基于参数敏感性反演分析的岩质高边坡稳定性研究

以岩质高边坡为研究对象,建立能够反应边坡内部块体、结构面之间关系的大型、精细有限元模型。主要从安全系数角度出发,量化分析边坡岩性和结构面力学参数的准确性,根据参数敏感性分析结果进行刚体极限平衡法仿真反演分析,从而得到边坡稳定性有限元分析的定性评价。     

基于有限元折减强度法与极限平衡法结合的岩质边坡稳定性分析

 基于露天矿岩质边坡的稳定性分析及边坡角优化的需要,提出采用有限元折减强度法与极限平衡法相结合的方法对露天岩质边坡进行稳定分析,并对算例中的最终边坡角进行了优化。该方法首先利用有限元折减强度法计算出边坡内部塑性区,并假定塑性区为边坡潜在的滑动面,从而能够确定滑动面的倾角范围。此后再以此滑动面倾角范围为分析起点,结合极限平衡理论计算出在不同边坡角下的边坡安全系数。通过绘制安全系数随边坡角的变化曲线,即可找出满足安全阈值的最优边坡角。最后,采用该方法对兰伯特角铁矿中部矿区上盘边坡角进行了优化,证明了该方法的可行性。     

随机结构面切割岩质边坡空间块体模型及关键块体分析

在现场结构面非接触摄影技术采集的基础上,提出基于虚拟网格的、采用随机结构面切割岩体的方法,建立了岩质边坡空间块体模型.并将该模型接入作者团队自主开发研制的三维数值分析系统GeoSMA-3D,进行岩质边坡关键块体搜索和分析.算例表明:该模型具有可以动态添加结构面、易于建立复杂岩体边坡几何模型等优点,并对辽宁某边坡进行了关键块体分析.     

岩体隧道施工诱发的关键块体三维模型及其验证

在岩体隧道工程岩体结构面的观测基础上,研究了结构面三维模型及网络模拟技术,通过不连续面网络图模拟真实岩体的几何特征,讨论了两种块体搜索方法,即根据确定结构面参数搜索确定块体和根据节理面网络图搜索随机块体的方法.引入概率理论对被节理切割的岩体中关键块进行了分析,采用蒙特卡罗法和面向对象的编程技术,给出了基于统计原理的岩体不连续面三维计算机模拟方法.建立了岩体工程适用的块体搜索和计算模型,实现岩体隧道工程的关键块体计算机搜索、三维显示和旋转等.     

顺层岩质边坡稳定性影响因素灰色关联分析

首先用离散元软件UDEC计算出顺层岩质边坡稳定性安全系数在不同因素影响下的大小,再依据该结果用灰色关联方法分析7个不相关因素(岩层倾角、岩层厚度、岩体密度、层面内摩擦角、层面粘聚力、岩体内摩擦角、岩体内聚力)对顺层岩质边坡安全系数敏感性影响。研究结果表明:层面粘聚力和岩体内聚力对顺层岩质边坡稳定性影响比较敏感,岩层倾角、岩体密度、岩层厚度以及层面内摩擦角次之,岩体内摩擦角相比之下较不敏感。该结论为以后顺层岩质边坡的设计及其治理提供了评价依据。     

边坡JRC-JCS极限平衡安全系数的计算

为了采用极限平衡法计算节理粗糙度系数JRC与节理压缩强度为JCS的岩质边坡安全系数,建立JRC-JCS准则下简化Bishop极限平衡计算公式,并分析JRC-JCS参数对于边坡安全系数的影响.研究结果表明:随着JRC的增大,黏结力c和内摩擦角φ呈非线性增大,并且黏结力受影响的敏感度增大,而内摩擦角受影响的敏感度降低;黏结力c和内摩擦角φ均随JCS的增大呈非线性增大;随着JRC和JCS的增大,边坡的安全系数F逐渐增大,JRC 越大,节理面越粗糙,岩体的稳定性越高;JCS越大,岩石颗粒排列得越紧密,岩体的压缩强度越大,岩体的稳定性越高,边坡整体安全系数也越大;F与JRC和JCS的关系呈现非线性特征,可通过指数方程进行拟合.     

基于AHP的岩质高边坡风险评估指标体系

以高速公路岩质高边坡风险评估指标体系为研究对象,在调查多条高速公路300余处岩质高边坡的基础上,根据高速公路岩质高边坡的养护管理的工程实际并结合已有研究成果,确定高速公路岩质高边坡的4种主要破坏模式,并针对每种破坏模式总结岩质高边坡失稳风险的主要影响因素及相应风险检查指标,根据各检查指标的重要性程度结合AHP方法(层次分析法)计算得到各指标所占权重,建立适于高速公路边坡养护管理的岩质高边坡风险评估指标体系。最后结合工程实例,验证该方法的准确性和有效性。研究结果表明:此风险评估指标体系提出了一套完整的高速公路岩质高边坡风险评估方法和养护对策,对高速公路高边坡管养单位确定岩质高边坡滑坡风险并合理安排养护资金有参考价值。     

Whittle软件在内蒙古迪彦钦阿木钼矿境界优化中的应用

境界优化是露天矿一个重要的步骤和环节,它可以使矿山企业利润最大化,但由于露天开采面是复杂多变的地质岩体、无序的品位分布以及多变的经济参数等一系列非线性动态问题,最优境界的确定显得尤其困难。本文在利用surpac建立三维地质实体模型和块体模型的基础上,在考虑资金的时间价值和边坡角几何约束条件下,根据不同矿石市场价格、边坡角影响及剥采比的变化情况,运用whittle矿业软件进行动态综合的境界优化,寻求一个最优的开采境界,对下一步矿山初步设计和开拓提供参考和决策依据。     

倾倒滑塌式崩塌预警判据研究

通过对倾倒滑塌式崩塌变形破坏机制的分析,确定控制崩塌失稳的关键块体及其破坏过程.根据莫尔库伦准则建立崩塌极限状态下的平衡方程,依据断裂力学理论确定临界裂缝深度,并以此确定极限平衡方程中崩塌的自重,再由极限平衡方程反推确定崩塌裂缝的临界宽度,最终建立崩塌裂缝临界宽度预警判据公式.通过对比物理模拟试验结果和崩塌裂缝临界宽度判据计算结果表明:裂缝临界宽度判据公式的计算结果与试验模型破坏时监测到的临界裂缝宽度值接近,裂缝临界宽度预警判据是合理可行的,可以作为倾倒滑塌式崩塌的监测预警的重要依据.     

板裂介质岩体边坡的后屈曲性态

应用板裂边坡介质力学计算模型,在边坡岩体屈曲性态和变形因素分析的基础上,研究了层状边坡在分叉点附近的邻域,探讨了结构分叉后平衡路径的演化途径;应用后屈曲能量准则建立的平衡稳定模态幅值方程,充分考虑屈曲岩层自重的法向分力对边坡稳定性的影响,得到一般情况下板裂介质岩体边坡溃屈极限长度方程;给出了任意倾斜角度边坡溃屈极限长度和模态幅值的极值,并以此作为岩体边坡稳定性的位移判剧.研究表明:分叉点附近的邻域与边坡坡角、岩体材料及结构几何特征有关;边坡从初始屈曲到后屈曲的变形过程中,只有当正则因子改变正负号时,系统才会从一个状态突跳至另一个状态;而由坡角确定的剖分因子始终控制着系统状态变量与载荷的对应关系,并有利于边坡岩体结构的稳定.图1,参12.     

层状边坡岩体结构的后屈曲

应用后屈曲能量准则建立的平衡稳定模态幅值方程，研究了不同类型层状边坡在分叉点附近的邻域及其溃屈极限长度，探讨了结构分叉后平衡路径的演化途径。研究发现，临空和临气边坡在确定分叉点附近的邻域时，具有相同的表达式，分叉点附近的邻域与岩体材料、结构几何特征及坡角有关；由坡角确定的剖分因子可剖分出各类边坡模态幅值的计算公式；边坡从初始屈曲到后屈曲的变形过程中，模态幅值与载荷间存在着单值的对应关系。研究结果表明，利用突变理论可从另一角度建立坡脚开裂的判据，也可确定边坡的变形模态；具有与尖点突变模型相同数学特点的状态变量，只有当剖分因子改变正负号时，才会从一个状态突跳至另一个状态。     

基于一阶二次矩阵的寒区土质高切坡稳定可靠度分析

以寒区土质高切坡为研究对象,构建了寒区土质高切坡浅层滑动失稳模型,基于极限平衡原理和可靠性原理,建立了寒区土质高切坡的可靠指标和失稳概率计算方法。以G580线和田至康西瓦公路段K86+780～K86+840土质高切坡为例进行了寒区土质高切坡可靠度计算,并分析了各种因素对寒区土质高切坡失稳概率的影响规律。结果表明,该方法建立的可靠指标与失稳概率计算方法可以用于寒区土质高切坡稳定性分析,并且当融化深度大于1.4 m时高切坡失效概率迅速升高,1.4～2.1 m失效概率增长74.4 %,当融化深度大于2.1 m时坡体处于不稳定的状态;当土质高切坡粘聚力从8 kPa增长到14 kPa的时候,失稳概率降低约88.4 %,稳定系数增长0.45;当土质高切坡内摩擦角从15 °增长到23 °时,失稳概率降低约15 %,稳定系数增加约0.07;当土质高切坡坡率由0.5增加到0.8时,边坡失稳概率由26.5 %增长到61.4 1%,坡率到0.8时为峰值,大于0.8之后失稳概率逐渐减小,到1.5时失稳概率降低至25.2 %,降低约36.21 %。     

岩质边坡楔形体最优锚固角的计算方法研究

以岩质边坡楔形体为研究对象,研究其最优锚固角的计算方法。将楔形体边坡的安全系数作为目标函数,将锚固力的方向角度作为优化变量;并结合楔形体的平衡方程、结构面的屈服条件、边界条件等约束条件,提出一套使安全系数最大化的楔形体最优锚固角的计算方法。这种计算方法可以准确、简便的计算得到楔形体的最优锚固角,具有概念明确、计算精度高等特点,方便工程技术人员对楔形体的加固进行优化设计,以达到安全、经济之目的。     

陡倾顺层边坡地下开挖失稳模式分析

为了探究陡倾顺层边坡在地下开挖工况下的失稳模式,进行陡倾顺层边坡的地下开挖相似模型试验,并通过离散元软件(universal distinct element code,UDEC)数值模拟分析与相似模型试验互相验证,以极限平衡法为理论基础提出该失稳模式的稳定性分析方法,并以相似模型试验验证方法的可行性。试验结果表明,陡倾顺层边坡开挖后,其开挖区上方岩体将沿岩层层面发生剪切滑动,并导致边坡坡面产生塌陷,可见其失稳模式为"滑塌"破坏。通过计算边坡模型潜在滑塌岩体的抗滑力和下滑力,定义安全系数为其比值,得其安全系数为0.66。该稳定性分析方法可为边坡安全性评价提供新思路。     

顺倾岩质高边坡开挖变形机理及计算

为了进一步分析顺倾岩质高边坡开挖变形机理及变形计算方法,以卸荷岩体力学及弹性力学理论为基础,对顺层岩质边坡开挖前后边坡岩体的力学状态进行了分析,对边坡变形机理及变形计算方法进行了研究．研究结果表明,顺倾岩质边坡在开挖过程中岩体受力状态发生改变,岩体力学参数劣化,造成边坡发生较大变形;顺层岩质边坡变形主要由浅表松弛变形、卸荷回弹变形及顺层滑移变形组成．并以弹性力学为基础提出了边坡卸荷回弹变形的计算方法,依据能量守恒定律推导了顺层滑移变形的计算方法．     

基于极限平衡法的岩质边坡结构面贯通性质研究

结构面影响着岩质边坡稳定性,而结构面的贯通性质是研究结构面的重点。针对某岩质边坡工程,利用Slide极限平衡法软件,从结构面倾角、贯通率和贯通形式出发,研究贯通性质对岩质边坡稳定性的影响。计算结果表明:结构面的贯通形式对坡体稳定性无明显影响;当坡体处于稳定状态时,结构面倾角越大,坡体安全系数越大;当坡体处于失稳状态时,结构面倾角越大,坡体安全系数越小;当结构面的倾角和贯通形式一定时,结构面贯通率越大,边坡安全系数越小,坡体容易发生失稳破坏。     

急斜煤层放顶煤开采中基本顶的溃屈破断分析

针对急斜煤层水平分段放顶煤开采过程中基本顶破坏活动对工作面的影响,应用板裂介质力学计算模型,进一步研究结构分叉后平衡路径的演化途径;应用后屈曲能量准则建立平衡稳定模态幅值方程和溃屈极限长度方程。研究表明:分叉点附近的邻域与煤层赋存条件、岩体材料及结构几何特征有关;基本顶从初始屈曲到后屈曲的变形过程中,只有当正则因子改变正负号时,系统才会从一个状态跳到另一个状态,基本顶岩体结构的后屈曲是一个由分叉点后屈曲性态到极值点后屈曲性态的耦合过程;而由倾角确定的剖分因子始终控制着系统状态变量与载荷的对应关系,影响基本顶的稳定性。     

大顶铁矿露天采场边坡稳定性分析与优化设计

针对大顶铁矿露天采场边坡岩体强度低、稳定性差的特点,在系统的现场工程地质、水文地质、岩体结构与岩性分布调查和岩石物理力学性质试验基础上,采用符合现代岩石力学原理的数值模拟和极限平衡相结合的方法,进行边坡稳定性和设计优化研究,并推荐了该矿的边坡设计方案.总体边坡角比原设计平均提高3°以上.     

基于可靠度理论对滑移式落石的稳定性及敏感性分析

汶川地震引发了大量的地质灾害,其中坡表停留孤石的判定及治理成为了灾害重建的难题。针对偏心滑落式孤石的稳定性极限特征,用可靠度理论,建立其可靠度判定极限状态方程;并根据现场量测及概率统计方法,对函数中孤石处的坡脚α、孤石的内摩擦角φ、单位长度危岩体重力G、孤石黏聚力c、孤石高度h等基本变量的均值、变异性系数及分布特征进行确定。基于以上研究成果,建立了偏心滑移式孤石稳定性可靠度指标计算方法;同时对各基本变量的可靠度敏感性进行研究。研究结果表明:孤石的倾角的可靠度敏感性最高,其次是孤石的单位长度重量、内摩擦角和黏聚力指标;而孤石的高度对其没有影响。