基于加卸载响应比理论的爆破动力露天矿边坡稳定性分析

以某金属露天矿最终开采境界的岩质边坡为工程背景,采用FLAC3D软件,通过强度折减法,计算边坡在自然条件下的强度储备安全系数;针对不同的强度折减系数下的边坡计算条件,将实测数据以法向压应力的形式于坑底施加爆破动载荷.将加卸载响应比(LURR)理论引入边坡爆破动力稳定性分析中,建立边坡在爆破载荷作用下的加卸载响应比模型,以边坡特征部位爆破附加应力的周期性变化作为加卸载量.以相应特征点的变形量作为响应参数,进而确定在爆破载荷作用过程中的边坡特征点的加卸载响应比.计算结果得出边坡进入极限状态前,特征点的LURR值在1附近波动,而接近极限状态后,LURR值呈持续增长的趋势.不稳定和稳定时,特征点的加卸载响应比规律,说明以加卸载响应比作为爆破边坡稳定性的判断依据是可行的,此方法拓展了动力载荷作用下的强度折减法分析功能,是值得推广和具有较好理论意义的方法.     

爆破荷载作用下岩质边坡稳定性研究进展

爆破荷载是导致边坡失稳的重要外部因素。与土质边坡相比,由于节理面的存在,爆破荷载下岩质边坡稳定性研究更加复杂。综述节理对爆破应力波传播特性的影响规律以及爆破荷载作用下岩质边坡数值计算要点,并从岩质边坡自身特点、爆破应力波振动特性以及爆破荷载与其他外界因素耦合3方面详述岩质边坡动力稳定性研究现状,总结得出节理力学性质及分布,爆破应力波振动速度、频率及其衰减规律等因素是岩质边坡极其重要的稳定因素。最后,对爆破荷载作用下岩质边坡稳定性研究进行展望,为进一步深入研究奠定基础。     

基于3DEC的节理裂隙岩体爆破传播规律的研究

根据结构面的能流关系,研究了地震波穿越结构面的能量消耗。基于遵义某台阶爆破开挖实例,利用了3DEC离散元数值模拟软件计算了不同节理裂隙工况下的爆破应力波传播规律,并分析了爆破过程中最小主应力的变化过程。模拟结果表明:爆破冲击波的传播衰减强度与岩体节理裂隙的发育程度相关,裂隙越密集,应力波衰减越快,裂隙成相交状态时,同一位置处爆破作用力越小,岩体不易破坏。     

露天矿边坡爆破震动动力响应分析

基于有限元动力分析的基本原理,结合云南某露天矿边坡工程实例,建立边坡爆破震动动力分析模型。利用自编程序,将爆破震动实测速度时程曲线转化为加速度时程曲线来计算荷载,运用Ansys软件对该边坡进行模态分析和爆破震动加速度时程分析。分析结果表明,用时程分析法计算边坡爆破震动作用下的动力响应结果能够较真实地反映矿山边坡的动态特征以及爆破震动对边坡的扰动作用。     

节理岩体边坡渐进破坏的数值模拟研究

岩体边坡是含有大量裂隙且服从统计规律的损伤体。本文引入虚拟节理,应用数值模拟软件(UDEC2D),对只考虑自重作用下节理岩体边坡渐进破坏规律进行了数值模拟研究,得出了单组节理岩体边坡渐进破坏的规律,其模拟结果对确定节理岩体边坡破坏模式具有指导意义。     

露天矿爆破荷载等效施加方式的探究

为了较为准确数值模拟爆破荷载的等效施加方式,基于强度折减法基本理论分析边坡稳定性,针对露天矿爆破开采时的特殊爆破荷载,提出了能够仿真模拟实际爆破荷载的等效加载方式。该等效加载方式首先对露天矿爆破荷载进行分析,爆破荷载是由爆源中心环向向四周传递,将爆破荷载等效加载到粉碎区外边界上,与实际的炮孔爆破荷载形式较为吻合;利用FLAC3D建立露天矿边坡数值模型,分析在爆破动载下边坡的动态响应特征,运用强度折减法计算得到露天矿边坡的动力安全系数。最后与以往将爆破振动施加到模型边界的等效施加方式进行对比,验证了此等效施加方式应用于爆破动载下露天矿边坡稳定性分析中的可行性与合理性。     

高寒地区矿山爆破振动对岩石边坡的响应特征分析

针对高寒地区爆破振动对岩石边坡响应特征的分析较少。为了研究高寒地区爆破振动衰减规律以及对边坡的响应特征,选取矿区岩石试件分别在-25℃和+20℃条件下进行了岩石波阻抗的测试试验;在6月至8月、11月至翌年1月分别对边坡展开了爆破振动监测试验,进而基于数值模拟手段,对比分析了岩石边坡在6月至8月、11月至翌年1月条件下的响应特征。研究结果表明,-25℃条件下的岩石试件波阻抗增大了28.5%;通过对边坡的爆破振动测试,揭示了11月至翌年1月的爆破振动峰值速度衰减特性;爆破荷载作用下,随着温度的降低,岩石边坡坡底部位的沉降位移呈增加趋势,主要是由于爆破振动衰减速率降低,延长了地震波对边坡的作用时间而造成了位移的增大,研究结果可为后期控制爆破振动对边坡的危害效应提供一定的指导意义。     

爆破影响下露天矿边坡的稳定性分析

针对露天矿山边坡在爆破影响下受结构面控制的稳定性问题,以某石灰石矿山工作台阶边坡为研究对象,在统计分析研究区优势结构面的基础上,利用离散元软件3DEC对工作台阶边坡在自然状况及爆破影响下的稳定性状况进行了定性与定量研究。研究结果可为矿山设计与安全生产提供参考。     

近边坡厂房结构的三维动态有限元分析

本文介绍山东仓上露天金矿近边坡厂房结构的三维动态有限元分析方法和结果,计算中主要考虑爆破震动载荷的作用,给出了结构的内力和位移历程。然后,根据最大内力和位移,进行了结构稳定性校核。此外,还对结构的地震响应特性进行了探讨。     

爆破动荷载对充填体内预留巷道的稳定性研究

开采爆破的动力扰动对巷道稳定性影响的研究是矿山安全生产的重要方面。为了研究不同扰动下充填体内预留巷道的动力响应规律,通过3DEC软件建立了巷道动力稳定性分析的三维数值模型并进行了数值模拟分析,分析了爆破动载荷下巷道周围的变形特征以及应力场分布特征。研究结果表明：爆破在一定程度上改变巷道周围的压应力、拉应力区的范围。采用钢筋网+钢丝绳的预留巷道开采方式,可以很大程度上的削弱巷道外爆破动力扰动,提高巷道稳定性。     

条带断层煤柱对地表沉陷影响的三维模拟研究

根据临涣煤矿村庄下两个条带工作面留设断层煤柱、实施跳采的具体情况,采用3DEC三维离散元软件就走向留设的断层煤柱对地面沉陷的影响进行了模拟研究,结果表明:走向留设了断层煤柱将会使地面下沉量减小14.7%、倾斜降低17.1%、水平变形降低13.1%.模拟结果与实测结果对比基本吻合,3DEC软件能较好的模拟预计地表沉陷.     

软弱结构面参数对顺层岩质边坡动力响应的影响研究

为了探究地震作用下软弱结构面对岩质边坡动力响应特征的影响。以云南省某露天矿山边坡为研究背景,利用有限差分软件中的非线性动力分析法对顺层岩质边坡进行动力计算,通过控制变量法设计了一系列的数值实验,探究了软弱结构面参数的改变对岩质边坡动力响应的影响规律,再基于正交试验以及极差分析法对影响岩质边坡动力响应的结构面参数进行了敏感性分析。结果表明：结构面参数的改变对于顺层边坡的动力响应有较大影响;各影响因子对顺层岩质边坡动力响应影响程度大小排序为结构面黏聚力>结构面倾角>结构面内摩擦角>结构面厚度。动力响应的研究可为地处地震频发区域的顺层岩质边坡提供抗震依据。     

地震作用下某尾矿坝三维动力稳定性分析

应用Fortran语言进行ABAQUS二次开发,编写邓肯-张E-υ模型和等效黏弹性的Umat子程序。在此基础上,采用有效应力法对尾矿坝进行三维动力反应及液化分析,计算了正常运行工况下辽宁省北票某尾矿坝在水平地震波影响下的加速度、动剪应力、动孔压增长模式及液化区的发展趋势。结果表明:尾矿坝沿坝轴方向加速度最大值出现在距坝底3/4高度处的堆积坝坡面上,放大系数为1.82;坝体最大动剪应力呈层状分布,由坡内向坡外逐渐减小,且数值不是很大;动孔压增长为不规则曲线上升模式,在2～6 s的强震区起伏变化较大,之后趋于平缓;液化区主要集中在沉积滩浅层区域和坝体顶部浸润面以下区域,未贯穿整个坝体。     

露天转地下开采诱发高边坡滑移机制研究

露天转地下开采过程中边坡稳定问题是矿山安全生产的关键技术和核心难题之一。以工程实例为基础,应用离散元数值模拟,选取合适的力学参数,运用3DEC、Matlab等软件系统,分析了地下开采对高大边坡稳定性的影响机制、滑移特点和后续变形发展趋势。研究结果表明：受露天与地下开采两者的复合采动作用的影响,滑移变形产生了叠加作用,地表的下沉曲线形成多个大小不同的下沉盆地,导致不同区域边坡岩体变形破坏程度也不同。根据数值模拟结果可知：地下采区的不同开采阶段诱发的移动角大小不同,开采厚度不同,上覆岩体的破坏程度也不同。所以,露天转地下开采中,边坡稳定性主要受到采空区处理方式和开采厚度等多重因素的影响;在边坡稳定性评价时,需要结合具体开采情况进行分析和评价。     

地下水和地震共同作用下的边坡稳定性分析

基于边坡的有限元模型,研究了地下水位变化对边坡地震动力响应和稳定性的影响规律。通过有限元仿真分析发现：地下水的存在使土层含水率增大,坡脚位置为地下水渗出位置,在渗透力和孔隙水压力的影响下,有效应力降低,导致边坡抗剪强度减小。随着水深的增加,地下水对边坡坡脚的剪应力和剪应变影响逐渐增大,且远场地震作用时在不同水深下边坡坡脚的剪应力-剪应变值滞回延伸较大,说明远场地震作用对边坡坡脚抗震能力的影响较大。无地下水时,通过拟静力法计算的安全系数值位于动力安全系数值的中部偏下,且动力安全系数的最小值比拟静力法的静力安全系数小;而随着地下水位的上升,拟静力法计算的安全系数值开始移向动力安全系数值的中部偏上。因此,地下水位较高时,按照拟静力法计算的边坡安全系数进行边坡的稳定性评估将具有一定的潜在风险性。     

爆炸荷载下露天矿高陡边坡动力响应分析

为研究矿山高陡边坡在爆炸荷载作用下的动力响应规律,采用LS-DYNA软件,对威斯特铜矿的采场边坡进行完全动力有限元计算。对比分析了数值模拟和现场实测环境下爆炸应力波的传播规律,两者结果相接近。同时,通过对各台阶爆破振动速度的统计分析可知,随着台阶高程的增加,在台阶坡顶、台阶边缘至台阶内侧坡脚的1/3至1/2距离处容易产生高程放大效应。另外,利用极限平衡法原理,结合数值模拟计算结果,计算了在炸药起爆后400ms内边坡的时程安全系数,直观描述了爆破动力荷载对边坡稳定性的影响。     

罕遇地震作用下边坡的动力响应和稳定性分析

基于砂土边坡的有限元模型研究了罕遇地震作用下砂土边坡的动力响应和稳定性能。研究表明,基于拟静力法计算的中国规范的安全系数值相对日本规范较为保守。随着地下水深的增加边坡的最大水平位移均表现出增加趋势,且在边坡顶部水平位移达到最大值,近场地震作用下的位移要大于远场地震作用下的位移。有地下水时沿着边坡高度方向的加速度小于无地下水时边坡的加速度,说明地下水的存在一定程度上具有减震作用。与无水时相比,剪应力-剪应变曲线变得更为饱满,说明地下水对边坡坡脚的抗剪能力影响较大,即在地下水作用下更容易发生剪出破坏。不考虑地下水时,边坡的破坏主要表现为通过坡脚的圆弧形剪出破坏,而地下水的存在使边坡的破坏并没有通过坡脚,而是从边坡前缘某一点处发生剪出破坏。     

爆破动力荷载下边坡稳定性的时程分析

针对露天矿开采过程中,爆破开挖作业对最终边坡稳定的影响问题,采用动力有限元法分析爆破过程中边坡的稳定性随时间变化情况。首先建立矿山边坡的二维有限元模型,利用有限元强度折减法求解,得到边坡的最危险滑动面及折减安全系数;再根据得到的最危险滑动面,重新建立边坡和炸药的三维实体模型,布置爆破孔网参数并设置各个炮孔的起爆时间,通过LS-DYNA大型动力有限元程序,求解边坡在炸药爆炸后30 s时间内的动力响应过程。结合极限平衡法和动力有限元法计算结果,计算边坡在同时起爆方式下每一时刻的安全系数。提出应根据边坡时程安全系数及边坡滑面单元是否同时发生整体破坏等条件综合评价边坡稳定性。数值模拟结果能够动态显示爆破过程中边坡的应力、应变状态,计算结果与极限平衡法计算结果接近,可以为露天矿爆破设计提供参考。     

爆破动荷载作用下露天矿岩质边坡稳定性及支护研究

露天矿边坡的稳定性对于矿山安全生产具有重要意义,在爆破作用的长期影响下,岩体会造成损伤积累,降低边坡的稳定性。因此,以攀西地区某露天矿为研究对象,通过现场监测所得的爆破振动速度,基于FLAC3D数值分析软件,研究爆破动荷载作用下岩体的变形特征及动力响应特征,确定危险区域的同时设计锚索进行支护分析爆破动荷载作用下锚杆的轴力特征及多次爆破作用下预应力损失规律。研究结果：边坡在爆破动荷载作用下坡底产生局部剪切破坏且沿上部逐渐发展,在多次爆破作用下预应力持续降低,最大预应力损失比为18.05%,且预应力损失趋势逐渐降低,因此进行支护设计时建议初始预应力值应为设计值的1.2倍,研究结果对于指导露天矿施工具有一定的借鉴意义。