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。

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。

土石混合体边坡力学特性及稳定性分析方法研究进展

土石混合体边坡在我国分布比较广泛,在降雨、地震等外力作用下会产生滑坡等变形破坏现象。归类和分析了土石混合体力学特性物理模型试验和数值模拟试验以及边坡稳定性分析方法研究成果,得出块石尺寸和含石量是影响土石混合体剪切特性主要因素,块石排列可以忽略不计;雨水和冻胀等能够显著改变土石胶结介质力学参数,降低率约为20%;通过对比多种稳定性分析方法,认为离散单元法或数值流形法、连续—非连续耦合方法能够更有效分析具有强烈非均质体的土石混合体边坡。在总结已有研究成果和考虑土石混合体介质特点的基础上,提出了土石混合体力学特性和此类边坡稳定性分析方法研究上存在的不足之处,即:①在获取土—石胶结接触面力学参数相关特性指标上,缺少精密的试验设备或仪器,无法准确地测得接触面参数;②在土—石胶结接触面力学模型构建上,忽略了土体与块石间存在嵌入等情况,无法充分反映土—石胶结接触面在外力作用下的力学行为;③目前土石混合体边坡稳定性研究主要关注坡体力学特性以及降雨等作用下的相关参数变化,很少涉及多应力场(如降雨、地震、低温等组合作用)下的土石混合体边坡数值模拟,无法满足实际工程问题的相关需求;④现阶段构建三维土石混合体边坡数值模型上,仅有少数考虑结合数字图像等计算机技术还原真实块体下的三维数值模型,尚需进一步研究分析块石接触面差异分布、超大粒径块石模拟等相关问题。

地震动力响应下某矿山排土场边坡稳定性分析

地震引起的边坡动力响应是诱发排土场失稳的主要诱因之一。以某矿山排土场边坡为背景,采用Geostudio软件模拟分析了Ⅷ级地震作用下某排土场边坡质点位移时程曲线、质点应变时程曲线以及安全系数时程变化曲线。研究结果表明:在地震力作用时间段内,该矿山排土场边坡最大质点位移、最大质点应变仅为8 cm与0.002 5,安全系数最小值为1.65,大于规定的许用安全系数1.10,表明该排土场边坡处于稳定状态。

大西沟铁矿边坡稳定性数值模拟研究

基于现场工程地质调查与室内岩石物理力学试验数据,对大西沟铁矿边坡岩体质量进行评价,确定了岩体的物理力学参数。采用数值模拟方法,对露天矿不同开采阶段的边坡应力、位移、滑移带及安全系数进行了分析,研究结果表明:边坡安全系数随台阶高度下降不断降低;自然条件下,边坡开挖不同阶段安全系数均在1.8以上,边坡稳定性较好。降雨对边坡的稳定性影响显著,饱和状态下终了边坡的安全系数降至1.36,但高于GB 51016—2014《非煤露天矿边坡工程技术规范》规定的安全系数(1.25~1.20),说明矿山采场边坡设计参数合理。研究结果可为矿山后续安全设施设计提供参考依据。

基于赤平投影和萨尔玛法的西藏某露天矿山边坡稳定性评价

本文以西藏某铜矿区露天矿山岩质边坡为例,基于矿山边坡现场调查及其工程地质特征,开展了矿山边坡工程地质分区研究,并采用赤平投影法和萨尔玛法相结合,定性分析和定量计算边坡稳定性。研究结果表明:边坡稳定性评价结果与当前边坡现状相一致,矿区边坡总体上稳定性较差,局部区域边坡稳定性差。通过定性和定量两种稳定性评价方法相互印证,对下一阶段边坡灾害防治设计、施工等提供了重要依据,对类似边坡工程有很好的参考和借鉴作用。

冻融循环作用下的花岗岩边坡岩体强度研究

以伊春鹿鸣钼矿发育的花岗岩边坡岩体为例,开展不同风化程度的花岗岩岩石样品的冻融循环单轴抗压强度试验和纵波波速试验,得到不同风化程度的花岗岩冻融循环单轴抗压强度和纵波波速损失程度不同,风化程度高的花岗岩冻融系数较低;冻融循环作用下的花岗岩单轴抗压强度冻融系数与纵波波速损伤变量之间为线性关系,对于不同风化类型的花岗岩,其线性关系高度相近。从边坡稳定性分析的角度出发,提出了2种获取冻融循环花岗岩边坡岩体强度参数的方法,并进行了计算验证。结果显示:采用单轴抗压强度冻融系数直接折减抗剪强度,或采用纵波波速冻融系数折减RMR值后推导抗剪强度,所得结果均可进行边坡稳定性计算;相对来讲,后者计算的安全系数与边坡体实际稳定状态更为接近。

考虑闭坑后抽水蓄能的露天矿边坡稳定性分析

由于经济、环境及相关政策影响,我国废弃矿井数量与日俱增,将关停的废弃露天矿重新设计改造成抽水蓄能电站可以提高储能能力、调节地区电网负荷、提高电力系统的稳定性和可靠性,并推动废弃矿区生态修复和资源型城市转型。以抚顺市西露天矿作为研究对象,通过对我国废弃矿井及新能源分布现状的阐释,结合辽宁省电网调峰现状,论证西露天矿抽水蓄能电站建设的必要性;根据西露天矿相关工程背景及地质勘探结果,对西露天矿抽水蓄能电站上下水库选址设计和输水系统工程布置进行研究;抽水蓄能电站的建设会改变废弃矿坑的水位,从而影响矿坑的边坡稳定性。构建西露天矿下水库剖面模型并将其导入Geo-studio软件中,采用极限平衡法结合稳态渗流场分析−395 m、−350 m、−250 m水位下考虑水力效应的矿坑边坡稳定性。研究结果表明:抚顺市西露天矿抽水蓄能电站建设在技术上可行,在经济上合理,可以很好地满足辽宁省电网调峰调频需求,缓解电网运行压力大等问题;拟定西露天矿抽水蓄能电站装机容量为1200 MW,满发小时数为5 h,矿坑东侧区域为下水库,南花园湖为上水库,且上下水库的调节库容大致相等。输水线路布置在西露天矿坑南侧的花岗片麻岩内部;西露天矿坑边坡潜在的滑移风险可能发生在特定水位下的几个区域。为保证抽水蓄能电站投入使用后的库岸边坡稳定性,还需要采取进一步的防渗加固工作。

软破岩质高陡边坡治理方案优化研究

受不良工程地质条件、下部采矿活动及雨雪入渗等影响,曙光金铜矿露天边坡存在较为明显的蠕滑现象,导致多处台阶出现严重变形、开裂、下沉。通过边坡灾害体分析、边坡稳定性计算,并结合矿山实际情况,提出了5种边坡治理方案,分别为:(1)预应力长锚索+钢板方案;(2)喷锚网方案;(3)浆砌石挡墙+素喷方案;(4)预注浆固结方案;(5)微型桩+浆砌石挡墙方案。经多角度方案对比,最终选取了方案(1)与方案(5)相结合的综合治理方案。通过方案实施,取得了良好的边坡治理效果,保障了矿山安全生产,该矿山边坡治理的研究与分析可为类似条件软破岩质高陡边坡治理提供可借鉴的经验和依据。

露天采场边坡锚固体系损伤效应及安全性评价

露天采场边坡的稳定性是保证矿山安全生产顺利进行的前提,锚固体系的锚固效果及评价可以帮助更好地做出锚固体系设计与安全生产评估。通过预先埋设锚索测力环进行锚索预应力监测,通过近一年的监测,确定了采场预应力损伤变量。结合采场边坡实际情况选出24个评价指标,采用模糊综合评价法对边坡锚固结构体进行评价,得到采场边坡锚固结构体系长期安全性的评分值为56.72,对应稳定级别为3级,与现场实际情况吻合,可为采场边坡锚固体系研究提供参考与借鉴。

基于改进D-S证据理论选择性集成的边坡稳定性评价

针对边坡稳定性预测算法选择困难和单个模型误判风险大的问题,建立了基于改进D-S证据理论选择性集成的边坡稳定性评价方法,为边坡稳定性初步评价提供方法依据。基于边坡稳定性主要影响因素,通过极限平衡法构建了大型边坡稳定性评价数据集。引入基于边界距离最小化的基学习器选择技术,提升选择性集成模型的泛化能力。提出了改进D-S证据理论融合基学习器信息,降低了选择性集成模型决策过程中的不确定性和模糊性,解决了现有边坡稳定性评价模型易误判和结果非一致性问题。仿真试验结果表明:改进D-S证据理论选择性集成方法无需复杂的数值建模与计算迭代过程,可直接客观地评判边坡稳定性状态,并从信息论角度给出边坡失稳概率。对比传统机器学习方法,该方法有效提高了边坡稳定性的预测准确率,同时降低了预测结果的不确定性,实现了速度快、精度高、稳健性好的广域尺度边坡稳定性评价。

基于博弈论综合评价云模型的露天矿边坡岩体稳定性分析

为了对露天矿山边坡稳定性进行可靠分析,从采矿地质、水文特征和工程施工3个层面选取14项评价指标建立稳定性评价体系,并基于博弈论构建露天矿边坡岩体稳定性综合评价云模型。以云南某露天矿边坡为工程案例,通过数学计算并评估其稳定性等级。结果表明:优化后的层次分析法能够明显改善主观权重的计算精度;选取的模型评价指标符合工程实际需要,且具有良好的独立性与代表性;博弈论可以较好地求出评价指标的综合权重,云模型能够逐级分析出各层指标与稳定性等级的相关程度,并根据最大隶属度原则,得出露天矿边坡岩体稳定性等级。

露天矿山边坡稳定性研究现状及稳控技术

在矿山露天开采过程中,边坡失稳易造成人员伤亡和财产损失。通过分析露天矿山边坡不同灾害类型,得出边坡稳定性主要受矿体成因和赋存条件、岩体性质、区域应力场、地下水和爆破振动等因素的影响。研究地下水渗流场—应力场耦合、极限平衡法、临界滑动场、数值模拟、可靠性分析等边坡稳定性分析方法,进一步阐述边坡疏排水、削坡减载、锚杆(索)支护、爆破减震等,并根据现有的边坡灾害研究,提出加强边坡监测及预警技术的稳控工作优化对策。边坡治理应提升边坡稳控技术灾害防治的处理能力,加强生态可持续发展。

露天采场边坡岩体抗剪强度参数确定及稳定性分析

为了探究露天矿边坡在不同抗剪强度参数测定方法下的边坡稳定性变化情况,分别通过室内直剪试验、RMR岩体质量分级和Hoek-Brown强度准则等方法测定了岩体抗剪强度参数,结合二维极限平衡法和三维有限元强度折减法对采场边坡进行了稳定性分析。研究结果表明,基于室内直剪试验和Hoek-Brown强度准则获得的岩体内摩擦角相近,而黏聚力前者大于后者;所获得抗剪强度参数用于边坡稳定性分析时,基于室内直剪试验和Hoek-Brown强度准则获得的抗剪强度参数所计算的二维稳定性系数前者比后者高出了30.09%,三维稳定性系数前者比后者高出了9.33%,并且三维稳定性系数比二维稳定性系数在两种抗剪强度参数测定方法下分别高出了8.12%和28.85%。基于Hoek-Brown强度准则计算出的抗剪强度参数考虑了岩石的非均质性和裂隙分布,能够更准确地反映岩体在自然状态下的强度特征;三维稳定性分析全面地考虑了边坡的空间效应、复杂几何形状和边界条件,对于几何形状复杂、地质条件多变的复杂边坡,宜采用三维稳定性分析。

基于Slide的研山铁矿高陡边坡稳定性分析

露天矿山边坡稳定性对采场安全生产至关重要。为探究边坡施工过程中的安全隐患,以研山铁矿高陡边坡为研究对象,考虑爆破震动及地震作用荷载,运用Slide二维边坡数值模拟软件对典型剖面进行稳定性计算。结果表明:在正常工况条件、爆破震动及地震作用下,边坡整体安全系数符合要求,整体处于稳定状态。但在爆破震动及地震作用下,边坡局部安全系数介于临界值,可能存在局部滑坡风险。为保证采场生产安全,提出了相应的边坡管理预防措施,为相关实践工作提供一定参考。

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。

露天矿边坡爆破地震波传播规律分析

萨道夫斯基公式被广泛用于解决露天矿山爆破振速问题。为研究适用于露天铁矿爆破振动速度计算公式,对某露天矿山台阶爆破进行了11次爆破振动监测,通过对监测数据进行分析,得出露天矿山爆破质点振速随着爆心距的增大而逐渐减小,并且爆心距对振速的影响远大于高程。从整体数据看,Y方向爆破振速峰值最大,X方向的次之,Z方向的最小。根据萨道夫斯基公式并利用数学回归方法计算出爆破振动场地系数K和衰减指数α值,从而得到爆破振动质点振速的衰减公式,K和α值均符合《爆破安全规程》(GB6722—2014)的允许范围。合速度、X方向、Y方向和Z方向的振速公式拟合结果表明,相关系数R2均大于0.8,线性相关性较好。该露天矿山爆破振动速度预测公式可为研究同类型露天矿山爆破振速提供一定的参考,并能有效地指导矿山安全生产。

基于岩体结构面识别技术的边坡稳定性分析

结构面是影响岩体边坡稳定性的最重要因素。利用无人机倾斜摄影技术获取某露天采场边坡的三维实景模型,结合边坡岩体结构三维识别系统(RMV~(3D)),对岩体结构面进行快速准确地识别。通过对边坡的结构面统计分析,识别出3组优势结构面,其中以J1和J2为主。基于结构面分析结果,建立了边坡岩体结构面二维网络模型。结合有限元模拟,探讨了不同结构面组合模式对边坡稳定性的影响。结果表明,结构面的存在导致边坡底部水平应力增大,位移明显增加,对边坡稳定性有不利影响,顺层结构面的存在更易引起滑移变形;2种结构面组合模式下,边坡应力应变特性与单一顺层结构面边坡基本一致。

固化回填过程对露天边坡的稳定性影响

新桥矿利用冬瓜山铜矿的尾砂对露天采坑进行固化回填,实现了区域矿山协同。利用SLIDE岩土体边坡稳定性分析软件,采用极限平衡法研究无渗流场/渗流场作用下不同固化回填高度对露天边坡稳定性的影响。研究结果表明:渗流场作用会导致上、下盘边坡的稳定性有所降低,但其弱化作用有限;固化回填总体上有利于提高露天边坡的稳定性,且随着回填高度的上升,露天边坡的安全系数逐渐提高;当固化回填高度超过20 m时,上、下盘边坡都能满足露天边坡稳定性要求。

河南某钼矿露天边坡分区稳定性评价及协同监测分析

大型露天矿高陡岩质边坡安全性问题日益突出,开展边坡分区稳定性评价及协同监测分析具有重要意义。以河南某钼矿为研究对象,开展详细的工程地质调查并进行边坡分区,依据边坡稳定性分析结果,开展潜在风险区的在线实时监测,研究持续降雨作用下边坡变形规律。结果表明,该矿西帮中部A2区在自重、地下水和爆破振动影响下安全系数为0.971,具有潜在滑坡风险;降雨为影响边坡安全的主要不利因素,连续性降雨引发浅层边坡变形是边坡失稳的主要诱因。