地震所致露天矿坡破坏的模拟与治理研究

为研究不同地震加速度和时间下,急倾斜且具有水平裂隙发育边坡的破坏特点及其治理方案的效果,使用PFC3D对地震过程及治理方案进行模拟。针对连续和非连续岩体模拟的特点,利用PFC3D模拟了加速度a分别为0.2g、0.3g、0.4g、0.5g,时间分别在8s、14s、20s内及稳定时边坡内部的破坏过程。根据模拟结果提出了一套边坡治理方案,包括:加固坡角和向坡面加钢筋并注浆形成增强体,并在相同工况下进行了模拟。结果表明:未治理震灾前,在a=0.2g、a=0.3g(14s以前)的地震工况下边坡是稳定的;根据方案治理后,a=0.2g,0.3g,0.4g(14s以前)时边坡是稳定的。本文还发现顺坡破碎带和逆坡破碎带的现象。对坡角和坡面进行约束可治理顺坡破碎带。但逆坡破碎带是无法抑制的。     

内排及削坡对露天矿边坡稳定性影响的实验分析

露天矿边坡稳定是煤矿工程安全生产的主要问题之一。采用内排压脚和削坡减重措施对增强边坡稳定作用较大,有利于现场开采安全。以安家岭露天矿29209工作面为研究对象,采用相似材料模型和数值模拟相结合的方法,研究内排及削坡对露天矿边坡稳定性的影响。研究结果表明,上覆岩层的垮落和变形形成的"拱式"结构使得岩体向边坡临空面方向发生水平移动,造成边坡岩体的开裂,甚至形成滑移面或潜在滑移面;随工作面的推进,地表形成W型沉陷形状,沉陷区域波及到坡面位置,累计沉降值达到2m左右;内排和削坡措施可有效减小边坡沿煤层上下面的错动;边坡的变形破坏以层间错动为主,同时伴有朝向采空区的塌陷;当工作面推进超过设计停采线50m时,垂直方向裂隙带下沉,1360平盘向边坡临空面水平推移约3m,形成典型"推移式"滑坡模式。     

煤层自燃所致上覆露天矿复杂边坡破坏过程模拟与现象研究

为研究煤层自燃过程中,其上覆急倾斜且具有水平裂隙发育岩体组成的边坡稳定性的影响,及其内部破坏与外部形态之间的关系,使用基于颗粒流理论的PFC3D对煤层自燃过程进行了模拟,分析了煤层自燃对边坡稳定性造成的影响及原因,据此提出了模拟煤层自燃的颗粒流方法。对燃空区8种不同的工况进行了模拟研究,其结果表明:煤层自燃过程对边坡的影响可分为三个阶段:燃空深度在距坡脚60m时,坡脚处有岩体开裂现象,边坡外部轮廓变化不明显;120m时,边坡中下部岩体出现鼓凸,标志着边坡大规模变形过程;160m时,边坡坡面岩体鼓凸基本停止,内部岩体变形和运移趋于停止,边坡趋于稳定。据此可表明煤层自燃程度与边坡内部破坏和外部形态有一定的关系。     

纵波作用下边坡动力响应规律研究

地震工程的观点认为水平地震力是引起岩土体破坏的决定性因素,竖向地震力的影响则微不足道。鉴于汶川地震中表现出竖向地震力对边坡和建筑造成极大破坏,本文利用FLAC软件对不同坡高、坡角的边坡在不同周期、振幅的纵波作用下边坡动力响应规律做了数值模拟研究。结果表明：坡高较低时,振动加速度在1/2坡高以下范围内随高程逐渐增大, 1/2坡高以上则保持不变,当坡高增大时,振动加速度变化出现律动性,坡顶附近较其他部位存在明显的放大; 坡角的增大会造成振动加速度放大幅度的增大; 振动加速度随动力振幅的增大而增大,并呈明显的线性关系; 振动加速度随地震波周期的增大逐渐减小。     

井工开采对露天矿高边坡稳定性影响的研究

以山西平朔安太堡矿露井联合开采为例,通过数值模拟及现场位移监测资料对比分析,探讨了露天矿高边坡在顺坡、逆坡及侧向切坡开采3种情况下的复合应力场和位移场的分布特征及规律。研究表明,边坡内井工开采不利于边坡稳定性,但由于工作面推进方向不同,边坡受采动影响部位的顺序不同,因而对边坡稳定性的影响存在一定的差异。逆坡开采时,随着工作面向坡内推进,边坡前、后期表现出两种完全不同类型的变形位移,前期以倾倒型崩塌破坏为主,后期稳定性有所增强; 顺坡开采时,边坡保安煤柱宽度不断减小,在侧向偏压作用下,边坡将产生沿软弱结构面的推动式剪切滑动; 边坡下切坡开采时,边坡除发生沿软弱结构面的推动式剪切滑动外,还可能发生后缘沿采空裂隙、下部沿软弱层面的张拉滑动变形。
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爆破振动作用下含软弱夹层边坡稳定性及安全判据

运用FLAC3D软件建立了顺层台阶边坡数值模型,首先分析爆破振动作用下边坡的振速响应规律,然后通过边坡的位移、剪应变增量分析其稳定性,最后根据边坡稳定性判据,制定爆破振速安全阈值。研究表明,随着爆心距的增大,振速传播规律为近处衰减快、远处衰减慢,坡面存在高程放大效应,临空面中由于软弱夹层的阻隔影响,使得坡脚的振速最大;边坡的变形破坏受软弱夹层控制,其上覆岩体为潜在滑体,破裂面可以根据水平位移云图和塑性区分布图综合确定;边坡的破坏是一个渐进性的累积过程,位移和剪应变的累积会导致岩体的力学参数不断弱化,爆破振动劣化作用后仍有较大安全储备的边坡只会累积产生永久位移,而接近极限平衡状态的边坡将会失稳;当岩层倾角为15°~23°时,边坡振速安全阀值为21 cm/s;当软弱夹层剪出口距离坡顶高度为14 m,倾角分别为24°、29°、31°、34°时,安全阀值分别为10、8、6、5 cm/s。     

水平层状岩体边坡动力响应中的结构面效应研究

根据应力波传播原理分析了水平层状岩体边坡中应力波传播特征,建立了应力波在该类边坡中传播的模型。利用离散元软件UDEC分析了不同频率垂向压缩应力波作用下边坡动力响应规律中的结构面效应。结果表明:边坡中的水平层面对坡顶的动力响应有明显影响。低频应力波作用下,水平层状岩体边坡坡顶的垂向峰值速度较均质坡体相同部位的峰值速度的增加值随坡高增加而增大。较高频率应力波作用时,边坡顶部靠近坡面的垂向峰值速度高于无结构面边坡相同部位的峰值速度,远离坡面时情况相反; 坡顶垂向峰值速度大小呈周期性变化,输入应力波频率越大该变化频次越高。研究结果将有助于进一步揭示各种不同岩体结构类型边坡在动力荷载作用下损伤机理及破坏模式。     

强地震荷载作用下含断层岩质边坡稳定性分析

基于岩石材料的弹塑性损伤理论,引入两个独立的损伤变量分别控制岩石的拉压行为,通过对地震荷载作用下边坡场地响应的有限无数值模拟,总结含裂隙的岩质边坡发生局部损伤软化、破坏的区域的扩展、演化过程和规律.结合对某大型水电坝坝址左岸的岩质边坡在强地震动载荷作用下(百年一遇、超越概率2%)发生破坏的数值模拟,揭示这类边坡滑坡的机理,并根据模拟的结果,对整治边坡破坏提出参考依据.     

大瑞铁路澜沧江大桥工程边坡岩体结构特征研究

岩体中结构面的展布及其组合特征决定了岩体的工程地质性质和力学性状,影响着岩体的破坏方式。大瑞铁路澜沧江大桥所处的澜沧江构造带,具有高地震烈度、活跃的新构造运动、活跃的外动力地质条件、活跃的岸坡浅表改造过程等地质特征。工程区两岸节理裂隙等弱面发育,岸坡浅表改造过程强烈,导致岩体结构复杂。通过野外现场调查,对两岸边坡岩体结构面数据进行统计分析,采用^x2检验与K-S检验法对结构面进行概率密度拟合,分析岩体结构特征。结果表明：(1)右岸的优势结构面有三组; (2)左岸的优势结构面有四组; (3)各组优势结构面产出状态数据均服从正态分布。在统计分析结果的基础上,建立两岸岩体结构的统计模型,并对边坡破坏模式进行定性分析,认为：(1)右岸边坡变形破坏模式为滑移 压致拉裂; (2)左岸结构面贯通性不好,主要的破坏模式是局部块体滑移。
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强震条件下双面坡变形破坏机理的振动台物理模拟试验研究

5·12汶川地震引发了数以万计的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。为了研究双面坡在强震条件下的动力响应规律,本文在大量野外调查的基础上,采用振动台物理模拟试验手段,设计完成了四类11个模型试验,从改变模型的坡度和坡顶宽度、软岩硬岩结合、阶梯状坡形等角度,较系统地研究了双面坡在强震作用下的响应规律。试验结果显示：强震条件下地震水平惯性力是导致边坡破坏的主要原因; 在地震情况下边坡变形破坏表现出明显的初动破坏效应; 振动过程中双坡具有明显的共剪效应,坡面为阶梯状时其共剪效应更明显; 坡体结构为上软下硬时下部硬岩对振动具有一定的放大效应,上硬下软时坡体易整体偏移产生变形破坏。试验结论与实际情况基本符合。     

常吉高速公路湘西段路堑边坡结构特征与防护措施

常吉高速公路湘西段地形起伏大, 地质条件复杂, 路堑边坡数量众多, 边坡稳定性问题突出。本文根据岩体产状与边坡坡面的关系研究, 认为常吉高速湘西段路堑边坡主要包括顺向坡、正交坡与反向坡, 其中顺向坡的变形破坏机制与它的物质组成、岩体结构合风化程度等有关。分析、总结了路堑边坡的变形破坏模式, 提出并实施了针对不同边坡结构类型与变形破坏模式的边坡防护措施。     

澜沧江某水电站右坝肩工程边坡倾倒变形问题的数值 模拟研究

澜沧江某水电站处于青藏高原东部边缘地带,属于高山峡谷地形地貌,高地应力环境,岩体卸荷裂隙很发育,使得倾倒变形和岩体质量、断裂活动及地震构造一样成为影响工程边坡岩体稳定的主要因素。针对工程边坡的大变形问题可采用离散元的数值模拟分析方法。通过建立理论开挖和工程边坡开挖离散元模型,可分别得出倾倒变形破坏机理发展过程为初期弱倾倒变形岩体的层内剪切错动、强倾倒变形岩体的层内拉张变形、强倾倒变形岩体的切层张-剪破裂及极强倾倒破裂岩体的折断张裂(坠覆)破裂和工程边坡的变形范围、确定开挖面及加固方式等。通过工程边坡模型的计算结果和现场地质调查成果的比较表明,计算结果和实际情况基本吻合。     

层状反倾边坡变形特征及影响因素分析

借助金沙江某水电站左岸边坡岩体参数,利用离散元软件UDEC/3DEC对层状反倾边坡的主控影响因素(边坡高度、边坡坡度、层面倾角、层面力学参数、坡面与层面夹角等)进行多工况数值模拟分析,揭示了不同影响因素下层状反倾边坡倾倒变形的条件及破坏特征。计算结果表明各影响因素均对边坡倾倒变形有显著影响,边坡层面力学参数的影响尤为显著;边坡在坡角β40°,层面倾角γ50°时发生倾倒破坏的特征并不明显,当边坡坡角β40°,层面倾角γ50°时,随着各影响因素的不同组合与变化,边坡倾倒变形趋势显著增加,边坡的破坏模式主要表现为延性弯曲倾倒和脆性折断倾倒破坏;坡面与层面夹角的变化对边坡倾倒变形及边坡潜在破坏模式均有显著影响,当坡面与层面夹角Ψ在0°~90°时,随Ψ值的增大边坡潜在破坏模式由典型的弯折倾倒破坏模式向圆弧形滑动破坏模式转变。     

缓倾外层状结构边坡变形破坏模式及支护对策研究

高速公路开挖形成越来越多的工程边坡。缓倾外层状结构边坡作为一种典型的岩质边坡,一般情况下整体稳定性较好,但在特定的结构面组合状况下,开挖后也可能产生整体变形破坏。本文以软弱结构面和长大裂隙发育的公路工程边坡为例,通过岩体结构及边坡一定范围内已有边坡破坏现象的调查研究,采用工程地质类比和三维离散元法综合分析边坡变形破坏模式,并针对变形破坏模式的特点,提出支护对策。研究结果表明,结构面贯通坡体形成切割块体的后缘和侧缘边界时,缓倾外层状结构边坡可沿层面产生滑移-拉裂变形,若滑面与临空面具有一定夹角,边坡的变形可表现为旋转式滑移-拉裂;结构面组合控制的缓倾外层状结构岩质边坡稳定性受坡体中下部的关键块体控制,一旦关键块体失稳,将引起上部块体的连锁失稳,此类边坡变形控制的重点是对关键块体分布区域进行强支护;支护工程实施后的变形监测结果表明,基于变形破坏模式分析的边坡支护方案保证了边坡施工和运营过程中的安全。     

西南大渡河某水电站溢洪道陡槽段雾化边坡稳定性分析

泄洪雨雾入渗导致边坡变形进而影响边坡稳定性的问题已成水电建设的重要工程问题之一。针对西南某水电站溢洪道陡槽段边坡挤压错动带发育、节理裂隙和控制性结构面发育等结构特点,分析该边坡开挖支护后泄洪雾化条件下潜在失稳的边界条件及变形破坏模式。根据边坡所处的地质环境条件,从泄洪雾化对边坡岩体的作用机制入手,得到了雨雾对该边坡稳定性的影响主要为雨雾沿着顺倾坡外拉裂面入渗,影响结构面力学特性,从而影响边坡稳定性。并按结构面类型取不同软化系数,采用数值模拟方法分析了泄洪雨雾入渗后边坡的变形破坏趋势。分析结果表明：在考虑不同的软化系数时,溢0+555.00下游侧边坡岩体稳定性有较大的差别,若以中间值075考虑,溢洪道陡槽段边坡的稳定性稍差,可能产生一定规模的剪切蠕动变形或块体失稳,必须加强一定的支护措施保证该处边坡在施工期安全和运营期间的长期稳定性。     

区域非稳定动力学环境下的岩体松动效应

区域非稳定动力学环境下,长期的构造变形、重力卸荷以及地震动力作用的共同影响,可以导致岩体发生大范围变形、松动。松动岩体内发育大量的软弱结构面,且表现出整体破碎、松弛严重、透水强烈,张性节理裂隙发育、地表裂缝较发育、岩体地震动力破坏信息反映明显等特征。岩体的变形松动可以分为卸荷变形松动、倾倒变形松动、顺层滑移松动、断层控制松动、节理裂隙控制松动等5种模式。岩体的物理振动试验结果表明,地震动力是造成岩体松动的主因。数值模拟结果表明,在单纯自重应力影响作用下,松动岩体不会出现大面积的失稳破坏现象,但在地震动力作用下,松动岩体会发生大面积屈服破坏。     

金川露天矿高边坡的反射地震CT探测研究

高边坡的岩体结构和稳定性研究是工程地质研究的一个重要课题。本次探测使用高分辨率数字地震仪和反射地震CT方法,对金川露天矿高边坡的岩体结构进行了深入细致的探测与研究,清楚地揭示了边坡岩体中优势结构面的产状和组合关系,以及边坡表层松动带厚度分布,未发现顺坡软弱岩层。     

含连拱隧道边坡地震响应特性研究

利用MIDAS GTS有限元软件建立一个含连拱隧道软弱围岩边坡模型,并利用振动台试验进行验证,探究了含连拱隧道边坡地震响应特性,分析了隧道的存在和隧道的位置对边坡动力响应特性的影响。得出以下主要结论:(1)边坡加速度放大系数沿坡高向上表现出非线性变化趋势,并表现出趋表效应。坡体底部测点卓越频率为7Hz,顶部测点卓越频率为4.8Hz,说明边坡削弱地震波高频段,放大低频段并改变其频谱成分。(2)含连拱隧道边坡加速度放大系数最大值为2.04,不含隧道边坡加速度放大系数最大值为1.88。含连拱隧道边坡加速度响应的非线性特征更明显,更不利于边坡稳定。连拱隧道的存在使得边坡受力不确定性增加,边坡动力响应更加复杂。(3)连拱隧道位置不同,对边坡的地震动力响应特性也不尽相同。连拱隧道距坡面越近,边坡受到的影响越大,越不利于边坡稳定。研究结果对含连拱隧道边坡抗震设计有一定借鉴意义。     

小湾电站深切河谷边坡演化动力学过程及机制研究

小湾水电站坝址位于高山峡谷区,深切峡谷形成演化的动力学过程决定了坝区边坡目前的形态特征、岩体结构特征及稳定性状况,由此深刻影响边坡设计方案和建基面的选择。基于现场工作和分析测试成果,得出主要结论有:(1)由于河谷形成过程中的卸荷作用及风化作用,边坡浅表层改造强烈,产生了大量的中缓倾角裂隙,坡面附近近SN向陡裂张开、扩展; 浅表层发育了大量近EW向挤压带(面); (2)岸坡浅表层中缓倾角结构面的产生机制,包括沿原构造节理扩展和新生裂隙; 坡体下部的中缓倾角裂隙会因差异卸荷回弹而继续扩展,坡体中上部岩体质量劣化,在地应力场调整过程中,因剪切滑移继续扩展,坡体逐渐进入时效变形阶段。(3)对河谷边坡进行了地质—工程分类,指出各类边坡可能变形失稳模式包括倾倒变形、平面滑动、阶梯状滑动、楔形滑动和堆积体滑动等5种。     

高陡岩质边坡稳定性三维离散元分析

某高陡岩质边坡地质条件复杂、软弱结构面发育、开挖高度大、坡度陡、临空面多,为边坡变形提供了有利的空间,边坡多处出现失稳破坏迹象。通过对边坡工程地质条件调查,岩体结构特征和边坡开挖等影响因素的分析,认为边坡变形主要发生在强风化强卸荷岩体内,受软弱结构面的控制比较明显,表现为结构面组合控制的块体变形失稳破坏模式。采用3DEC数值模拟软件,模拟了边坡开挖后坡体变形特征,数值模拟结果表明,边坡浅表层块体以及控制性块体稳定性差,可能导致边坡产生整体失稳。