考虑降雨入渗-重分布的边坡稳定性分析

为了阐述降雨对边坡稳定性的影响具有滞后性,提出了在降雨入渗过程中进行边坡稳定性分析时需考虑降雨入渗-重分布过程。在降雨入渗-重分布过程中,建立了基于GEOSTUDIO的边坡降雨入渗数值计算模型,研究了不同降雨强度对非饱和土质边坡稳定性的影响,并对比分析了在降雨强度和降雨持时相同条件下考虑与不考虑流固耦合时边坡稳定性变化规律。结果表明:不考虑流固耦合时,边坡安全系数随持续降雨逐渐变小,并在降雨结束后7~9h降至最低,之后安全系数逐渐增大,在降雨持时入渗及降雨结束后7~9h,边坡安全系数降低速率与降雨强度正相关;考虑流固耦合作用时,边坡的安全系数逐渐变小至趋于稳定,且始终不比考虑流固耦合时小。     

渗流场和温度场引起边坡灾害预报的有限元法

在探索多场耦合影响边坡稳定性因素的基础上,研制出了一个考虑渗流场和温度场对应力场作用的三维强度折减有限元程序。通过与传统极限平衡法分析结果对比研究,对抗剪强度折减有限元法分析边坡稳定问题的适用性进行了评价,得出的结论是：采用三维强度折减有限元法确定考虑渗流场和温度场的边坡稳定性安全系数是可行的。     

流固耦合-强度折减法在尾矿坝稳定性分析中的应用

基于流固耦合理论,采用有限元强度折减法对某尾矿库坝体的渗流稳定性进行了分析,计算出尾矿坝的抗滑安全系数并与尾矿坝相关规范推荐的瑞典条分法和Bishop方法计算结果进行了对比。结果表明：采用瑞典条分法和Bishop方法得出的临界滑动面与强度折减法得出的等效塑性应变贯通区的位置大致相同;采用强度折减法计算出的安全系数与以上2种极限平衡法的计算结果基本吻合。这说明采用有限元强度折减法求解尾矿坝抗滑安全系数是可行的;此外,有限元强度折减法得出的塑性贯通区位置可以为极限平衡法搜索临界滑移面提供初始滑动面,便于准确搜索临界滑移面的位置,同时大大减少了搜索工作量。     

库水位变化下尾矿坝的滑坡机理及稳定性分析

以歪头山尾矿库为实例,用强度折减法分析库内水位 变化对尾矿坝稳定性的影响,剖析相应滑坡机理,并与极限 平衡法计算结果进行对比,提出强度折减法的规范安全系数 标准。研究表明:尾矿坝内部浸润线随着库内水位上升而抬 高,正常水位下的浸润线最低;库内水位从正常水位上升到 洪水位和漫顶水位,尾矿坝失稳滑移方式由推移式滑坡转变 为牵引式滑坡;三维强度折减法与二维极限平衡法计算结果 较为接近,利用类比法推算出强度折减法的规范安全系数为 1.20,1.30,1.40。模拟结果可为完善尾矿库技术规范提供参 考,为矿山防灾减灾提供依据。     

考虑渗流作用的城门山铜矿临湖露天开采边坡稳定性研究

基于地质勘探资料，建立了城门山铜矿临湖露天开采边坡的地质模型，对临湖露天开采边坡进行了考虑湖水在不同渗流路径和不同渗透压力作用下的稳定性分析。研究结果表明：湖水渗流大大降低了边坡安全系数，随着湖水水位增大，边坡滑坡范围越大，边坡安全系数越低。湖岸与露天采坑之间的距离对边坡稳定性有较大影响，湖-坡距离D越大，边坡安全系数越高，当边坡安全系数取1.2时，考虑湖水渗流条件下湖-坡最小安全距离为60 m。     

温度场对堤坝稳定性安全系数的影响规律

采用一个考虑温度场和应力场耦合的三维强度折减有限元程序,探索变温在不同堤坝材料刚度情况下对堤坝稳定性安全系数的影响,用该程序计算结果表明,在堤坝材料弹模比较小时升温会使堤坝稳定性安全系数降低,在堤坝材料弹模比较大时升温会使堤坝稳定性安全系数增大。     

考虑地下水位变化的软岩边坡锚杆支护设计优化

为了分析地下水位对边坡稳定性的影响, 确定地下水作用下边坡锚杆支护方式, 通过FLAC^3D建立了数值模拟模型, 采用强度折减法计算了不同地下水位作用下的边坡安全系数及锚杆加固作用下的边坡安全系数变化情况。研究结果表明: 地下水对边坡稳定性存在较大影响, 适当增加锚杆长度和锚杆支护倾角能提高地下水作用下的边坡稳定性; 在不同地下水位下, 边坡锚杆支护倾角为20°时边坡安全系数达到最大; 在总锚杆长度一致的情况下, 适当增加边坡下部锚杆长度、减小上部锚杆长度, 能提高边坡安全性。     

上软下硬地层隧道围岩稳定性量化评价标准研究

通过有限元数值计算,对上部为Ⅴ级围岩、下部为Ⅱ级围岩的典型上软下硬地层隧道围岩稳定性量化评价标准进行了分析研究。首先确定以拱顶最大沉降量和能够反映隧道破坏本质、具有严格力学依据的安全系数作为评价隧道围岩稳定性的双重指标;然后通过数值模拟,对上软下硬地层隧道围岩自稳性进行了研究;并根据围岩自稳曲线,进行组别划分,进而建立了典型上软下硬地层隧道围岩稳定性量化评价标准。研究成果对复合地层隧道围岩稳定性分级标准制定起到了细化和补充作用,可为上软下硬复合地层隧道设计和施工提供参考。     

水和地震耦合作用下边坡稳定性变化规律

为了研究水、地震等因素对边坡稳定性的折减效应,基于极限平衡法推导了考虑水和地震等因素的稳定性计算方法,并对露天矿端帮边坡进行实例研究,得到了水对边坡稳定性的折减效应为6.35%,地震对边坡稳定性的折减效应为14.99%,水和地震耦合作用下对边坡稳定性的折减效应达到了17.52%。多因素对边坡稳定性的折减效应不是单因素影响幅度的简单叠加,影响因素越多,对边坡稳定系数的折减幅度越大。     

基于边坡稳定性计算方法比较分析

将强度折减法应用于边坡稳定性分析中,折减土体强度,代入有限元程序进行计算,直至计算不收敛,此时的折减系数即为安全系数。结合工程实例,将强度折减法应用于边坡稳定性的分析,利用瑞典圆弧法,结合岩土工程设计类软件天汉以及有限元分析软件ABAQUS分析边坡稳定性,并对安全系数进行对比,3种计算方法得出的安全系数差别不大,安全系数精度都能满足工程要求。     

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。     

地下水渗流作用下边坡稳定性及变形规律

针对地下水位变化易引发边坡失稳破坏等安全问题,基于有限元模型采用非线性动力时程分析方法研究不同地下水位渗流作用对边坡安全系数、位移和有效正应力的影响规律.研究表明:当地下水位较低时,地下水的升高对边坡安全系数影响不大,当地下水位变化达到一定高度后则对边坡稳定性影响较明显;随着地下水位的增加,边坡最大水平位移位置由边坡坡面中上部向边坡坡脚转移,且最大水平位移范围由边坡坡面向坡内扩散,表明地下水位升高不仅增加了边坡变形,还使边坡滑动面向边坡内部移动,增加了滑动规模;边坡坡面有效正应力随地下水位增加表现出减小-增大-减小的趋势,并在边坡坡脚处产生最大值,表明在地下水位影响下坡脚是边坡最容易破坏的位置,对边坡工程安全防护设计与计算具有指导意义.     

库区水位急剧变化对尾矿库坝体稳定的影响

尾矿库的稳定对于矿山安全生产有着重要意义,对尾矿库坝体在不同工况下的稳定性进行计算是尾矿库坝体稳定分析的主要工作。着重分析了库区水位急剧变化时坝体浸润线的变化规律及其对尾矿库坝体稳定的影响,基于二维非稳定渗流方程,通过计算得出了坝体的非稳定渗流场和坝体浸润线的变化规律,并通过Bishop简化法得出了浸润线变化与稳定性的关系。结合尾矿库工程实例,对库区水位变化不同时刻的坝体进行了渗流有限元分析,并相应对其坝体的安全系数进行了计算,提出了尾矿库安全生产在库区水位急剧变化时需要注意的问题和解决这些问题的具体措施。     

露天采场高陡岩质边坡流固耦合稳定性研究

运用有限单元法,建立了平川铁矿露天采场高陡岩质边坡仿真模型。在分析了露天采场地下水渗流机理的基础上,建立了渗流场和应力场的两者耦合模型,对露天采场高陡岩质边坡进行了有限元二维渗流场-应力场耦合稳定性计算。采用强度折减法,对整个露天采场区域典型边坡剖面进行了稳定性分析,并给出了安全稳定系数。对有限单元法计算结果与极限平衡法计算结果进行了比较,两者计算出的边坡稳定性系数较为吻合,边坡破坏的剪出口是一致的,破坏曲线也较吻合。     

基于Klinkenberg效应影响的煤体瓦斯渗流规律及其渗透率计算方法

针对气体渗流存在的Klinkenberg效应,利用自主研发的三轴瓦斯渗流实验系统,对煤层瓦斯的渗流特性进行了研究。通过实验数据分析和理论推导,提出了一种综合气体动力黏度和压缩因子影响及克氏效应的煤层瓦斯渗透率计算方法。通过比较传统的拟压力法计算结果,考虑克氏效应方法在理论上和数据处理结果上更合理、更准确。研究结果表明:1克氏效应对煤层瓦斯渗流影响明显,利用考虑克氏效应方法评估的渗透率结果正确,能充分反映出气体渗流的真实状态。2吸附解吸作用对煤层瓦斯渗透性有一定的影响,其影响结果是导致煤层绝对渗透率的降低。3处于标准状况附近的气体,可以忽略动力黏度和压缩因子对其渗透性的影响,离开标准状况较远的气体,需要考虑动力黏度和压缩因子对其渗透性的影响。研究结果对正确认识克氏效应和选择更精确的含瓦斯煤渗透率计算方法具有一定的指导价值。     

非饱和土体力学性质及其在采矿工程中的应用研究

采矿工程中地下水位变化将造成非饱和土体中的净应力均值与基质吸力产生波动,由此造成土体沉降变形,威胁采矿工程安全性,基于此研究非饱和土体力学性质及其在采矿工程中的应用。在采矿工程边坡中采集非饱和土体样本,并实施三轴固结排水剪测试与压缩试验,结合非饱和土体体积应变中的弹性力学、压缩方程与孔隙比状态,基于吸应力曲线确定非饱和土体强度,计算不同地下水位条件下采矿工程地面沉降变形情况。结果显示,在加载瞬间非饱和土体先呈现出相应的弹性瞬时应变,其后产生衰减蠕变现象,在此过程中变形持续产生,直至达到稳定蠕变状态;地下水位下降令矿区地面整体沉降量提升,并且其中非饱和土体的沉降量所占比例也逐渐提升。     

基于流固耦合理论的尾矿库数值模拟及模型试验研究

以云南省某尾矿库为例,运用流固耦合原理进行尾矿库三维有限元数值模拟,研究尾矿库在正常工况和洪水工况下浸润线高低和孔隙水压力大小变化情况,并运用模型相似理论建立室内尾矿库试验模型,分别在2种工况下进行浸润线和孔隙水压力实际测量。研究结果表明:正常工况下,数值模拟中考虑流固耦合作用比不考虑流固耦合作用时浸润线偏差5%,孔隙水压力大小偏差30%;模型试验实测浸润线和孔隙水压力结果与考虑流固耦合作用时偏差分别为0.12%、6%,不考虑流固耦合作用时偏差分别为0.35%、21.20%。洪水工况,数值模拟中考虑流固耦合作用比不考虑流固耦合作用时浸润线偏差10%,孔隙水压力偏差16%;模型试验实测浸润线和孔隙水压力结果与考虑流固耦合作用时偏差分别为4.6%、4.1%,不考虑流固耦合作用时偏差分别为7.3%、11.3%。在2种工况下,数值模拟考虑流固耦合作用时尾矿库内浸润线和孔隙水压力更加接近室内模型试验结果。因此,在数值模拟中考虑流固耦合作用的计算结果更加趋于实际工程情况和满足工程实际要求。     

基于非稳定渗流分析的尾矿库坝体稳定性研究

在汛期,尾矿库水位经常发生骤升骤降,坝体浸润线也随之发生急剧变化,坝体处于非稳定渗流状态,对坝体抗滑稳定产生不利影响。根据尾矿库调洪演算确定汛期尾矿库水位变化情况,建立尾矿库渗流稳定分析模型,以调洪演算确定的库水位作为非稳定渗流分析参数,进行坝体非稳定渗流分析,结果表明:在库水位骤升过程中,坝体内浸润线前部随着库水位不断上升而上抬,形成反坡S形;在库水位骤降过程中,坝体内浸润线前部随着库水位不断下降而下降,形成弧线形,但由于库水位变化速度较快,加上坝体渗透性的影响,浸润线后部变化很缓慢,在坝体内无法形成稳定的浸润线。基于此,本文分析了坝体抗滑稳定性,结果表明:在库水位骤升过程中,坝体抗滑稳安全系数仅从1.474下降至1.465,对坝体抗滑稳定性影响不大,但是一旦在最高洪水位形成稳定浸润线,坝体抗滑稳定安全系数明显降低至1.357;在库水位骤降过程中,坝体抗滑稳定安全系数仅从1.357上升至1.367,对坝体抗滑稳定性影响不大,但是一旦在正常运行水位形成稳定浸润线,坝体抗滑稳定安全系数明显提升至1.474。