流固耦合作用下含缓倾软弱夹层边坡稳定及参数敏感性研究

含缓倾软弱夹层岩质边坡中,存在应力场、渗流场等多场相互作用。由于不同区域缓倾软弱夹层形成的地质条件和组成成分不同,导致软弱夹层力学参数各异,在渗流场和应力场耦合作用下软弱夹层力学性质相对于自然状态亦会产生变化,因此流固耦合作用下缓倾软弱夹层参数特征的研究成为边坡稳定性分析与治理工作中需要进一步研究的问题。为探求流固耦合作用下含缓倾软弱夹层典型相关参数对岩坡稳定性的影响程度,以四川省金顶黄山石灰石矿山边坡为研究对象,基于强度折减法和流固耦合理论对边坡进行稳定性分析,选取软弱夹层倾角、厚度、内摩擦角及黏聚力设计正交试验,并采用极差分析和单因素分析法对各参数在边坡稳定性分析中的敏感性进行研究。研究结果表明:在流固耦合作用下,软弱夹层厚度越大、黏聚力越高,边坡稳定性不一定越好;软弱夹层倾角越小、内摩擦角越大,边坡越趋向于稳定。     

基于灰色关联度的露天矿边坡稳定性分析

为了对露天矿边坡稳定性进行客观研究,选取了黏聚力、内摩擦角、坡高、坡角、地应力5个影响边坡稳定性的因素构成评价指标体系,以边坡A、B、C的样本数据为参考,引进灰色关联度理论对露天矿边坡稳定性进行定量分析。结果表明:利用灰色关联度理论对样本A、B、C边坡稳定性的评价结果与露天矿实际情况一致,为今后露天矿边坡稳定性分析提供了一种新思路。     

基于泥岩弱化的顺倾边坡失稳机理探究

在泥岩遇水软化的理论基础上,设计了不同含水率泥岩试样的剪切试验,深入探讨了泥岩软化过程中力学指标黏聚力和内摩擦角的变化规律;结合缓顺倾边坡失稳机理分析,推导出了安全系数表达式,揭示了泥岩强度变化对整体边坡的影响规律。结果表明:随着含水率的变化对泥岩的黏聚力和内摩擦角呈现出类似的变化规律,但是有所区别;黏聚力在试样含水率达到30%及以上时,才表现出下降趋势;而摩擦角从含水率25%就表现出来较为明显的衰减;煤层顶板泥岩的强度变化对整体边坡的稳定性起着关键作用,因此将硬岩之上可弱化层称之为关键弱层。     

基于Bishop法的露天矿边坡稳定分析与实现

为了提高Bishop法在露天矿边坡稳定分析中的准确性,根据圆弧滑动的数值解研究,提出了一种更为合理的最危险圆弧滑面搜索方法,并从理论上作了分析和论证.修正了在半径长度按设定步长递增时,圆心坐标的移动形式,推导了半径的准确变化范围以及拉裂距离变化范围,并确定了其与帮坡高度、帮坡角的变化关系.确定滑块内黏聚力、内摩擦角、重度时考虑了层状结构岩层的影响,更趋近于实际情况.提出了露天矿边坡圆弧滑动稳定系数及最终帮坡角的确定在计算机程序中的实现过程,包括危险滑面的搜索、层状边坡的特殊处理等,并介绍了算法流程.编写了简化Bishop法计算露天矿边坡稳定系数及最终帮坡角的VB语言程序.检验结果既能得出符合露天矿边坡设计要求的帮坡角及其稳定系数,还能查看不同帮坡角对应的稳定系数.     

黄土含水量对排土场稳定性的影响

对平朔东露天矿的水文地质、排土场黄土含水量情况、排水系统存在的问题进行了现场调研。在实验室对黄土在含水量为15%、20%、25%时分别测试了密度、杨氏模量、黏聚力、内摩擦角等力学参数。结果表示,当黄土含水量从15%增加到25%时,黄土密度逐渐增加,杨氏模量显著降低,黏聚力显著降低,内摩擦角显著降低。黄土含水量对露天矿的运营费用和边坡稳定性都有着重要的影响。从经济和排土场安全的角度,废弃黄土的含水量在满足环境保护和土地复垦的前提下越低越好。     

岩性劣化对露天矿山边坡稳定性的响应规律

针对岩性条件劣化导致边坡稳定性下降的问题,以某露天矿山边坡为研究对象,运用SIR-20型地质雷达探测矿山滑坡体内部缺陷,并结合Slide软件模拟分析了不同岩性条件下边坡稳定性的变化规律。结果表明：软弱夹层、降雨入渗和爆破动荷载等内外因共同作用造成边坡岩性劣化,进而导致边坡后期出现滑移失稳;黏聚力c值降低是岩性劣化过程中的主要力学表现,安全系数与c值呈部分抛物线关系,且c值降为50 kPa是边坡特殊工况的失稳临界值。在综合分析矿山运行特征和岩性劣化条件基础上,提出通过减小上部第四系台阶坡面角和最终边坡角提高其永久稳定性的建议,安全系数经验证符合要求。研究结果可为矿山后期安全开采和边坡控制参数取值提供重要依据。     

某磷矿边坡软弱夹层抗剪强度指标的确定

软弱夹层的力学强度指标对边坡稳定性至关重要。本文选取已滑动边坡的2个典型剖面,采用试验和反算法综合确定合理的软弱夹层抗剪强度指标,为边坡稳定性分析提供恰当的计算参数。研究表明:反算法确定的边坡软弱夹层黏聚力c为28.8kPa,内摩擦角φ为16.6°,其值比试验确定的指标更符合实际情况,可见,只要弄清楚具体的滑面位置、滑动时的工况,明确安全系数,采用反算法确定的滑体抗剪强度指标是比较准确的。     

基于强度折减法的边坡力学参数反分析

以金堆城边坡西南帮为例,通过正交试验法进行反分析,并用强度折减法模拟估算边坡在极限平衡状态下的安全系数.得到的边坡力学参数与理论值相比误差小,可以作为可靠的参数,证实了用FLAC结合正交试验法进行数值模拟的可行性.最后对各个力学参数进行敏感性分析,确定了各参数对安全系数敏感性的顺序依次为黏聚力、内摩擦角、弹性模量、泊松比,为金堆城露天矿边坡稳定性分析和评价,以及为边坡加固提供依据,具有实际工程意义.     

应变软化对巷道围岩稳定性影响及敏感性分析

采用正交数值模拟试验的方法,研究了破碎岩体强度软化对巷道变形与破坏的影响。选取残余黏聚力、残余内摩擦角、残余剪胀角等因素,进行3因素4水平的正交数值模拟试验。研究结果表明:黏聚力劣化是影响巷道围岩稳定性最敏感的因素,当残余黏聚力低于某一临界值后,巷道表面位移和破坏范围均迅速增大;内摩擦角劣化对巷道稳定性有显著影响;剪胀角劣化对巷道稳定性影响较小。     

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。     

基于GA-BP模型的露天矿边坡稳定性预测

针对现有研究方法在预测露天矿边坡稳定性时存在适用性不强和误差大的问题,基于遗传算法对BP神经网络进行改进,提出一种露天矿边坡稳定性预测模型。该模型以坡体容重、黏聚力、内摩擦角、边坡倾角、边坡高度和孔隙压力6个参数为输入变量,以安全系数为输出变量,随后利用该模型对露天矿边坡的实例进行分析,与传统BP神经网络预测模型性能进行比较。研究结果表明:GA-BP模型在进行露天矿边坡稳定性预测时效果好,具有误差小和计算精度高的优点,为准确预测露天矿边坡稳定性提供了一种新的方法。     

露天矿岩体力学参数对终了边坡稳定性影响敏感性数值模拟

为研究岩体力学参数对终了边坡稳定性的影响,以云南某露天矿边坡为研究对象,采集岩样展开室内岩石力学试验,通过Hoek-Brown强度准则折减计算岩体力学参数,运用Midas GTS NX建立三维边坡模型,通过FLAC^3D软件研究岩体的弹性模量、泊松比、凝聚力、内摩擦角以及抗拉强度等参数对露天矿终了边坡稳定性的影响,以此分析出岩体力学参数对露天矿终了边坡稳定性影响的敏感性。结果表明,岩体力学参数中凝聚力与内摩擦角在影响露天矿终了边坡稳定性中所占比重较大,弹性模量、泊松比和抗拉强度影响较小。研究结果为后续边坡稳定性研究提供了依据,同时对边坡灾害治理与预防有一定的指导意义。     

深厚回填土施工扰动水致劣化作用研究

水作为一种直接的施工扰动因素,对基坑边坡工程稳定性评估与分析有重要影响作用。本文主要针对深厚回填土,分别通过静三轴剪切试验对不同含水率下回填土的力学参数进行测定、模拟饱水-失水的环境采用直剪对不同循环次数下回填土进行试验,深入研究深厚回填土施工扰动水致劣化作用。研究结果表明：回填土黏聚力、内摩擦角以及抗剪强度均随着含水率增加而衰减,黏聚力、内摩擦角的衰减规律表现出线性再平缓趋势,而抗剪强度的衰减趋势逐渐变缓;回填土力学参数随干-湿循环次数增加而减小,特别是第一次时衰减程度最为显著,最后趋向于某一定值,劣化系数与循环次数之间服从负指数的函数关系。研究分析施工扰动中水致劣化对于填土的破坏机制,对基坑工程稳定性评估及灾害减缓具有一定的理论支撑作用。     

露天矿节理参数敏感性研究及边坡稳定性分析

随着新疆金宝铁矿的不断开采,一些不利于边坡稳定性地质构造被逐渐揭露,增加了边坡的不稳定性,致使现场边坡出现了多种模式的破坏,对矿山生产与人员安全造成了严重威胁。为研究该矿边坡大量揭露的节理对边坡稳定性产生的影响,首先采用三维摄影不接触测量方法测定了边坡岩体结构面的几何参数,结合工程地质条件与边坡几何要素,将边坡岩体进行了质量分级分区,根据岩石力学试验确定了各分区边坡的岩体力学参数;然后运用正交试验法,量化了节理倾角、内摩擦角、黏聚力、抗拉强度和刚度对滑坡概率的贡献程度,得到了节理参数对边坡稳定性的影响规律;最后基于有限元极限平衡法对Ⅳ-1区域边坡进行了模拟计算,并给出了稳定性评价结果。研究表明:边坡节理倾角、内摩擦角、黏聚力是控制滑坡破坏模式的主要因素,金宝矿Ⅳ-1区域边坡处于稳定状态。     

弱层赋存下顺倾排土场边坡稳定性分析及防治

为了对露天煤矿软弱夹层赋存下顺倾边坡稳定性进行科学评价,以某露天矿内排土场边坡为工程背景,基于极限平衡法,以监测数据分析、滑坡反分析、现场钻探等手段为依据,研究软弱夹层赋存下对内排土场边坡稳定性的影响。结果表明,该内排土场边坡滑坡趋势已基本形成,尚处于匀速变形阶段,煤层底板下部赋存厚约2~3 m的软弱泥岩层组为本次变形的主导因素。为防止露天矿发生大面积滑坡现象,经过治理方案比选,采用"上覆削坡减载"的防治措施进行治理。露天矿采用并实施该治理方案后,边坡变形得到了控制,露天矿的安全生产得到了保证。     

水岩作用下露天矿蚀变岩石力学试验研究

为了探究水位升降对边坡稳定性的影响,选取莱州仓上露天矿坑边坡蚀变岩样,对不同饱水-失水循环次数的蚀变岩进行了三轴压缩试验。通过探究各力学参数的变化规律,建立了函数关系描述蚀变岩的力学性质受水岩循环作用影响的变化形式,引入损伤率概念分析了循环次数对蚀变岩力学性质的影响。结果表明:相同饱水-失水循环次数下,蚀变岩极限抗压强度随围压增大而提高;不同循环次数下,蚀变岩黏聚力随次数增加衰减迅速,并呈持续衰减状态,内摩擦角损伤较弱;随蚀变、碎裂程度增加,水岩作用对岩石的各项力学性质损伤不断增加,黏聚力损伤率可达70%,内摩擦角损伤率可达30%;水岩作用对蚀变岩力学性质的影响主要体现在黏聚力降低方面,水位升降时蚀变岩黏聚力变化对边坡稳定性有较大影响。     

弱化后粗粒岩土力学特性及其对边坡稳定性的 影响研究

为探清某露天露天矿边坡长期积水后岩土体抗剪指标弱化情况,分别对砂砾土、泥岩及两者混合样采取了固结不排水剪法进行了松散土岩大三轴剪切试验。试验结果显示:砂砾土剪切强度和内摩擦角由38 kPa和23.2°降低为7.4 kPa和18.8°;泥岩的抗剪强度和内摩擦角由136kPa和27.3°降低为7.8 kPa和20.7°。采用滑坡反分析验证了试验结果的可靠性,并对现状边坡进行了稳定性计算;结果表明,边坡长期受水浸泡及风化影响,其抗剪强度弱化明显,不利于边坡的安全,该结果可为边坡稳定评价及参数优化提供科学依据。     

加筋粗粒土直剪力学行为与颗粒破碎特性

粗粒土是一种天然填筑材料,在工程中应用广泛。大量学者对加筋粗粒土的力学性质进行了研究,但对直剪过程中颗粒破碎特性尚无人研究。本文采用大型直剪仪,对粗粒土和加筋粗粒土进行了直剪试验研究,研究了其直剪力学行为与直剪过程中的颗粒破碎特性。试验结果表明:粒径和垂直压力越大,峰值强度越大;加筋后,黏聚力均大幅提高,而内摩擦角有一定程度的减小,黏聚力和内摩擦角均随着粒径的增大而增大;土工格栅除了受到与土的摩擦力外,还受到土体对横肋的阻挡力,阻挡力大幅提高了黏聚力;由不同方法计算得到的颗粒破碎率均随着垂直压力的增大而增大。垂直压力越大,颗粒间的接触越紧密,相互作用越剧烈,破碎率越大。同时在相同垂直压力下粒径越大,破碎越严重。加筋后颗粒破碎率显著降低,加筋可以有效防止颗粒破碎。     

基于核磁共振技术的酸性环境下灰岩力学特性劣化试验

为研究灰岩在酸性环境下宏观力学性质的劣化度及细观结构的损伤规律,以重庆某采区的灰岩为研究对象,对经酸性溶液(pH=3,5)和蒸馏水(pH=7)浸泡前后的试件进行核磁共振测量(NMR),并对浸泡后的试件进行三轴压缩试验,分析了灰岩浸泡前后孔隙度及力学参数的劣化规律。试验结果表明:酸性环境作用下,灰岩内部孔隙呈整体变大的趋势,pH=3时次生大孔隙的生成率较高;在pH=3,5,7条件下,试件孔隙度分别增加12.15%,6.67%,3.43%;随pH值的降低,灰岩的延性特征更明显,峰后应力降进一步减小;除弹性模量的劣化度呈二次减小外,其它力学参数(单轴峰值应力、泊松比、内摩擦角、黏聚力)均呈线性减小的规律。此外,酸性环境对灰岩变形参数的影响大于强度参数,而强度参数中,对黏聚力的影响大于内摩擦角。     

降雨对露天矿软弱基底排土场边坡稳定性的弱化效应

露天矿软弱基底排土场边坡在降雨工况下,岩体的强度、黏聚力和内摩擦角受严重影响,且岩体受地表水和地下水的静力和动力作用,降雨严重影响软弱基底排土场边坡的稳 定 性. 利 用 Geostudio 软 件 Bishop 法、Spencer 法、MorgensternＧPrice(MＧP法)、Janbu法和 Sarma法５种极限平衡条分法进行自然工况和降雨工况的二维排土场模型综合性数值模拟试验,通过 AHP法对边坡稳定性安全系数进行评价分析.结果表明:工程设计方案在各工况下的安全系数均较大;降雨对边坡稳定性的影响显著,李屋排土场边坡稳定性安全系数随雨量增加而减小.研究方法为软弱基底边坡稳定性分析提供了一套较为成熟的范例.