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。

上木江坪高陡斜坡危岩特征与定量风险评估

青藏高原东缘高陡斜坡危岩体严重威胁山区交通廊道的建设、运营与维护。本文以青藏高原东缘上木江坪高陡斜坡为研究对象,研究斜坡危岩体的崩塌落石对都四铁路和G350国道的危险性与定量风险,对山区交通廊道崩塌落石的防灾减灾具有重要意义。联合现场调查与无人机航空摄影技术,重建了高陡斜坡高精度三维地形,获取危岩体节理面产状,基于赤平投影明确了斜坡危岩体的破坏模式和稳定性。采用三维落石模拟软件RockyFor3D模拟了斜坡崩塌落石的运动轨迹,定量评估了落石危害范围、危险性分区与对道路车辆的定量风险。研究结果表明:斜坡后壁存在3处危岩体(A、B、C),分别且受3组节理控制,斜坡破坏为楔形破坏为主,斜坡危岩体处于基本稳定-不稳定状态。通过落石三维运动模拟可知,落石的运动轨迹受地形控制,在坡降较大位置,最大弹跳高度、最大速度与最大动能呈陡增趋势。危岩体A和B不会对都四铁路与G350国道产生威胁,仅使G350国道服务区西边和西南边缘处于极低危险区,其车辆风险均处于可接受风险区。危岩体C将使G350国道服务区、G350国道和都四铁路隧道口均处于极低-低危险区,对都四铁路和G350国道的车辆遇到落石的定量风险位于风险警告区,应对危岩体C的崩塌落石制定相应防灾减灾对策。

基于Rockfall数值模拟的边坡落石防护网修复加固方案研究

某水电站尾水支洞边坡多次发生落石灾害,原被动防护网已发生局部破损,严重威胁着尾水支洞施工期和运行期的安全,需对原防护网进行修复加固。由于山体陡峭、地貌复杂,人工调查无法确定落石源,采用高精度无人机航摄初步排查出四处可疑危险源区域,利用Rockfall软件进行落石轨迹模拟计算,通过对比分析计算成果与观测到的落石落点位置与威胁区域分布情况,反分析确定了两处落石源。在此基础上,根据落石源的落石运动特征,复核分析了原防护能力不足的原因,发现原防护网的能级和高度不足是导致落石灾害发生的主要原因。通过提高防护网的能级和高度,提出了原位修复和增高加固两种方案。研究结果表明:两种方案均能有效减小落石威胁区域面积、降低落石率、改善运动特征参数。其中增高加固方案的防护效果更加显著,落石被全部拦截,落石弹跳高度和动能的最大值分别降低了69.64%、66.02%。对被动防护网破损部位的修复加固,综合考虑现场实际情况与落石模拟计算成果进行修复方案设计更为科学合理。研究成果可为该工程的落石防护方案提供科学依据,为类似工程设计与落石分析提供参考。

大型危岩体崩塌灾害早期监测预警技术研究综述

作为中国常见的一种地质灾害,大型危岩崩塌成因复杂、分布范围广、隐蔽性和突发性强、危害性大,其早期预警一直难以实现。通过总结岩体崩塌灾害失稳机理与预警模型可知,开展岩桥结构面损伤识别及静力学-动力学-环境量参量(SDEI)的综合性监测技术研究是实现大型危岩体崩塌灾害早期监测预警的关键所在,而基于分离破坏前兆识别的早期预警机制研究是提高崩塌灾害预警时效性的有效手段之一。随着微机电系统与云边融合技术的发展,在未来有望形成一套稳定性动态评价、失稳工况预测与失稳时间预测模型实时联动的多元预警新范式。与此同时,还需通过不断丰富大型危岩崩塌等脆性破坏灾害预警技术体系,实现危岩体预警等级、稳定性状态、失稳工况、失稳时间的实时分析,进而有效解决大型危岩体崩塌灾害科学精准防控与智慧化应急决策的双重难题。最后,针对目前崩塌灾害早期监测预警研究中存在的技术瓶颈问题,提出具体的发展策略与应对措施,以期为中国地质灾害高风险区更好地应对大型危岩体崩塌灾害提供一些参考。

崩塌危岩体减震消能复合加固结构抗震性能试验研究

地震区工程建设中崩塌危岩体的加固方式目前主要是锚固和支挡两类结构形式。加固结构与危岩体的连结都采用刚性连结,结构与危岩体之间几乎无变形能力,因此抗震性能较差。在地震作用下,特别是强震作用下极易破坏失效,造成崩塌灾害,在我国西南地震区工程中大量存在此类破坏现象。为解决目前加固结构存在的问题,设计了一种允许地震作用下危岩体能够有限度的变位、可以缓冲危岩体的地震冲击力、具有减震消能功能的崩塌危岩体复合加固结构,结构由锚杆(索)、减震锚头(一级消能)、连梁、支撑桩以及设于连梁与支撑桩之间的作为二级减震消能装置所组成。为验证复合加固结构的功效,除理论分析外,利用振动台进行与同等条件普通锚杆加固结构的物理模型对比试验。试验选用具有地区代表性的不同波形、幅值与频率的地震波作为输入波形。理论分析与试验结果表明:复合加固结构相较于无防护措施的同样崩塌体理论分析,其位移增长速度显著降低,累积位移幅度显著减小;相较于传统锚杆加固结构,所承受的拉力和压力显著减小;峰值加速度放大系数明显降低。证明复合加固结构利用自身的弹塑性变形以及阻尼力,有效抵御由于地震作用在危岩体上产生的动应力,有效转移了危岩体的冲击动能,减震消能作用明显,避免加固结构损坏,从而阻止崩塌灾害的发生,证明复合加固结构能够分层次地削弥小震、中震、大震时产生的地震能峰值。减震消能复合结构为地震区崩塌危岩体的加固提供了一种新的加固方案,对于提升地震区工程中崩塌危岩体的加固技术具有较大的现实意义。

基于地震信号的滚石定位及动力参数反演研究

基于滚石诱发地震信号可快速准确地获取滚石灾害信息,对灾情评估至关重要。开展了滚石冲击坡面地震动监测现场原位试验,揭示了滚石冲击地震信号时频域特征规律,分析了到时法与极化法的震源定位性能,并基于量纲分析法建立了滚石体积与冲击速度反演模型。结果表明:滚石冲击坡面(弹跳阶段)产生的地震信号表现为短持时、宽频带的三角状脉冲特征;结合到时法和极化法震源定位理论,实现了滚石冲击坡面的空间定位,得出到时法是更为优良的滚石冲击震源定位方法,其平均相对定位误差不超过10%;基于无量纲反演模型预测的滚石体积、冲击速度与实际结果吻合较好,平均预测误差均低于20%。研究成果可为滚石灾害动力学参数的快速获取提供理论与技术支持。

地震作用下含弱层顺向坡响应规律分析

以抚顺西露天矿南帮含弱层顺向坡作为参考原型,利用FLAC3D软件模拟实际地震动及地震动输入、斜坡模型的边界条件、岩体参数以及网格模型划分,对含弱层顺向坡进行数值模拟计算,通过监测点的加速度和速度探讨含弱层顺向坡在地震作用下的响应规律。研究结果表明:(1)地震作用下对于含单一弱层斜坡响应特征起到决定性的影响因素是弱层的厚度,在地震荷载作用下影响斜坡的稳定程度要大于单一弱层倾角的影响。(2)通过弱层与斜坡坡面的相交部位监测点2#在水平方向速度可以得出,厚度对于X方向的速度大小影响程度较大。(3)对于地震作用下双弱层特性斜坡的响应规律分析时,弱层与斜坡相交部位的破坏响应规律会随着坡高的增大而有所变化,双弱层监测点3#的加速度幅值变化及速度变化程度均比双弱层监测点2#明显。地震作用下顺向坡的响应规律与含有弱层的倾角、厚度和弱层的数量位置有关,在对斜坡的治理与防护的过程中应当充分考虑地震与弱层特性的耦合作用对斜坡稳定性的影响。

浙江嵊州-新昌地区红层软岩崩解能量耗散研究

以浙江嵊州-新昌地区红层软岩为研究对象,探究该地区红层软岩崩解表面能特性。基于能量耗散原理,通过分析该地区3组不同组成成分的红层软岩在干湿循环作用下崩解过程中能量的转化、传递和耗散,得出红层软岩崩解过程中吸收的能量向表面能转化的规律。结果表明,该地区红层软岩随着干湿循环次数的不断增多,表面能累计增长量有3个变化过程:初期呈平缓增长;中期表面能急剧增加,增长速率越来越快;崩解后期其表面能累计增长量逐渐保持平稳状态。试验还表明黏土矿物含量越高的红层软岩,产生的表面能越多,耐崩解性越差。本研究提出的能量耗散模型,为治理浙江嵊州-新昌地区各种红层软岩问题提供了参考价值。

落石对缓冲土层的冲击力及冲击深度理论与试验研究

为阐明基于Hertz接触理论的落石冲击力、冲击深度计算方法及缓冲土层强化系数确定方法的适用性和可行性,通过足尺模型试验、反演分析及数理统计,开展体积约1 m^(3)重约2 t的立方体和球顶锥体2种落石形状、1~10 m下落高度及0.5~2.0 m缓冲土层厚度的落石冲击试验研究,进行砂土缓冲层强化系数的确定及落石冲击力、冲击深度理论与试验结果的对比分析.研究结论表明:根据试验结果反演分析,99.7%置信区间的砂土缓冲层强化系数建议取值范围为0.25~10.00 GN/m^(5/2);理论计算得到的立方体落石冲击力均值较试验值平均偏大140%,球顶锥体偏大21%;理论计算得到的立方体落石冲击深度均值较试验值平均偏大112%,球顶锥体偏大5%;在强化系数99.7%置信区间内计算得到的落石冲击力和冲击深度范围值可包含全部的落石冲击力和冲击深度;相同条件下球顶锥体落石的冲击深度试验值大于立方体的冲击深度试验值,缓冲层厚度越大时冲击深度增大,而落石冲击力离散性较大,与落石形状和缓冲层厚度无明显相关性.

基于模型试验的落石纵横向运动特征研究

为研究落石纵横向运动特征,开展室内落石模型试验,探讨了不同坡表覆盖、坡形、落石高度和质量对偏移比和水平运动距离的影响。结果表明:在混凝土光面、碎石、覆土坡面上,偏移比和水平运动距离依次逐渐减小;台阶状坡偏移比最大,缓坡-陡坡最小;圆柱状、近球形和方形落石在缓坡-陡坡上水平运动距离最大;除在坡顶(0cm)处外,偏移比随下落高度的增加而增大;除长条形,落石水平运动距离随下落高度的增加而增大;偏移比随落石质量减小而增大,但对水平运动距离影响不显著。

基于CRockfall数值模拟落石崩塌运动特征

【目的】山区公路工程边坡落石崩塌灾害具有突发性和强致灾性特点,是工程建设及运营过程中较为常见的地质安全隐患,有必要对落石崩塌运动特征进行研究。【方法】以西南地区某处公路边坡落石为例,在介绍落石运动分析计算算法的基础上,采用CRockfall落石软件模拟了典型落石运动轨迹,获取了主要运动特征。【结果】从统计最大值曲线峰值来看:落石运动动能能量、弹跳高度和速度分别约为2000 kJ、75 m和53 m/s;统计95%保证率和均值曲线规律基本一致,从曲线峰值来看:落石运动动能能量、弹跳高度和速度分别约为500 kJ、25 m和25 m/s。【结论】在典型位置利用软件数据采集器功能获取落石运动特征参数,为后期拦挡结构设计提供依据。

复杂地质条件下某隧道口坡体变形原因分析及整治措施

以某发生变形的铁路隧道进口边坡为对象,开展了坡体变形的原因分析。确定了检算方法和不同工况下的力学分析,对边坡稳定性进行了评价,证明该坡体有失稳风险。根据现场实际情况提出了采用抗滑桩与堆载反压为主,洞内洞外加固相结合的措施对该滑坡进行整治,并对滑坡变形和位移进行观测,后期未观察到滑坡体发生变形、位移。结果表明该措施既能有效地解决滑坡问题,又能兼顾生态保护与投资,效果良好,可确保铁路的安全运营。

岩溶典型区崩塌落石被动防护网失效概率模拟

贵州省位于我国西南地区,多山地丘陵,是典型的喀斯特地形地貌区,崩塌、滑坡等地质灾害频发。思南县小屯岩崩塌带上现存危岩体方量大,裂隙、凹岩腔、溶蚀孔洞等发育。为研究岩溶典型区崩塌落石被动防护网失效概率,通过高精度实景建模技术,构建崩塌带三维模型,进行崩塌落石运动过程模拟,根据现场调查、无人机航拍和数值模拟结果,选择合适的位置布设落石被动防护网。基于落石粒径大小识别,选取不同粒径大小的落石,进行落石被动防护网拦截效果模拟,计算落石被动防护网失效概率。结果表明:13种粒径落石突破概率各不相同,(0.25,2.25)m粒径落石拦截效果良好,但落石被动防护网拦截率不能达到百分之百;落石粒径大于2.25 m,被动防护网出现失效现象,故将2.25 m粒径的落石为小屯岩崩塌带下被动防护网的设计上限。根据计算,所有粒径落石经被动防护网拦截后的失效概率低于5%,属可接受范畴。研究成果为小屯岩崩塌带的落石防护措施提供了有力的参考依据,对保护岩溶地区山区人民的生命安全和财产安全具有重要意义。

边坡滚石风险分析与防治技术

某边坡滚石严重威胁工程施工期和运行期的安全,需对不同程度的边坡滚石风险进行分析,运用Rocfall数值模拟方法进行滚石风险分析。分析结果表明:边坡发生滚石风险较大,对下部带来较大安全隐患,需对边坡滚石进行防治处理;根据分析评价结果,边坡采取防治措施后,有效控制了边坡滚石、降低了边坡滚石危险,确保了工程施工期及永久运行期安全。

基于图像识别估算碎裂岩崩体积方法研究

西南山区碎裂岩崩灾害频发,为了准确模拟岩崩运动过程,量化岩崩风险大小,必须明确崩塌体体积,但目前尚无一种有效且可靠的碎裂岩崩体积估算方法。基于此,提出一种基于图像识别技术的碎裂岩崩体积精细估算方法,并以2020年雅西高速石棉姚河坝崩塌为例进行应用与验证。通过现场实测与无人机贴近摄影测量方法,确定岩崩堆积区分区及采样区;利用图像处理开源软件(ImagePy),建立块体快速识别步骤,提取块体等效粒径、周长和面积等特征参数;构建基于块体体积分布的碎裂岩崩体积估算方法;以岩崩实例进行方法应用与验证。研究结果表明:(1)ImagePy软件对块体图像识别速度快、精度高;(2)获取的块体体积分布曲线与现场实测体积分布规律近一致;(3)姚河坝岩崩体积估算值占三维点云数据差分法获取体积近80%。综上,利用图像识别技术进行碎裂岩崩块体体积提取与体积估算的方法是可行的,并具有高效率与准确性优势,可应用于碎裂岩崩灾害快速评估与风险量化评价,统计的块体体积分布可为碎裂研究提供数据支撑。

四川宝兴张家沟危岩体稳定性及运动学分析

张家沟危岩体在2022年“6•1”芦山地震后被发现,稳定性差,严重威胁下方居民生命财产安全。基于稳定性计算及离散元数值分析方法对危岩体进行评价,选取稳定性最差的地震工况进行运动学分析,在上述研究基础上结合解析解与数值解成果设计相应防护措施。主要结论有:(1)张家沟危岩体结构破碎,顺坡向控制性结构面发育,破坏模式为滑移式;(2)稳定性计算与数值模拟结果皆表明张家沟危岩体在天然、暴雨、地震工况下均会失稳,其中地震工况下运动距离最长;(3)地震工况下危岩体的破坏模式为震裂—滑移式,运动过程中块石以滑移为主,跳高较小,同时坡面形态显著影响着落石运动特征;(4)落石间相互碰撞挤压会改变其运动特征及冲击动能大小,在一定程度上可增加致灾范围。成果可为类似灾害防治提供参考。

基于无人机和Rocfall的危岩落石特征分析与运动学模拟研究——以圆宝山隧道出口为例

丽香铁路位于云南省西北部,沿线山峦纵横,地形险峻,高山、峡谷、高原、盆地交错分布,地质构造复杂,新构造运动强烈,危岩落石发育。以丽江至香格里拉线的圆宝山隧道出口为研究对象,通过危岩现场地质调查、无人机航测获取影像数据,结合Rocfall软件模拟运动轨迹的技术方法,对潜在危岩体进行分析评价,较好地完成危岩体的地质灾害调查工作。结果表明:运用该方法可以精确查明危岩体的几何特征、空间位置及失稳模式,实现危岩的快速识别,以及得出危岩落石能量、弹跳高度、影响范围等信息,从而对潜在危岩体发育特征及危险性进行分析评价,针对性提出有效的防治措施。研究结论可以为危岩落石的灾害治理、防治设计提供一定的参考依据。

危岩崩塌防治技术体系及工程选型分析

危岩崩塌防治技术是保障危岩工程安全稳定的关键。通过对危岩崩塌防治技术的优缺点、适用条件、工程设置原则以及选型程序的分析,认为危岩崩塌防治技术可分为主动防治技术、被动防治技术和辅助防治技术,各项防治技术设计时应充分考虑其适用条件,按照工程设置原则采纳使用,适时选择多种技术组合方式的治理措施进行危岩崩塌工程防治;危岩崩塌防治技术选型应遵循查清危岩体基本情况→评价危岩体状态→选择危岩防治技术→分析防治技术选型结果的基本程序,确定危岩崩塌防治技术选型程序各环节的关键参数,以确定合适的崩塌防治技术。研究成果可为危岩崩塌防治工程设计提供理论依据和关键技术支撑。

怒江流域典型岩质边坡破坏模式及机理分析

对怒江流域典型调查点的岩质边坡节理裂隙进行统计,采用Dips软件分析得出破坏类型图,结合怒江流域边坡破坏因素影响,探讨典型岩质边坡的破坏机理.结果表明,怒江流域岩质边坡破坏失稳的主要地质影响因素有结构面、岩性、地形地貌、构造活动等,降雨、开挖和地震等是破坏失稳的触发条件;将怒江流域岩质边坡破坏类型归纳为3种模式:倾倒破坏、平面滑动破坏和楔形体滑动破坏.破坏阶段可分为初始、蠕变和崩落;采用Swedge软件,分析降雨及地震影响下岩质边坡的稳定性系数,发现安全系数随着降雨引起的内摩擦角和黏聚力的减小而降低,安全系数与地震力系数呈反比,且在相同地震力条件下沿交叉方向地震力作用下的安全系数大于沿水平方向.

微震技术在崩塌落石监测预警应用的研究进展

崩塌与落石作为岩质边坡破坏与诱发的典型地质灾害,往往具有突发性、隐蔽性和缺乏明显直接的前兆信息,很难做到准确和及时的应急响应,存在巨大的安全隐患。微震技术依靠远程无接触、低成本、广覆盖和24 h高频率无间断监测能力正逐渐被用于崩塌落石的监测预警中。通过监测和分析崩塌落石发生过程的动态振动信号,及时反馈振动信号的发生位置、时间、能量、以及崩塌落石的体积、质量等物理参数,微震技术最终可以做到对崩塌落石发生前的预测预报、发生时的监测预警和发生后的定位抢险。崩塌落石微震监测预警方法应用的难点主要体现在4个方面:(1)崩塌落石信号的识别和分类,通过对微震监测信号的降噪和特征提取,识别崩塌落石信号,并确定灾害发生和结束时刻;(2)崩塌落石的空间定位,确定崩塌落石发生的空间位置;(3)崩塌落石物理参数的反演,通过监测信号反演计算崩塌落石的速度、体积等物理参数;(4)崩塌落石的预警方法,提出崩塌落石预警模型,预测崩塌落石发生时间及地点。本文将从以上4个方面,结合本文作者最新研究成果,讨论微震技术在崩塌落石监测预警应用的最近研究进展,以及目前存在的缺陷。本文可为微震技术在地灾监测预警应用研究提供参考。