基于FLAC~(3D)的软岩复合边坡变形机理分析

我国大型露天煤矿主要分布在西北部,且主要集中于内蒙古地区,该区域岩性以软岩为主。以软岩为主的采场、排土场复合边坡形成后,采场软岩边坡将在外排土场的载荷作用下发生变形,同时外排土场也发生沉降作用,两个应力场复合叠加后,致使复合边坡整体应力场发生变化,不利于边坡稳定,易形成复合滑坡灾害。本次分析是基于强度折减理论,应用FLAC3D对采场排土场复合边坡变形进行数值模拟,展现出采场排土场复合边坡的变形机理。依据数值模拟结果,获得采场排土场复合边坡的最危险滑面和多处潜在滑动面,为采场排土场复合边坡失稳的预测及防治工作提供科学依据。     

胜利东二号露天煤矿采场南帮边坡稳定防控研究

基于胜利东二号露天煤矿采场南帮滑坡情况,为保证未来生产过程中南帮边坡稳定,以安全、经济性为前提,对南帮边坡稳定进行防控研究;采用极限平衡法确定南帮边坡临界安全角度,采取在下部水平留设宽平台的方式提高整体边坡稳定性;在此基础上通过有限元法对南帮边坡滑动形式进行分析,采取扩大南排土场与南帮地表境界距离的方式对南帮边坡主要变...     

临界滑动场在峨嵋水泥厂矿山边坡中的应用

临界滑动场法是边坡稳定性计算新方法,可迅速准确地计算临界滑动面与临界滑动场以及由各出口对应的局部临界滑动面组成的全局临界滑动场,将临界滑动场方法应用于峨嵋水泥厂矿山边坡稳定性研究,其计算结果与经典极限平衡法计算结果非常接近。     

软弱夹层基底排土场边坡稳定性研究

基于FLAC3D数值模拟软件,以马钢南山矿排土场为例,应用强度折减法,模拟排土场在规划设计前、边坡参数调整之后以及加高扩容过程中边坡安全系数的变化趋势和坡底位移场演化规律。结果表明:在规划设计前,排土场安全系数低于规范值,边坡处于不稳定状态,其破坏模式主要以深层次滑动为主;在边坡参数调整之后,排土场整体、局部都处于稳定状态,排土场破坏模式主要以浅层滑动为主,塑性区分布范围较小;堆高扩容后,塑性区分布范围以及基底的水平和竖向位移值虽出现一定的增大趋势,边坡仍处于稳定状态,这主要是由于采取了调整边坡参数以及在坡脚铺垫渗透性良好的大块石等措施,降低了边坡坡度和其地下水位线,增强了其稳定性。     

某露天矿北外排土场稳定性分析

基于某露天矿现场踏勘资料和排土场设计资料,建立工程地质模型,采用数值模拟分析边坡破坏机理,采用极限平衡法计算边坡稳定性系数,分析该露天矿北外排土场边坡的变形程度和稳定性。研究结果表明:北外排土场变形主要表现为单台阶片帮、排土场内部圆弧滑动、排土场沉降;排土场整体稳定系数大于安全储备系数要求,不易出现整体滑坡。     

基于斯宾塞法假设的临界滑动场法的实现及应用

阐述了临界滑动场法理论及其数值模拟方法 ,将极限平衡条分法中的斯宾塞 (Spencer)法引入临界滑动场法 ,使之同时满足力和整体力矩的平衡条件 ,提出了具体求解方法 ,并将其应用于具体矿山的边坡稳定性分析。本研究成果对临界滑动场理论是一个有益的拓展 ,扩大了其应用范围     

新疆准东露天煤矿单一巨厚煤层复合边坡空间形态优化

针对单一巨厚煤层露天矿土-岩复合边坡稳定性及空间形态问题,以新疆准东露天矿为工程背景,采用刚体极限平衡和FLAC3D数值模拟相结合的方法,研究了露天矿复合边坡的稳定性及空间形态,分析了复合边坡的潜在滑动模式及稳定性规律,确定了采场与排土场的最大安全距离。研究结果表明:新疆准东露天矿采场最终边坡角为34°,排土场边坡角为23°,排土场与采场安全距离为150 m时满足安全性与经济性要求;单一巨厚煤层露天矿土-岩复合边坡的滑坡模式为沿排弃物内部的圆弧滑动和以坡体出露弱层面为底界面的组合滑动;在岩体自身重力作用下,单一巨厚煤层露天矿土—岩复合边坡破坏形式为拉张—剪切复合型。     

露天矿土-岩复合逆倾边坡空间形态优化

针对露天矿土-岩复合逆倾边坡到界边坡形态设计问题,结合达连河露天煤矿外排土场北帮-采场顶帮复合逆倾边坡的工程实际,基于刚体极限平衡与三维数值模拟的手段,研究了露天矿土-岩复合逆倾边坡的滑坡模式及稳定性规律,设计了最终边坡形态,确保北帮到界过程中煤炭资源回采的安全。研究结果表明：达连河露天煤外排土场北帮-采场顶帮复合逆倾边坡的滑坡模式为圆弧滑动;使外排土场北帮-采场顶帮复合逆倾边坡满足安全要求的采场边坡角为33°;露天矿土-岩复合逆倾边坡岩体的破坏形式为拉张-剪切复合型,岩体自重作用下的坡脚处应力集中造成的局部岩体破坏是整体边坡失稳的诱发因素。     

倾斜基底排土场边坡变形破坏底面摩擦模型实验研究

某露天铁矿废弃排土场高134 m,基底为粉质黏土,平均厚度为12.65 m,基底坡度前缓后陡,后部坡度达16°。运用底面摩擦模型实验,研究基底在天然状态和饱水状态下的排土场边坡的变形破坏特征,并对排土场边坡潜在破坏的演化过程和诱因进行了探讨。基底天然状态下排土场边坡整体稳定,仅在下部边坡发生局部破坏。基底饱水排土场边坡沿粉质黏土层发生整体滑动。排土场的潜在破坏模式为滑塌-牵引-推移复合破坏模式,首先是排土场前缘一级边坡失效,沿基底粉质黏土层剪出;然后是边坡前缘侧向支撑力降低导致二级边坡临空面加大,潜在滑面逐渐扩展至二级边坡水平;最后是排土场边坡出现整体滑移,后缘张裂牵引排土场顶部,并沿张拉裂缝下挫至二级边坡,并继续推移下级边坡滑移,最终形成前部鼓胀后缘下挫的稳定状态。     

基于PFC2D的排土场边坡稳定性研究

以刚果(金)卡莫亚铜钴矿1^#排土场边坡为研究背景,采用离散元PFC^2D数值分析软件建立了排土场边坡模型,并对排土场边坡5个不同剖面进行了稳定性数值模拟研究,得到了排土场边坡在自然状态和含水状态下的颗粒位移变化云图。结果表明,自然状态下,排土场边坡剖面1-1和2-2均为稳定状态; 剖面3-3、4-4和5-5稳定性较差,由于岩层关系,边坡容易顺着岩层发生滑坡。含水状态下,5个边坡剖面均为不稳定状态,且边坡强度较小,降水时易发生滑坡灾害。排土场整体破坏的滑面形状为近圆弧型,因此边坡滑动模式为“圆弧型滑动”。研究结果可为同类型排土场安全稳定性分析提供参考。     

软弱倾斜复合基底排土场边坡失稳机理与控制

针对露天矿软弱倾斜基底排土场边坡变形失稳问题，以蒙东西二露天矿排土场边坡为工程背景，基于刚体极限平衡与三维数值模拟方法，揭示了不同基底倾角条件下排土场边坡稳定性变化规律，分析了软弱倾斜复合基底排土场边坡失稳机理，并讨论了治理措施。研究表明：①排土场边坡稳定性与顺倾基底倾角呈负相关关系，与逆倾基底倾角呈正相关关系；②排土场边坡基底失稳过程可分为排土场沉降、局部剪切错动、局部剪切破坏、剪切裂缝扩展和贯通5个阶段；③排土场潜在滑坡模式是以排弃物料内部拉裂的圆弧形态为侧界面，以基底剪切滑移为底界面的切层-顺层滑动；④排土场边坡基底逆倾时的稳定性明显优于基底顺倾时的稳定性，极限平衡法分析结果与数值模拟研究结果具有良好的一致性，充分体现了软弱倾斜复合基底排土场的边坡失稳特征。在上述分析的基础上，进一步讨论了排土场边坡稳定性控制方案。针对顺倾基底明显不利于排土场稳定的问题，通过调整局部区段排土线的布置及发展方式和改变剥离物的排弃顺序有助于提高顺倾基底条件下排土场的稳定性。     

内排土场几何参数对端帮稳定性的影响

为了研究当露天矿山的剥离量不能保证内排土场及时跟进采场的进度，不同的排土方案对端帮稳定性的影响。先从理论上分析了内排土场压帮原理和时效边坡微观机理下的临界破坏准则，并结合内蒙古某露天煤矿为研究对象，采用数值模拟方法，建立不同的模型，分析了不同几何参数下的内排土场对端帮稳定性的影响程度。结果表明:当剥离量不足、不能保证矿山内排土场的跟进，常规排弃方案致使坑底宽度越来越大时，内排土场排弃顺序应在满足露天矿坑底最小宽度的安全前提下，优先满足最下部台阶的排弃，能更好地提高端帮的稳定性，进一步保证矿山的安全生产。     

降雨条件下超高单台阶排土边坡稳定性分析

以国内某80m高单台阶排土场边坡为例,采用饱和-非饱和渗流有限单元法,对长历时降雨过程中及停雨后一段时间内边坡瞬态渗流场变化规律进行研究,分析了随降雨历时的边坡稳定性瞬态变化规律。结果表明,对于超高单台阶排土边坡,降雨过程主要影响表层一定范围内渗流场及稳定性,降雨过程中边坡失稳受浅层滑动破坏控制。研究成果可为多雨地区长期降雨过程中的超高单台阶排土场研究设计提供参考。     

某高台阶排土边坡不同失稳模式下稳定性分析

以国内某高台阶排土边坡为例,分别采用Bishop法、Morgenstern-Price法、Spencer法及余推力法,针对排土场不同失稳模式下边坡稳定性进行了研究。结果表明,对于高台阶排土场边坡,当基础存在薄弱覆盖层、自然地形较陡时,沿排土体内部近程滑动和沿排土体-地基界面滑动均为潜在可能失稳模式,相应边坡稳定性通过不同计算方法综合判定。     

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。     

基于最短路理论高陡岩质边坡稳定性分析

依据图论中寻求最短路问题理论，并将有限元法、极限平衡法与动态规划法相结合，推导出边坡安全系数计算公式；通过编程，自动搜索边坡最危险滑动面。通过数值模拟分析某金矿高陡岩质边坡应力场与水平位移场，同时与现场监测数据进行对比，证明数值模拟分析的可靠性。应用改进的方法搜索边坡最危险滑动面，计算边坡安全系数，计算结果与数值模拟的几个结果基本一致，证明改进方法的正确性，对同类高陡岩质边坡稳定性分析具有指导意义。     

露天矿闭坑环境地质灾害危险性分区研究

基于露天矿闭坑前后地质灾害的分析，总结出我国露天煤矿开采至闭坑前环境地质问题与灾害主要有3个方面：① 露天煤矿开采将形成深大的矿坑及废弃矸石排土场.② 露天采矿形成的矿坑边坡及排土场边坡，由于地质构造、边坡岩体、地表水与地下水作用，采矿工程活动等原因诱发一系列诸如滑坡、塌陷、泥石流、周边地面变形、地裂缝等突发性或缓变性地质灾害.③ 露天矿开采引发生态环境恶化及缓变性的灾害.提出了露天矿闭坑环境地质灾害危险性分区的方法.并根据以上研究以抚顺西露天煤矿闭坑（矿坑）环境地质灾害危险性分区为实例进行了分区，得到了符合实际的结果.     

降雨入渗对非饱和土体边坡稳定性影响及治理对策

为研究降雨入渗对非饱和土体边坡稳定性影响，基于饱和—非饱和渗流理论，分析了降雨入渗条件下边坡内部渗流场变化及其对边坡稳定性的影响。研究表明：①降雨入渗是饱和—非饱和过程，其内部体积含水率随降雨持续时间的变化而发生动态改变，在降雨初期，土体处于非饱和状态，黏聚力随着含水率的增大而增大，内摩擦角变化幅度较小，总体呈下降趋势，基质吸力增强，安全系数升高，对边坡稳定性有利；②随着降雨持续，孔隙水压力由负变正，黏聚力和内摩擦角随着含水率的增大而减小，基质吸力减弱，边坡稳定性降低；③降雨入渗终态过程为内部水位线升高，动静水压增加，土体有效重度降低，土体发生软化，力学强度参数降低，边坡稳定性随之降低，土体渗透系数与边坡安全系数总体成反比关系。在上述分析的基础上，结合土质边坡实例，应用强度折减法，分析了降雨入渗状态下边坡潜在滑动面、峰值位移随降雨持续时间的变化规律，认为降雨初期潜在滑动面由浅入深，峰值位移不断增大；降雨停止后，土体内部应力重新分布，土体由饱和转为非饱和，潜在滑动面、峰值位移发生逆变化。为防止降雨条件下边坡发生失稳破坏，针对性地提出了土质边坡治理建议，为非饱和土体边坡综合治理提供了有益参考。     

三维极限平衡分析在排土场稳定性分析中的应用

边坡二维稳定性分析方法中,边坡的端部效应、滑面的侧向弯曲、边坡的平面弯曲以及侧向的非均质性等因素常常被忽略了。排土场边坡对于由排弃松软岩石软弱夹层或沿地基表面产生的滑坡其滑面具有不规则性,端部效应明显。为此,将二维简化毕肖普法扩展到三维进行排土场稳定性分析,由于该方法忽略了分条间垂向剪力的作用,对它进行三维扩展时也不需要采用多于其二维方法中所做出的假设,计算方法简单有效,适用范围较为广泛。计算表明应用三维稳定性分析方法求得的安全系数大于二维计算值,这是符合实际的。     

露天矿背斜区内排土场边坡基底处理方式优选研究

露天矿内排土场边坡的稳定是露天矿顺利生产的重要保障,而排土场基底的岩层赋存条件是影响排土场边坡稳定性的重要因素。安家岭露天矿开采进入背斜影响区,现有内排空间无法满足排土需求,需要在背斜区进行排土。为解决露天矿背斜倾角较大区域倾斜基底排土场稳定性问题,以安家岭露天矿内排土场为研究对象,提出了针对背斜区倾斜基底进行处理的3个方案:基底麻面爆破处理,跟踪排弃台阶坡脚处拉抗滑沟处理以及背斜区倾角12°位置留设抗滑煤柱;使用Geo-studio软件Morgenstern-Price法研究在不同基底处理方式下进行背斜区单台阶跟踪排土,排土台阶的滑移模式以及稳定性变化情况。通过计算各个方案的经济成本,跟踪排土台阶稳定性系数以及背斜区域的单位排土量,构建了成本、稳定性系数、排土量3个评价指标,采用基于熵权TOPSIS法对所选指标进行加权,并根据方案与理想解的贴近度大小确定基底处理的最佳方案。研究结果表明:背斜区单排土台阶滑移模式为以排弃台阶坡顶至排弃物料内部的圆弧滑面为侧滑面,以沿着基底平面为底部滑面的切层-顺层滑动;相同排弃参数的排弃台阶,在基底坡度从陡变缓的过渡区域,排土台阶的基底平面接近于圆弧面,且单台阶排弃量增加,台阶稳定性发生突变,安全系数较上部台阶显著降低;通过基于熵权TOPSIS法对3个方案进行优选,确定麻面爆破方案为基底处理的最优方案。