深海能源土含气储层边坡稳定性研究

深海能源土开采不当往往会造成含水合物储层的强度劣化,诱发海床失稳问题。为探究深海能源土开采对含气储层边坡稳定性的影响,以深海能源土采挖回填装置的开采工况为实际工程背景,针对3种工况下能源土采挖回填诱发的海底滑坡现象,基于有限元强度折减法建立数值模型,分析不同黏土含量、含气量及回填加固等因素引起的水合物含气储层稳定性问题,得到相应安全系数。研究结果表明：黏土含量越高,海底沉积物边坡的安全系数越低,边坡稳定性越差;含气量对深海能源土含气储层的边坡稳定性呈非线性影响,安全系数随含气量的增加呈先上升后下降的趋势;采用胶结性材料进行回填加固处理可提高海底边坡安全系数,边坡稳定性增强。     

露天煤矿岩质高边坡下充填开采研究

为研究在露天煤矿岩质边坡下开采对边坡稳定性的影响,以阜新矿区某露天煤矿边坡为研究对象,采用相似材料模拟进行边坡下充填开采的研究,并使用有限元软ADINA建立三维模型,采用有限元折减法计算了未开采、全陷开采和充填开采边坡的安全系数。研究表明,充填开采后边坡的安全系数明显大于全陷开采的安全系数,充填开采能有效地控制露天矿岩质边坡的移动和变形,边坡的位移值沿坡脚向坡顶方向逐渐减小,对边坡稳定影响较大的因素为坡顶边缘位置的水平移动和水平变形,在露天煤矿岩质边坡下进行充填开采是切实可行的。     

基于极限平衡的某磷矿边坡稳定性分析

边坡失稳已成为露天矿山最大地质灾害之一,而影响边坡稳定性的因素却是错综复杂的。息烽磷矿露天开采已达到设计开采标高,资源量已不能满足矿山开采能力的需求,矿山需从露采转入地下开采。针对地下开采对露天边坡稳定性问题,采用极限平衡方法对潜在滑坡段边坡安全系数进行了定量计算,结果显示,边坡安全系数为1.21,处于基本稳定状态。后期受露天转地下复合扰动作用以及其他外在因素影响,其稳定性可能降低,对此提出相应的控制技术措施对潜在不稳定边坡进行防治。     

挂帮矿充填法开采对高陡边坡及采场围岩稳定性的影响

以大冶铁矿高陡边坡下2#挂帮矿回采为工程背景,首先采用GEO--SLOPE软件对挂帮矿开采中边坡稳定性进行了分析;然后通过现场监测及模型相似实验相结合的手段,研究矿柱及围岩的应力及位移变化规律,探讨了挂帮矿充填法开采对采场围岩稳定性的影响.研究表明挂帮矿所在露天初始边坡经过扩帮及内部开采后,安全系数平均值由1.274下降至1.005,边坡稳定性较差;目前空区采场矿柱及围岩稳定性较好,但必须对现有采空区进行充填,改变空区及矿柱应力集中状态,才能进行矿柱及顶底板矿石回采.     

降雨入渗条件下路基边坡最小势能稳定性分析

为了研究降雨入渗条件下路基边坡稳定性,采用非饱和土强度理论和改进的最小势能法,分析了渗流力、基质吸力及吸力摩擦角对边坡稳定性的影响。结果表明:边坡在降雨渗流力作用下,安全系数减少,稳定性降低;改进的最小势能法与Bishop、Jabu法计算结果误差在10%以内;随着基质吸力、吸力摩擦角变化路基边坡的安全系数变化趋势与工程实际吻合。该法不需划分条块及迭代,便于在工程应用。     

桥梁工程施工及运营对岩体边坡稳定性的数值分析

使用强度折减法、Mohr-Coulomb破坏准则和有限元分析方法, 对岩体边坡在群桩施工前后、桥墩和桥梁施工时及运营荷载作用下的稳定性进行了数值模拟. 模拟时, 根据现有规范计算列车运营对桥墩顶部的竖向活载和制动力, 并根据岩土层分布建立了桥墩所在岩体边坡的3维几何模型, 研究了桥梁工程施工及运营的不同工况对岩体边坡稳定性的影响. 研究结果表明, 群桩施工前后边坡稳定性安全系数分别为1.35和1.63; 桥墩高度为6.0, 12.0, 18.0, 22.5 m时边坡稳定性安全系数分别为1.61, 1.60, 1.58, 1.57; 桥梁施工结束时及列车荷载作用下的边坡稳定性安全系数分别为1.55和1.53; 随着桥墩和桥梁施工荷载的增加, 岩体边坡中塑性区Mises等效应力逐渐增大, 边坡稳定性逐渐降低. 该结果对不同工况下岩体边坡中的桥梁工程设计和施工具有一定的参考价值.     

土质边坡稳定性的整合分析

将有限元方法和极限平衡法结合起来综合分析边坡稳定性,整合两者的优点,提出了综合法基本原理及边坡安全系数的计算程序.利用有限元软件ANSYS得出边坡最危险滑动面以及坡体内的应力和应变,在通过极限平衡条分理论求得边坡安全系数.算例表明综合法求得的边坡稳定安全系数与其它方法的计算结果相近,而且更加精确分析了各种方法对边坡稳定计算结果差别的影响因素,为边坡加固设计提供了依据.     

渗流条件下具有张裂缝边坡的稳定性分析

针对渗流条件下具有张裂缝边坡的稳定性,将流网合理简化,采用以土体(总应力法)或土骨架(有效应力法)为研究对象的2种方法,基于直线、圆弧和任意曲线3种滑动面型式,推导出折线型和台阶型边坡的安全系数计算公式.通过算例分析比较这些方法的异同,并研究张裂缝位置与张裂缝水位对边坡稳定性的影响.研究结果表明:从计算所得的安全系数来看,直线滑动面最大,任意曲线滑动面与圆弧滑动面相接近,但比之较小,说明任意曲线滑动面所得结果更偏于安全;当采用同种类型滑动面时,以土体和土骨架为研究对象的2种计算方法所得的安全系数和临界滑动面均接近,但以土骨架为研究对象的计算方法所得结果偏小一些,因而,以该种计算方法分析所得边坡状态更偏于安全;曲线滑动面(包括圆弧和任意曲线)计算认为张裂缝位置离坡顶距离越近,边坡稳定性越小,而直线滑动面计算认为张裂缝对边坡稳定性影响最大的位置存在特定值;当张裂缝水位升高时,各方法计算所得的安全系数均减小,说明张裂缝水位越高,边坡状态越不稳定.     

有限元离心加载法分析边坡稳定性

从边坡安全系数的基本定义出发,通过边坡"虚拟工况"概念,提出有限元离心加载分析边坡稳定性的方法.在K倍重力场作用下,对边坡岩土内摩擦角进行相应的折减,用有限元计算至极限平衡状态(即边坡综合下滑力增大至K倍,综合抗滑力不变而达到极限平衡状态),从而得到边坡的安全系数K.此法弥补了以往离心加载方法计算边坡稳定性的不足.其计算结果与强度折减法相互认证,表明有限元离心加载法是另一种利用有限元计算边坡稳定性的可靠方法.     

考虑尖点突变理论的边坡安全稳定性综合评价

边坡稳定性受多种因素影响而且目前的分析方法仍存在不足,为了更加高效准确地判断边坡的稳定性,实现失稳判据的量化,基于尖点突变理论-强度折减法,运用FLAC3D数值模拟软件,以某工程边坡计算边坡逐步强度折减系数下位移变化情况,建立强度折减系数-位移的突变数学模型,分析在天然工况及地震工况下边坡的稳定性情况,并与强度折减法、极限平衡法进行对比分析。研究结果表明：基于尖点突变理论得出的安全系数与强度折减法、极限平衡法所得安全系数基本一致,验证了此类方法的可行性,为边坡稳定性分析提供了新判据。     

数值分析法确定露转坑岩层移动范围

 随着浅部矿产资源的枯竭,中国许多露天开采已经或即将转入地下开采,或露天与地下联合开采。合理确定岩层及地表的移动,为露转坑设计和安全生产提供依据是露转坑联合开采首先要解决的重要课题之一。为了验证永平铜矿露天转地下开采工程设计的合理性,为后续安全生产提供参考,采用三维有限差分数值模拟计算方法,系统地分析永平铜矿II、IV号矿体在不同开采水平的岩体移动变形、地表位移变化及露采边坡稳定状态,给出了相应开采水平的岩体及地表移动变形特征、最大垂直和水平位移,以及岩体移动角。结果表明,II号矿体对岩层移动的影响远大于IV号矿体;最大垂直和水平位移均在II号矿体上部东部边坡岩体中;合理的开采顺序应是先采Ⅳ号矿体,后采II号矿体;模型局部地段处于破坏或极限稳定状态,但随开采深入,露采边坡整体处于稳定状态,因此矿山采用的矿房回采嗣后充填采矿方法合理可行。用FLAC3D数值模拟方法研究露转坑联合开采的岩层移动规律,反映了岩体应力、变形的客观过程,为露转坑矿体开采岩层移动范围确定提供了一条新的途径。     

诱导冒落法回采挂帮矿引发的边坡失稳

在露天转地下过渡期利用诱导冒落法回采挂帮矿时将引发边坡大规模失稳,这将对坑底的露天采矿、露天运输系统以及地表设施和建筑产生威胁.岩体结构对边坡失稳的发展有着关键的控制作用,通过非连续变形分析(DDA)方法研究了不同边坡岩体结构下,采用诱导冒落法回采挂帮矿时引发的边坡失稳过程.通过7组岩体结构各不相同的边坡模型,得到三种边坡失稳模式:滑移失稳、倾倒失稳、复合失稳,不同的边坡失稳模式导致不同的边坡破坏程度及破坏规模.最后以海南铁矿为背景,对诱导冒落法回采挂帮矿引发的边坡失稳过程进行了实例分析,为挂帮矿的开采设计和边坡失稳风险预测及预防提供技术支撑.     

地下采煤引起的黄土裂隙化物理模型试验研究

煤矿采空区的黄土边坡裂隙化严重,为研究地下采煤对黄土边坡裂隙化的影响,通过分级撤去缩尺模型底部支撑力来模拟开采过程,利用布里渊光纤应变测试仪监测各阶段中坡体的应变,结合其位移变化,分析黄土斜坡在地下采空条件下裂隙产生的位置、形态、斜坡体内部应力变化及黄土斜坡裂隙化规律。结果表明:地下采煤不仅导致黄土斜坡产生剪切裂缝还会产生拉张裂缝,产生裂缝的类型与采空塌陷的位置有关;地下采煤导致黄土斜坡产生的裂缝将切割斜坡,被切割的块体临空面较原始斜坡变陡,坡内应力状态发生变化,同时坡体完整性变差,天然强度降低;裂隙分布规律与采空塌陷边界基本一致;地下采煤引起的黄土裂隙化会改变坡体内应力重分布,重分布应力会产生次级裂缝,进一步破坏坡体。     

露天、井下复合开采条件下边坡稳定数值模拟

为了解决露天与地下复合开采条件下的边坡稳定性问题,通过有限元数值模拟分析地下开采下露天矿边坡中的应力、位移场,损伤,探讨了地下开采对边坡稳定性的影响。采用国际上比较流行的大型有限元分析软件ABAQUS,结果表明,此方法不仅适用地下与露天复合开采条件下的边坡稳定性的评价,同样也适用于地下开采对丘陵山区斜坡体、铁路路基稳定性的评价。     

露天转地下开采岩体稳定性三维数值模拟

露天转地下开采围岩应力和工程尺度同时影响着地下工程和露天边坡的稳定性.通过三维数值模拟,揭示了露天边坡内地下开采采场周围和边坡的力学环境,探讨了围岩移动变形、应力分布和破坏机理,分析了边坡稳定性状况.研究表明,在扰动边坡下进行地下开采,坡脚处的局部弧形破坏区将进一步恶化,但不会影响边坡的整体稳定性.由于边坡的卸荷作用,导致采场上覆岩层成拱机制减弱,采空区覆岩存在整体垮冒的可能性.     

露天转地下开采模型试验系统及其应用

为研究露天转地下开采条件下,高陡边坡与地下采场围岩的变形和应力变化规律,研制出一种高陡边坡露天转地下开采模型试验系统.该系统由开采模拟方法和开采模拟系统组成,其中,模拟试验方法包含完备的模型制作和开采模拟技术,开采模拟系统包含模型框架、模型制作设备和模型监测系统.以大冶铁矿狮子山矿段为工程背景,运用该系统进行露天转地下开采模型试验研究,得到开采过程中矿区边坡、地下采场围岩的变形规律和破坏特征.研究结果表明:该系统具有良好的适应性,可满足露天转地下开采及其他大型地下工程物理模型试验研究的需要.     

大冶铁矿深凹露天开采最终边坡稳定性分析

针对大冶铁矿东露天最终边坡的工程地质条件,结合实际的开挖步骤与顺序,采用极限平衡理论和有限差分数值模拟两种方法,从分析开挖卸荷引起的边坡岩体应力、位移和塑性区变化规律入手,对最终边坡的整体稳定性进行计算分析.结果表明,边坡安全系数大于1.25,基本处于稳定状态.三个计算剖面上,由开挖引起的应力、位移和塑性区的分布和变化规律基本一致.回填体不仅提高了边坡的稳定性,还为转入地下开采提供了所需的安全覆盖层厚度.     

具有深凹特征的改进挂帮矿诱导冒落开采方法

大孤山铁矿为大型深凹露天铁矿山,在露天转地下过渡期中,采用诱导冒落法开采挂帮矿的新型露天转地下过渡模式.对大孤山铁矿现存挂帮矿进行三维建模分析,依据过渡模式的露天地下协同开采的安全要求,选择南帮挂帮矿作为过渡期第一阶段露天地下协同开采区域,通过采用合理的回采顺序控制边坡上塌陷坑范围和塌陷坑容积,使滑移体全部滑入塌陷坑.开采东帮挂帮矿为露天转地下第二阶段,利用露天原有运输系统迅速提高地下产能,并采用合理方式控制东帮边坡滑移岩体.最后采用该方法对大孤山铁矿露天转地下进行方案设计和验证.     

铁矿排土场挡土坝稳定性数值分析

利用矢量化的某铁矿排土场边坡原地表地形图在AUTOCAD中形成原地表三维立体图.平面计算的模型为三维立体模型的剖面.在自重荷载的情况下考虑地下水的组合,用ANSYS有限元分析软件对32°边坡和挡土坝进行了简化为平面应变问题的应力和位移场的分析.排土场边坡位移都很大,这主要是因为排土场高度较大,变形较大是合理的;地表水和地下水的控制是提高排土场稳定性的极有效的措施.对挡土坝而言,主要关注坝踵区的应力状态和变形的大小与方向,同时根据材料的抗拉强度与实际拉应力的比值给出的可供参考的安全系数.在构筑了挡土坝的条件下32°坡角的排土场边坡是稳定的.在排土场边坡的坡脚修建挡土坝既有利于边坡的稳定性,又有利...     

露转地逆倾分步开采对含断层高陡边坡稳定性的影响

以攀枝花某钒钛磁铁矿高陡边坡为工程背景,对逆倾分步开挖条件下含有断层边坡的稳定性问题进行了研究.通过现场踏勘、工程地质钻探方法,初步掌握岩层及断层分布情况,通过对现场钻孔岩块样品的测试,获取了岩层物理力学参数.在此基础上,运用FLAG3D软件数值模拟了有断层存在的情况下露天转地下逆倾分步开采对露天高陡边坡稳定性的影响,得出了该矿区露转地边坡内部应力及位移分布特征和边坡变形及破坏规律,揭示了F316、F317断层对边坡滑移模式与稳定性的影响,对于采矿安全和提前预警有重要意义,同时为正确确定合理开采方案和制定合理的安全治理技术措施提供了依据.