露天矿边坡稳定性的层次分析-模糊综合评价耦合分析

露天煤矿台阶所构成的边坡对矿山资源生产及运输发挥着重要的作用,也承载着煤炭外运的任务,其稳定性对矿山连续生产具有重要意义。文章在边坡地质调查和监测信息分析的基础上,充分考虑边坡几何形态、地质信息、气象水文信息、现场监测信息等指标,以层次分析法确定边坡稳定性分析的指标权重,基于隶属度最大原则确定边坡稳定性状态,建立了多源信息融合的边坡层次分析-模糊综合评价模型。将该模型应用于扎哈淖尔露天煤矿北帮边坡稳定性分析中,最后基于数值模拟对模型进行了验证。研究表明,北帮边坡基本稳定,基于数值模拟得出扎哈淖尔露天煤矿北帮边坡滑移面安全系数为1.121,模型结果与数值模拟结果所得到的边坡稳定性状态吻合度较好,验证了模型的有效性。该模型可以充分考虑多重信息对边坡稳定性分析的贡献,从而更全面准确分析边坡稳定性。

基于渗流作用下含断层的露天矿边坡稳定性的数值模拟研究

为研究含断层露天边坡在渗流作用下的稳定性问题,采用FLAC3D数值模拟技术构建断层作用下的滑体力学模型,获得顺倾层状边坡分条稳定系数表达式,进而对渗流作用下含断层边坡稳定性进行数值模拟分析。对岩体强度的弹性模量、内聚力、内摩擦角和岩体抗拉强度等4种影响因素进行敏感性分析,通过分析这4种因素在不同工况下边坡的位移、应力、应变和安全系数,得出了各参数的敏感性分析曲线。从敏感性分析曲线可知,岩体的内聚力对边坡稳定性的影响最大,弹性模量对边坡稳定性的影响最小。开挖不同阶段边坡稳定性的主要影响因素存在差别,其中,前期以断层为主,后期则逐渐转化为渗流作用。该研究为今后露天矿边坡稳定性分析提供了科学依据,对于边坡稳定性分析具有重大的工程实际意义。

地聚物固化黄土力学性能及边坡稳定性研究

研究以中国西北地区近年来黄土路基滑坡为背景.通过击实试验和直剪试验,测得不同地聚物掺量下固化土的试验数据,并通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对钢渣-粉煤灰地聚物固化土进行微观结构分析,同时结合pF-Meter仪器测定不同地聚物掺量下固化土的基质吸力与体积含水率.后基于强度折减法,将试验数据代入COMSOL Multiphysics中,通过饱和-非饱和理论的Richards方程,建立固化黄土路基边坡有限元模型.分析降雨前后路基层中地聚物掺入量和坡比对路基边坡的整体稳定性的影响.结果表明:当固化土中地聚物掺入量为25%时,内摩擦角为31.2°,内摩擦角增幅相比于重塑黄土提高了62.5%.随着地聚物掺入量的增加,黏聚力呈现出先升后降的趋势,当地聚物掺入量为20%时达到最高峰,为81.09 kPa,相比于重塑黄土提高了75.86%.路基边坡的稳定性随着地聚物掺入量的增加先上升后下降,随着坡比减小而上升.在特定条件下,边坡稳定性会随着降雨时间的延长而降低,随着降雨强度的增大而减小.

风荷载和列车共同作用下风积沙包芯路基边坡稳定性研究

我国是世界上沙漠分布最多的国家之一,沙漠中蕴藏着丰富的矿产资源。西部大开发和“一带一路”倡议将进一步推进沙漠地区铁路建设。利用丰富的沙漠风积沙作为铁路路基填料具有重要的经济意义和推广应用前景,风积沙包芯路基是一种充分利用风积沙作为铁路路堤填料的新型结构。为研究列车荷载和风荷载共同作用下风积沙包芯路基边坡稳定性计算方法,基于折线滑动法原理,对路堤结构进行分层分区,采用极限平衡方法,推导出列车荷载和沙漠风荷载共同作用下铁路风积沙包芯路基的稳定性系数计算公式并编制计算程序。结合和若铁路风积沙包芯路基的工程实例,验证了该计算方法的可行性。基于该计算程序,研究了风荷载大小、风向角、路堤填筑高度、填料内摩擦角等影响因素对风积沙包芯路基边坡稳定性系数的影响,分析了风向角、填料内摩擦角等影响因素对风积沙包芯路基边坡砂卵石封层最小厚度的影响。计算结果表明,风积沙包芯路基边坡稳定性系数与风荷载大小近似呈线性负相关,与风向角大小呈非线性正相关。风积沙包芯路基边坡稳定性系数富余量与路堤填筑高度呈负相关。风积沙包芯路基边坡砂卵石封层最小厚度与风向角大小呈非线性负相关,与风积沙填料的内摩擦角大小近似呈线性负相关。建议风积沙包芯路基边坡设计中应考虑风荷载的影响。研究成果可供沙漠地区风积沙包芯路基设计借鉴和采用。

基于优化极限学习机模型的边坡稳定性预测研究

边坡稳定性预测对工程安全及地质灾害防治极其重要,目前机器学习在边坡稳定性预测较广泛,例如BP神经网络、支持向量机(SVM)、极限学习机(ELM)等。但传统的ELM模型在预测边坡稳定性时存在易陷入局部最小值、难以选择合适学习率的问题,针对此问题,提出了一种基于主成分分析法(PCA)和爬行动物搜索法(RSA)并行优化极限学习机(ELM)的边坡稳定性预测模型。此模型利用PCA算法对数据进行降维,减少数据的冗余性,并利用RSA算法优化ELM模型的输入层权值和隐含层偏置,极大地提高了模型的预测精度和预测效率。将传统的ELM模型、RSA-ELM模型、PCA-SVM模型及PCA-RSA-ELM 4种模型进行对比,从而得到PCA-RSA-ELM模型在边坡稳定性预测这类问题上的精确性更高,为边坡稳定性预测分析提供新的思路,对防灾减灾及保护国民经济安全具有重大意义。

基于多种分析方法的岩质边坡稳定性研究

以某岩质高边坡为研究对象,采用楔形体滑动、圆弧滑动及离散元数值模拟等方法对边坡稳定性及治理方案进行综合分析研究。研究结果表明:按设计坡率为1∶0.3进行开挖后坡体主要发生楔形体滑动及圆弧滑动破坏,开挖完成后坡脚变形大,边坡治理工程措施不具备实施性;按边坡放坡坡率为1∶1进行分析,坡体稳定性系数满足规范要求,同时开挖完成后坡脚变形相对减小。最后基于边坡稳定性计算分析对边坡治理方案提出针对性建议。

降雨条件下某露天矿不同荷载作用的边坡稳定性分析

降雨一直是引发滑坡灾害的主要因素之一,在历年来的滑坡事故案例中,80%以上的滑坡都有降雨伴随。以西北某露天矿边坡为研究对象,开展室内试验获取各岩层在天然状态和饱水状态下的岩石力学参数,运用拟静力法和流固耦合原理进行数值模拟,对边坡应力应变的分布变化进行了研究,分析塑性区分布状态、关键点位移的变化趋势,模拟计算确定3种不同工况(降雨、降雨+爆破、降雨+地震)下终了边坡稳定性的安全系数,判断边坡的稳定性,并分析了降雨导致地下水升降对边坡稳定性的影响。结果表明,该露天矿初步设计的边坡稳定性较好,符合相关规范,为该矿山后续的边坡开挖施工提供了相关理论依据。

倾斜煤层采空区煤柱失稳边坡稳定性研究

为了探究平庄西露天矿露井联采扰动下采空区煤柱失稳对边坡稳定性影响。采用相似模拟实验和数值模拟方法,研究平庄西露天矿不同开采阶段及采空区煤柱失稳边坡应力-位移-塑性区的演化规律及安全系数变化。研究结果表明:采空区煤柱失稳垮塌,对坡体的中上部影响较大,从而引起应力集中区域产生裂隙;在煤层采动期间边坡中部顶端达到剪切破坏的临界值,但随着采空区煤柱坍塌,坡体重心后移,剪应力减小,一定程度上抑制坡体向下滑移;采空区煤柱坍塌,边坡安全系数降低,边坡由稳定转为基本稳定状态,稳定性降低,滑坡的可能性增加。研究结果可为露天矿井工开采提供理论指导。

稻草加筋土边坡稳定性模型试验

为了研究稻草加筋土边坡的稳定性及变形破坏特征,先后开展了稻草加筋土无侧限抗压强度试验与边坡稳定性模型试验.通过无侧限抗压强度试验得出,在土体中加入稻草,可有效抑制土体的变形,且当稻草加筋率为0.2%、筋材长度为25 mm,即最优加筋条件时,加筋土无侧限抗压强度最大,对试样变形的抑制效果最好.在此基础上,开展了最优加筋条件下的稻草加筋土边坡稳定性模型试验,试验结果表明,相较于素土边坡,稻草加筋可有效提高边坡极限承载力,减小竖向位移;素土边坡与加筋土边坡的水平位移变化趋势均可分为稳定、等速变形和加速变形(包括弱加速变形阶段与强加速变形阶段)三阶段演化,稻草的加筋作用在弱加速变形阶段发挥明显,能显著提高坡体抵抗变形能力;加筋土边坡完全破坏后产生的滑面深而广,且滑面周围小裂隙相对较多,整体性与稳定性均优于素土边坡.

充水作用下露天煤矿内排土场边坡稳定性分析

为分析废弃矿坑改造成蓄水湖时充水高度对内排土场边坡稳定性的影响,采用室内相似试验、数值模拟和理论分析的方法对不同水位高度下内排土场边坡稳定性进行研究。研究结果表明:随着充水高度的增加,浸润线运移速度、边坡最大位移、孔隙水压力和边坡土体受到的压力整体呈增长趋势。充水高度越大,边坡倾角越大,边坡稳定系数越低。研究结论为露天煤矿改造成蓄水湖或蓄能水电站项目工程提供参考。

基于Bishop法的边坡稳定性分析——以准东煤田西黑山露天矿为例

为评价准东煤田西黑山露天矿边坡稳定性,确定合理的露天开采边坡参数,基于该边坡的工程地质条件以及边坡形态等,运用Bishop法确定边坡的安全系数,判断边坡的稳定性。根据边坡失稳的主导因素,建议矿山开采中北帮、西南帮、东帮矿山最终边坡角均为33°,开采较为安全,在煤矿设计、开采过程中,必须遵循该边坡角,并建立实时的动态监测,为矿山安全生产和防灾减灾提供参考。

SSA-MLP模型在岩质边坡稳定性预测中的应用

岩质边坡的力学参数量化及稳定性分析对岩质边坡灾害的防治具有重要意义。Hoek-Brown(H B)准则是一种用于确定岩体力学参数的经典方法,能反映出边坡岩体变形和位移的非线性破坏特征。在此基础上,首先,提出一种麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)改进多层感知器(Multi-Layer Perceptron,MLP)的神经网络模型,并用于边坡稳定性预测、指标敏感性分析及参数反演。其次,将收集的1085组岩质边坡的几何参数和H B准则参数等作为输入变量,极限平衡理论Bishop法求解的安全系数作为输出变量,对SSA MLP模型进行训练学习和性能评估。最后,将该模型运用于25个边坡实例,验证模型的有效性。结果显示,该模型收敛速度快、精度高,为边坡稳定性分析和参数量化提供了一种新思路。

紫穗槐根土复合体特征对黄土边坡稳定性的影响

[目的]研究含水率、含根量及根系布置方式对根土复合体抗剪强度影响,揭示紫穗槐根系对黄土边坡加固机理,为黄土边坡生态防护及提高坡面稳定性工程实践提供科学参考。[方法]利用ZJ型应变控制式直剪仪进行紫穗槐根土复合体剪切试验,以无根系土为对照,分析不同含水率、含根量和布根方式对抗剪强度影响;应用FLAC 3D软件模拟紫穗槐根系分布方式对黄土边坡稳定性影响。[结果](1)随着含水率增加,抗剪强度指标黏聚力和内摩擦角均降低。(2)随着含根量增加,抗剪强度在不同含水率条件下表现出不同规律。当含水率为9.31%时,抗剪强度随着根面积比(RAR)增加呈先增加后减小的趋势,在RAR为0.15%时,抗剪强度达到最大值;当含水率为15.65%和17.44%时,抗剪强度随着RAR增加而增加。(3)“卄”形布根方式能显著提高根土复合体抗剪强度,当含水率为17.44%时,卄形布根与无根土相比,平均抗剪强度增加31.81 kPa。(4)数值模拟结果表明,根系长度、主根与铅垂方向的夹角均与稳定性呈正相关关系。[结论]通过室内试验和数值模拟研究表明,紫穗槐能较好提高黄土边坡稳定性,紫穗槐交错种植,防护效果更佳。

基于混沌粒子群改进支持向量机对露天矿边坡稳定性的分类预测

为了简便有效地评估边坡稳定性状态,针对目前传统机器学习的算法选择与超参数优化等难题,提出了基于混沌粒子群优化算法的4种机器学习模型,并对其预测性能进行了对比。建立了包含221组露天矿边坡稳定性案例的数据库,其中80%的数据用于训练,20%的数据用于模型测试。4种模型预测结果及工程实例验证结果表明,基于混沌粒子群改进支持向量机模型的预测效果上总体优于其他3种机器学习模型,预测准确率88%,能够有效预测边坡稳定性,可为露天矿边坡安全提供可靠的预测结果。

滑面极径-应力-强度耦合关联下非线性破坏特征边坡稳定性极限平衡分析方法

非线性强度准则下边坡破坏模式、滑面应力以及岩土剪切强度参数存在耦合关联,从而加大了边坡稳定性分析与最可能破坏模式揭示的难度。为此,以滑面应力计算模式代替条块划分下条间力假设模式,并嵌入非线性Mohr-Coulomb(简称M-C)强度准则以及引入滑面端部应力约束条件。在此基础上,结合滑体整体力学平衡条件,建立滑面应力计算模式下非线性破坏特征边坡稳定性极限平衡解答。与此同时,依据现有滑面模型,将滑面概化为旋转中心点下极径与极角所表征的曲线,以此构建通用型滑面生成模型。进一步,针对分层边坡,提出合理的“应力连续+最不利剪切方向”层间滑面连接模式。随后,采取滑面极径-应力-强度联合迭代法,整合滑面应力计算模式下边坡稳定性极限平衡解答与通用滑面生成模型,实现非线性强度准则下边坡稳定性有效分析与最可能失效模式可靠揭示。通过多个边坡算例对比分析,此方法的可行性得以验证,而且当前研究工作将有利于进一步探明非线性强度准则下边坡破坏机制。

降雨作用对露天矿山边坡稳定性影响研究

降雨作用会导致边坡稳定性变差,影响着采场的安全生产。以某露天边坡为研究背景,基于极限平衡法和强度折减法,利用GeoStudio和FLAC3D软件,对降雨作用下整体边坡稳定性进行分析。极限平衡法计算结果表明,在降雨作用下最终边坡稳定性系数最小值为1.78,大于矿山许用安全系数1.20;强度折减法计算结果表明,边坡剖面的安全性系数都能满足规范要求的最小安全系数,降水作用对该露天边坡稳定性影响较少。边坡稳定性较好,采场边坡参数选取可行,为类似矿山的边坡防护与治理提供依据。

亭子口灌区一期工程红层区黏性土边坡稳定性及影响因素研究

依据四川省亭子口灌区一期工程,分析了红层区形成条件及黏性土土性机理,研究了影响亭子口灌区黏性土边坡稳定性的3种因素:内在因素、环境因素和人为因素。开展的主要工作有:利用Geo-Studio软件,改变黏性土强度单一变量,固定其他变量,研究强度变化对边坡稳定性的影响;利用软件中的SLOPE/W模块及SEEP/W模块分别进行稳态和瞬态分析,研究持续降雨对边坡稳定性的影响;建立并模拟不同边坡模型,研究阶梯开挖、平台宽度、坡表形态对黏性土边坡的影响规律;模拟逐次开挖边坡,研究不当削坡对黏性土边坡的影响。结果得到:相同及不同坡度边坡,边坡安全系数与内摩擦系数、黏聚力呈正相关,且坡度越缓,正相关性越明显;持续降雨0~10h边坡黏性土孔隙水压力逐渐增大,坡脚土体最先饱和,安全系数持续降低;阶梯开挖、平台宽度、坡表形态对黏性土边坡的稳定均有影响,除此之外,地形地貌、环境气候等也是影响边坡稳定的重要因素;不当削坡会导致坡脚的剪应力过大,边坡安全系数逐渐减小进而可能失稳。

有限元强度折减法分析软基边坡稳定性

有限元强度折减法在均质土坡和岩石边坡中已有较多的研究和应用,但应用到强度较低的软基边坡,其模型网格划分和边界条件,与均质边坡有所不同。经对比研究得出软基边坡模型的网格节点密度达到每米2点较为适宜,模型边界应以修正后的坡高H来界定。结合具体工程案例,利用有限元强度折减法复核其稳定,并与极限平衡法进行了对比,结果表明前述网格划分和模型边界设置较为适宜,且有限元强度折减法可以较好的反映边坡应力应变分布。

考虑河道渗水附加作用力的河岸边坡稳定性研究

河流和地下水位的差异而产生的河岸渗流力是影响河岸稳定性的一个非常重要的因素,传统边坡稳定性分析方法通常没有考虑到这个因素。文中在传统边坡稳定性分析的基础上引入了渗流力,首先构建了基于修正毕肖普法的计算机程序,然后结合工程实例和实测资料,分析和估算了渗流力对河岸稳定性的影响。结果表明在安全系数计算中引用渗流力,安全系数会显著降低。

基于修正统一硬化模型的超固结非饱和红黏土边坡稳定分析

在降雨和水位升降的联合作用下,库岸边坡易发生滑塌现象。采用理想弹塑性Mohr-Coulomb准则,在干湿循环作用下,分析库岸边坡的稳定性,难以反映边坡土的超固结消散等复杂力学特性。以江西省新干航电枢纽库岸边坡为背景,针对弱超固结非饱和红黏土,开展非饱和直剪试验,采用反正切函数,描述吸力应力与基质吸力的数学物理关系,提出红黏土的超固结非饱和统一硬化(unified hardening,UH)模型。然后,在UH模型的基础上,采用C++语言,开发FLAC3D的应用程序;利用GeoStudio软件的SEEP/W模块,计算降雨入渗的非饱和渗流场;编写接口程序,导入FLAC3D,开展库岸边坡的稳定性计算。库岸边坡的水平位移明显大于经典的非饱和理想弹塑性模型计算结果,结果表明,修正UH模型能够合理地预测超固结非饱和红黏土库岸边坡的稳定性,为同类库岸边坡工程稳定性分析提供了参考。