大孤山铁矿边坡岩体结构数字识别及力学参数研究

针对目前岩体结构面信息获取主要以人工现场接触测量为主,劳动强度大、效率低下的现状,借助于先进的ShapeMetrix 3D三维数字摄影测量系统,对大孤山铁矿边坡岩体结构面进行摄影测量,对获取到的结构面进行分组、分析,得到结构面各种几何信息的详细数据,并对其进行数理统计计算、分析,拟合出结构面各种几何信息的概率分布模型。采用蒙特卡洛方法编制的程序和根据数字摄影测量系统得到的统计数据,模拟岩体内部结构面三维分布情况。在此基础之上,采用修正广义Hoek-Brown准则,估计节理化岩体强度,得到岩体强度指标。根据已获得的结构面三维分布情况和岩体强度指标综合评价了大孤山铁矿边坡岩体稳定性。     

新疆库拉水利枢纽F_3断层上盘山体边坡稳定性研究

根据F3断层的空间几何分布形态,在边坡岩体结构面网络模拟的基础上,对节理岩体连通率进行分析计算,以此确定节理岩体的综合抗剪强度参数,运用基于塑性力学上限原理的二维和三维岩质边坡稳定分析法(EMU[5]、EMU-3D方法),分析计算出F3断层上盘边坡岩体的抗滑稳定性.为枢纽布置和大坝设计提供科学依据.     

台阶规模边坡等效节理岩体三维网络模型的研究

众所周知,结构面的分布决定着岩体结构,且具有一定的随机性和统计规律。而节理作为一种重要的结构面,可以借助统计学原理,对边坡节理面的产状进行调查并分析,建立出等效节理面三维网络模型,为之后的岩体稳定性分析奠定良好的基础。通过VC++语言编程建立了等效节理岩体三维网络模型的专用程序3D-NET;同时利用OPEN GL三维可视化技术,增加了软件的图形处理功能。该软件在建立节理面三维网络模型之外,还为后续台阶坡面迹线网络的形成,及所有楔形体组合提供可靠的数据库,具有极其广泛的应用价值。     

基于结构表征单元体的岩体力学参数选取

针对基于数值试验岩体力学参数的选取开展研究。通过现场节理裂隙调查、统计分析得到岩体节理面分布模型;采用三维随机节理模拟技术构建基于统计分析的岩体表征单元体数值模型,并就此开展单轴压缩数值试验确定结构表征单元体;对表征单元体进行三轴压缩数值试验,确定岩体的抗剪强度参数。研究结果表明：研究角砾岩的表征单元体尺寸为2m×2m×2m,得到的岩体力学参数与基于Heok-Brown强度指标较为一致;块体采用摩尔-库伦本构模型、节理面采用库伦滑移本构模型能够较好地反映研究角砾岩体的力学特性;基于结构表征单元体的岩体力学参数选取方法是合理的。     

松树南沟矿区边坡岩体质量评价与边坡稳定性分析

为了评价松树南沟矿区边坡岩体开挖稳定性情况,指导矿山的安全施工,以结构面测量与工程勘察为基础,分析边坡岩体结构面的分布及岩体结构特征,得到对边坡稳定起控制作用的优势结构面。利用结构面三维网络模拟技术,对上述优势结构面进行计算机模拟,建立结构面网络模型,再现岩体结构。分别沿平行和垂直各测线走向方向切割网络模型,发现岩体部分区域被结构面切割严重,为形成小规模的可动块体提供了有利条件。运用分形理论计算了各切面的分形维数,计算得出边坡岩体处于一般或差的状态;借助有限差分软件FLAC3D,计算开挖后边坡岩体的稳定性情况,结果表明：由于开挖卸荷局部边坡台阶处出现了较大的位移和塑性区,可能出现崩塌、滑移破坏,与质量评价结果一致,建议适当放缓该区域台阶坡面角。     

基于3DEC数值模拟的矿山边坡关键块体稳定性研究

以河北钢铁集团研山铁矿节理岩质边坡作为主要研究对象,使用Shape Metri X 3D高精度三维不接触边坡扫描仪对边坡中结构面信息进行采集。通过分析数据得到优势结构面并采用赤平极射投影方法进行边坡临空面中关键块体的搜索,通过矢量运算方法得到关键块体的稳定性系数及失稳模式。并结合3DEC数值模拟软件,建立关键块体的三维模型,反演了不同优势结构面组合下关键块体发生失稳的过程,从而验证了数值计算的正确性,为矿山治理边坡稳定性提供了可靠的科学依据及技术支撑。     

安家岭煤矿岩体结构数字识别及关键块体确定

安家岭煤矿存在大量不稳定块体,安全隐患非常高,必须进行关键块体的预防治理工作。以北帮1300边坡平台为工程背景,采用先进的三维岩体不接触测量技术,进行岩体结构面的现场测量,获取岩体节理几何形态空间分布信息,建立三维岩体结构面空间分布模型。在此基础上,利用获得的边坡岩体结构面基本参数信息,基于不稳定块体快速识别和分析系统(Geo SMA-3D),进行边坡关键块体的搜索,并对所得结果进行理论分析,确定边坡较易掉落的块体及影响块体不稳定的因素。     

基于岩体质量评价的充填采场稳定性分析

针对金属矿山采场遗留矿柱回采中的采场稳定性问题,利用点荷载强度试验得到单轴抗拉和抗压强度,基于非接触扫描方法对节理化岩体进行结构面信息统计,综合现场点荷载强度、结构面参数信息结果,采用工程岩体质量评价的BQ分级方法对采场围岩进行岩体分级,最终确定了岩体按质量分级主要为Ⅲ级,局部岩体为Ⅳ级。该方法能够实现非接触式扫描节理岩体获取结构面信息与岩石力学实验相结合的岩体质量评价,从而为类似矿柱回采工程提供参考。     

高陡边坡岩体结构数字识别及分析

采用先进的 ShapeMetriX3D 岩体三维非接触测量系统,对露天矿山高陡边坡岩体结构面进行摄影测量,从不同的角度来对指定的区域进行成像,对同一位置边坡的2个角度的照片进行3D模型合成,使用JMX Analyst模块对生成的3D模型进行岩体结构面以及裂隙等的标识解译,同时对获取到的结构面进行分组,对同组结构面数据进行统计分析,得到各种结构面几何信息的详细数据,有效地解决了高陡边坡岩体结构面人工采集危险性高、难度大的问题,为采场高陡边坡稳定性研究分析提供更加真实、可靠的数据支持。     

眼前山露天矿边坡岩体损伤规律研究

综合运用损伤力学、断裂力学、FLAC-3D及三维节理网络模拟等理论与技术,建立了三维节理岩体损伤演化的分析模型和计算程序,使节理岩体损伤断裂分析与岩体边坡开挖数值模拟有机地结合在一起,为研究探讨节理岩体边坡损伤演化规律提供了一种方便实用的方法.通过对鞍钢眼前山露天铁矿南帮边坡的模拟分析,定量揭示了露天矿边坡节理岩体伴随采矿开挖的损伤劣化的演化规律,为评价露天矿边坡稳定性与可靠性的动态变化规律奠定了基础.     

基于Sirovision的节理岩体调查及稳定性分析

针对人工近距离接触测量获取岩体结构面信息工作效率低,劳动强度大等问题,开展了Sirovision岩体结构面三维不接触测量系统的研究。介绍了该系统的硬件组成及后处理软件的具体功能,提出了一套适用于该系统的岩体结构面信息采集方法与数据处理流程,并成功应用于铁蛋山铁矿的节理岩体调查与分析中。首先根据现场采集的调查区内原始格式二维图片,获得了真实坐标定位的巷道三维空间模型数据;然后进行了岩体结构面的数字化识别,并将得到的统计数据依据产状特征进行了分组,获得了不同节理组的空间方位统计信息;最后根据不同节理组间的相互位置关系,进行了基于后处理软件系统的楔形体结构分析,确定了危险块体的位置。上述研究成果可为矿山安全生产及工程参数优化提供参考。     

A constitutive model and FEM analysis of jointed rock masses

In the present study, a constitutive model of jointed rock masses is presented which reflects the size, density, orientation and connectivity of joints as well as their mechanical properties. Following the continuum approach, the incremental stress-strain relation of the jointed rock mass is formulated by taking the volume average of stress and strain inside a representative volume element where the evaluation of the relative displacement across the joints is required. Employing an elasto-plastic constitutive model of the joint behavior, the relative displacement across the joint can be obtained once the stress acting on the joint is known. The fundamental difficulty in the constitutive modeling of jointed rock masses is due to the fact that the stress acting on a joint is different from the average stress since a joint does not cut through the rock mass but terminates within the rock mass, possibly connecting with other joints. The lower the stiffness of the surrounding matrix is, due to the existence of other joints or the connection of joints, the higher the stress acting on the joint will be. In the present study, the stress concentration tensor, which gives a relation between average stress and the stress acting on the joint, is introduced and a simple method to evaluate it is developed. The interaction effect between joints and the effect of joint connection are properly considered in the model. Some simple examples are solved by the proposed constitutive model. The results are in agreement with experimental data showing the characteristic features of the behavior of jointed rock masses. The proposed constitutive model for jointed rock masses is implemental into a finite element analysis program with a 3-D isoparametric element to analyze actual engineering problems. As an example, the program is used to analyze a plate-loading test problem and the results of the 3-D finite element analysis of the problem are compared with the test data. For highly jointed rock masses, the continuum model offers a powerful analytical method.     

节理岩体边坡采动损伤与可靠性分析

为定量分析节理岩体边坡的采动损伤对边坡可靠性的影响,通过对大孤山铁矿下盘混合岩边坡进行现场勘测与模糊C均值聚类优化分析,确定了岩体2组优势节理的倾向、倾角、迹长和密度的随机分布参数。利用Hoek-Brown强度准则参数m和s与岩体质量分类指标GSI和扰动系数的关系,采用Monte-Carlo模拟抽样技术获得了节理岩体强度的随机分布参数。建立了节理岩体损伤与扰动系数D的联系,应用Kawarnoto损伤张量对采动损伤进行了数值分析,并根据Rosenblueth原理获得了扰动系数D以及反映时空效应和各向异性的岩体强度随机分布参数。基于此,定量分析了大孤山铁矿下盘混合岩节理岩体边坡采动损伤的时空变化特征及其对边坡稳定性的影响。结果表明,采场底标高从-87 m降至最终-450 m时,坡顶至-87 m水平同一高度滑弧可靠性指标相对下降7.7%,原因为采场下移导致节理岩体损伤加剧、强度降低所致,并且危险滑面逐渐向坡面偏移,与坡面近处岩体的损伤较大相关。     

基于相似材料试验的节理边坡稳定性分析

节理岩质边坡通常是由节理岩块及完整岩块构成的复杂地质体,其稳定性受到节理产状特点与边坡开挖卸荷作用共同影响,因此节理边坡稳定性分析一直是岩土力学的研究热点.本文结合袁家村铁矿边坡的复杂节理条件,设计了相似材料试验,通过材料制备、节理预制、开挖模拟等试验环节再现边坡开挖卸荷破坏过程,并借助XTDP摄影测量系统对边坡进行位...     

节理岩体边坡渐进破坏的试验研究

岩体边坡是含有大量裂隙且服从统计规律的损伤体。应用自行设计的底摩擦试验机，对只考虑自重作用的节理岩体边坡渐进破坏规律进行了模拟试验研究，得出了1组节理、2组节理的边坡渐进破坏的规律，其试验结果对确定节理岩体边坡破坏模式具有指导意义。     

Sirovision节理岩体遥测系统误差分析与修正方法

采用Sirovision节理岩体遥测系统进行岩体结构数据分析。为了获得更为精确的统计结果,首先对该系统的现场测量及数据分析流程进行了研究,介绍了该系统设备的组成及工作原理,分析了采用该系统进行节理岩体调查和分析时的误差主要来源,并将其归纳为拍摄操作误差、控制点坐标误差以及节理识别误差等几类;然后针对不同的误差来源,开展相应的误差标定试验,分析误差产生的原因及其对调查分析结果的影响程度,提出了减小误差的措施,实现了对调查分析结果的修正;最后基于修正后的Sirovision节理岩体调查及分析方法对焦家金矿典型岩体进行了岩体结构调查与分析,完成了岩体三维模型的重构与结构面信息的提取,并将调查分析结果与手工测量结果进行了对比分析,结果表明,基于修正后的Sirovision节理岩体调查及分析方法获得的数据与实际情况吻合良好,能够达到节理岩体调查所需的精度。参照所获取的节理空间分布形态对焦家金矿岩体的不稳定结构（楔形体结构）进行了分析,可为矿山岩体稳定性分级和确保矿山安全生产提供依据。     

基于岩体结构数字识别技术的露天矿山边坡生态修复方案优选

露天矿边坡生态恢复是绿色矿山建设的重要组成部分,目前露天矿山边坡生态修复方案选取存在影响因素多、方案配置差和评价体系不健全的问题,开展露天矿边坡生态修复方案优选研究,对于我国绿色 矿山建设具有重要的推动作用。以铜山口矿山露天边坡为研究对象,采用三维重构和理论分析相结合的方法,利用高精度三维激光扫描技术,构建了铜山口矿山地表精细化数字模型,结合矿山边坡工程地质情况进行 边坡分区研究,得到7个边坡分区图;基于岩体结构数字识别技术获得各分区的边坡角度、高度和岩体节理裂隙密度参数,采用岩体BQ分类法对各个分区进行了岩体质量分级评价,结果表明：5区和7区边坡岩体质量等 级为Ⅰ级,1、2、4、6区边坡为Ⅱ级,3区边坡等级为Ⅲ级。在此基础上围绕边坡分区的岩体质量分级开展了边坡生态修复方案优选,研究表明：5区和7区边坡推荐采用厚层基材喷播技术,1、2、4、6区边坡推荐采用 三维网植被技术,3区边坡推荐采用客土喷播技术。上述分析进一步表明：通过采用岩体结构数字识别技术实现边坡科学分区、实现各区生态修复方案优选的方法,对于提高露天矿山边坡生态修复工作效率和质量有一 定的参考价值。     

基于FLAC3D的节理岩体巷道锚注加固数值模拟

通过对节理面锚注加固抗剪切强度的力学推导,得出锚注加固在节理岩体巷道中的作用机理以及锚杆和注浆的联合应用增强和加固了围岩的支撑能力。通过FLAC^3D大型数值模拟软件,对节理化软岩巷道未支护、锚注加固时的岩体巷道围岩进行数值模拟分析研究,锚注加固对于改善节理化软岩巷道围岩的受力状况、限制巷道围岩变形量具有重大的作用,对节理裂隙岩体进行锚注加固是一种有效的节理岩体支护方法。     

开挖卸荷后节理岩质边坡的稳定性分析

在对节理裂隙受拉压不同状态的分析基础上,分别采用应力控制裂隙张开、应变控制裂隙闭合的判别准则,利用ABAQUS软件建立了倾角为90°的垂直节理和倾角为52.5°的倾斜节理组成的节理岩质边坡模型,并对该节理岩质边坡的稳定性进行了模拟分析。通过对节理岩质边坡破裂过程的模拟,直观地得到了坡体的滑移破坏面,证明了节理是控制岩质边坡破坏的主要因素,对于理解边坡的破坏形成机理具有重要意义,说明该判别准则能够较为准确地预测节理岩质边坡潜在破坏面的形状与位置,对于复杂的边坡稳定性分析可以提供相应的理论借鉴。