爆破时的边坡稳定系数计算方法,并以渝怀铁路顺层边坡岩体的实测数据为基础,进行爆破地震作用下顺层岩质边坡的稳定性分析。计算结果表明,爆破作用导致边坡自稳能力降低,其降低幅度达54%,据此提出了顺层边坡岩体的爆破开挖方法以及相应的防护措施。为顺层岩质边坡爆破的优化设计提供了理论依据。     

冲击荷载下层状砂岩变形破坏及其动态抗拉强度试验研究

针对层状砂岩的各向异性,探究了冲击荷载作用下层理角度对层状砂岩变形破坏的影响规律。加工制作了含软弱层理的砂岩标准试件,利用霍普金森杆试验系统进行了不同层理倾角下的砂岩动态巴西圆盘试验,并结合数字图像相关方法获得了圆盘试件变形场的演化云图。从破坏结果看,层理面与加载轴线之间的夹角对层状砂岩的变形破坏有显著影响。当软弱层理平行于加载轴线时,圆盘试件在加载端处首先产生应变集中,并随着冲击加载的作用迅速沿层理扩展,最终表现为从圆盘试件加载端向非加载端呈弧线形断裂的特征;当软弱层理垂直于加载方向时,圆盘试件中间首先形成多个应变集中区,表现为在加载轴线与软弱层理相交处萌生多个微裂纹,并在冲击加载的作用下微裂纹沿加载轴线不断相互贯通,最终形成径向扩展的宏观裂纹;当软弱层理面与加载方向成45°时,圆盘试件在加载端处首先沿层理方向形成显著的拉剪应变集中区,由于层理介质的抗拉强度和抗剪强度均低于砂岩基质体,因而表现为试件在拉、剪复合应力的共同作用下从加载端处产生多条沿层理面扩展的裂纹。从试验结果中还可以看出,在相同加载速率下,垂直层理试件的强度最高,水平层理试件的强度最低,倾斜层理试件的强度介于水平层理试件和垂直层理试件之间。随着加载速率的提高,不同层理方向的砂岩动态抗拉强度均呈线性增长的特征,但与无层理砂岩相比,含软弱层理砂岩的动态抗拉强度对加载速率的敏感程度较低。此外,层理角度对砂岩的开裂应变有较大影响,受剪应力的影响,倾斜层理砂岩的开裂应变高于垂直层理砂岩。     

结构面参数对顺层边坡破坏模式的影响规律

基于岩质顺层边坡的离散元仿真模型,研究了结构面各参数（黏聚力、内摩擦角、刚度、倾角、间距）对边坡稳定性的影响,明确了其对边坡安全系数及破坏模式的影响规律。采用正交试验的极差分析原理,探讨了各结构面参数对边坡稳定性影响的显著程度,明确了结构面各因素对边坡安全系数影响的显著顺序。研究表明,随着结构面强度的增大,边坡安全系数在一定范围内呈线性增长,且边坡的破坏模式从顺层滑移逐渐转变为滑移-弯曲破坏模式;随着结构面刚度和结构面间距的增加安全系数变化幅度很小,其最大变化率仅为6.6%和3.6%,边坡破坏模式主要为滑移式破坏。随着结构面倾角的增大边坡安全系数表现为减小-增大-减小的趋势,破坏模式由滑移式破坏变为滑移-溃曲破坏最后变为倾倒破坏;结构面黏聚力对边坡稳定性影响最大,结构面刚度影响最小。     

含孔洞层状砂岩动态压缩力学特性试验研究

隧道、矿山巷道和硐室等地下岩石工程中揭露的层状岩体往往具有不同的产状,层理弱面的方向与主要动荷载作用方向存在多种组合,相应的动态各向异性力学特性和变形破坏特征对地下岩石工程安全稳定具有至关重要的影响。针对冲击载荷下倾斜层状岩体中巷道围岩稳定性问题,选取一种层理构造显著的黄砂岩,其中层理倾角φ为层理面与加载方向之间的夹角,加工制备倾角分别为0°,15°,30°,45°,60°,75°和90°的7组预制中央圆形孔洞板状试样(尺寸为宽度60 mm×高度60 mm×厚度15 mm),在75 mm杆径分离式霍普金森压杆(SHPB)试验平台上进行冲击压缩试验,并使用高速摄影仪实时记录试样动态裂纹扩展演化过程,研究不同层理倾角条件下预制中心孔洞层状岩石的动态力学参数、裂纹扩展演化过程及最终破坏模式等动态压缩力学特性变化规律。结果表明,峰值应力处试样破坏的峰值应变在0. 008 1～0. 012 37变化,随着层理倾角的增加,试样动态抗压强度、弹性模量及峰值应变整体均呈先增大后减小的变化规律;初始起裂裂纹总是从孔洞周边压应力集中处萌生,随后逐渐形成宏观裂纹,宏观裂纹为剪切裂纹或拉剪复合裂纹;倾角0°试样发生局部沿层理和局部穿越层理的复合张剪破坏,倾角15°～45°试样发生局部沿层理和局部穿越层理的剪切破坏,倾角60°～90°试样最终发生穿越层理的类X型剪切破坏;利用正交各向异性板理论计算孔洞周边应力分布,发现随着层理倾角的增加,孔洞周边应力集中系数的峰值也逐渐增大,且层理倾角为0°,15°,30°,45°的试样孔洞周边最大压应力出现在θ(θ为孔洞周边任意一点的极角)为74°,81°,86°,90°及关于原点中心对称的254°,261°,266°,270°处,同时试验中观测到相应的层理倾角试样分别在88°,85°,79°,70°及关于原点对称的271°,264°,262°,252°处萌生剪切裂纹,与理论分析结果吻合较好。层理方向与冲击载荷平行时,层状岩体中巷道围岩对冲击载荷的承载能力最弱。针对钻爆法分台阶开挖硐室或爆破施工中存在近距既有巷道,应合理布置爆破载荷的方向,避免层理方向与爆破载荷之间的夹角过小而导致巷道失稳。     

司家营露天矿边帮潜在破坏模式分析及重点区域治理方案

利用RG电视测井仪和3GSM三维岩体不接触测量技术,对采场进行了矿岩体裂隙和结构面数字摄影测量, 分析了边坡岩体结构面特征。以典型剖面为例进行了滑坡赤平极射投影运动分析, 对采场边坡潜在破坏模式进行分区, 结合FLAC^3D软件的矿区边坡整体及重点区域稳定性分析结果, 提出了适用于该矿山的边坡加固方案, 并通过数值计算分析确定具体优化参数及最终境界锚固方式。研究结果表明:矿区东帮 N24~N28线为重点治理区域, 其主要破坏模式为顺层滑移, 即平面破坏模式, 原有加固方式存在优化空间。     

爆破岩体边坡稳定性分析

通过对岩体边坡产状与结构面产状关系的变化分析,表明爆破后的边坡的稳定性随地形的变化而不断变化。文中讨论了岩体结构面的走向、倾向、倾角与边坡稳定性之间的相互关系,最后对爆破施工与地质条件的关系作进一步阐述。