基于极限平衡理论的陷落柱防水煤柱留设研究

为有效治理含水陷落柱的导水致灾现象,以平朔井工一矿4108工作面为背景,根据井下实际地质生产条件计算防水煤柱极限平衡宽度,从理论层面初步确定防水煤柱留设宽度,同时利用UDEC软件对不同宽度的煤柱塑性破坏进行数值模拟分析。模拟结果表明:当煤柱宽度达到40 m时,煤柱内的屈服区和周边裂隙带基本保持稳定,根据煤柱稳定性对弹性区宽度应大于14 m的要求,防水煤柱宽度应留设40 m;在煤柱宽度与弹性区宽度关系上,煤柱内弹性区的宽度随着煤柱宽度的增加而增加,当煤柱宽度大于40 m时,煤柱内屈服区与塑性区的宽度已基本稳定。4108工作面采用设计的绕过陷落柱方案,优化了绕过陷落柱工序,有效降低了煤炭资源的损失。

上软下硬地层盾构开挖面稳定性计算模型

针对上软下硬地层失稳特点,在假定开挖面附近因土体失稳而由软硬地层分界线先向上诱发形成部分楔形体、再呈倒圆台状向地面发展的基础上,提出开挖面稳定性计算模型。先基于极限平衡法提出部分楔形体计算模型;再依据修正后的楔形体计算模型,分别计算上覆土压力和开挖面前方部分楔形体的受力;最后依托青岛地铁6号线某区间工程开展数值模拟,验证理论模型。结果表明:不同支护应力比条件下的土体变形范围有所差异,土体变形主要发生在开挖面前方和上方并呈泡状延伸;数值模拟得到的开挖面失稳形态基本符合理论计算模型的假定形状;理论计算得到该例盾构开挖面极限支护应力比为0.21,与数值模拟的误差率为5%;当开挖面支护力小于极限支护力时,上软下硬地层开挖面水平变形会突然迅速增大;开挖面附近的岩土体变形主要发生在上部软弱部分,最大水平位移出现在上部软土中心附近,开挖面上土体最大水平位移与开挖面上方地表最大竖向位移间的相关性较高,两者变形规律类似。

多层系复杂水体下开采界限确定的工程实践

车集煤矿二2煤层开采受上覆地表水、新生界底部松散孔隙承压水、砂岩裂隙水等多层系复杂水体影响。为了评价各含水体对二2煤层的影响,并以此确定二2煤层的开采界限,采用现场实测、数值模拟、理论计算等方法对二2煤层“两带”发育规律进行研究。结果表明:二2煤层导水裂隙带发育高度在42.25~47 m,垮落带发育高度约为10.53 m;顶板塑性区基本呈“蘑菇形”,采空区四周塑性区为剪切塑性区,中间为拉张塑性区;上覆地表水、新生界底部松散孔隙承压含水层、砂岩裂隙水对二2煤层开采影响较小,确定二2煤层可以全厚开采。该研究可为车集煤矿二2煤层和其他相类似条件煤层开采“两带”发育规律及开采界限研究提供参考。

大变形巷道限阻耗能型支护结构研究

为了解决深部煤矿开采过程中所遇到的“高地应力、大变形、支护结构破坏”等问题,以朱集东矿东部辅助轨道大巷为工程背景,采用变形监测与数值模拟的方法研究深井软岩巷道围岩变形特征规律;依据围岩耗能支护理念,设计出控制巷道围岩能量释放与变形的“限制支护阻力阻尼器”(简称“限阻器”);通过数值分析与室内静压试验相结合的方式得到限阻器试件的性能指标与设计参数之间的关系,并验证限阻器的工作性能;最后通过数值模拟对比巷道常规支护与限阻耗能支护形式的变形与受力情况,验证巷道限阻耗能型支护方案的可行性。结果表明:限阻器的试验压缩量均达到了80%以上,具有较大的变形行程,在保证初期支护发生较大变形的前提下,达到降低围岩压力、耗散围岩能量的目的。限阻耗能支护较巷道常规支护最大主应力值分别降低51.2%、89.8%,提高了结构的安全性。

爆破震动对西湾露天煤矿边坡稳定性的影响

爆破震动是影响边坡稳定性的重要因素之一,为了探究爆破产生的震动对西湾露天煤矿边坡稳定性的影响情况,采用数值模拟、极限平衡理论等研究方法与手段,通过爆破监测数据测拟合出爆破监测点处的震动加速度,对施加了不同数值的水平方向震动加速度的坡面进行稳定性模拟。结果表明:当水平方向的震动加速度从0上升到0.03时,其坡面的稳定系数下降0.19;当水平方向的震动加速度从0.03上升到0.05时,其坡面的稳定系数下降0.114;爆破震动对边坡稳定性的影响会随着爆破震动加速度的增大而逐渐降低。

平朔东露天矿端帮采煤区边坡稳定性分析与监测方案

为分析平朔东露天煤矿端帮采煤区边坡稳定性,以DB-01、DB-02、DB-03等3个典型边坡剖面为研究对象,选取了合理的边坡稳定性安全储备系数与岩土体物理力学参数,基于极限平衡与有限先强度折减原理进行边坡稳定性分析,确定了各边坡开采到界的稳定系数均满足安全系数规范要求,并提出了端帮采煤区边坡监测治理措施。结果表明:平朔东露天煤矿端帮到界后的稳定系数均在1.2以上,到界端帮处于稳定状态,可进一步实施端帮采煤机开采;确定的4#煤的采硐高度为5 m、宽度为3.3 m,煤柱宽度为5 m;确定的9^(#)煤的采硐高度为5 m、宽度为3.3 m,煤柱宽度为6 m;端帮采煤机开采区的稳定性达到1.1以上,满足安全储备要求。

基于FLAC的边坡稳定性分析及治理措施研究

为解决某河道边坡稳定性问题,利用Geostudio软件对边坡进行极限平衡分析,同时采用FLAC进行数值模拟分析校核。在暴雨工况下边坡处于不稳定状态,最大位移量可达100.0 mm,剪切应变增量最大值可达4.45×10^(-2),shear-n塑性区已经完全贯通,边坡体有整体滑动的趋势。提出双排抗滑桩设计方案进行加固后边坡稳定性系数较治理前得到了大幅度提高,加固后最大位移量只有1.8 mm,边坡体最大应变增量值及剪切破坏塑性区的分布也得到了显著减少,边坡体达到稳定状态,设计方案合理可行,可为类似边坡治理工程提供参考。

近距离侧邻既有结构砂层隧道开挖面失稳极限平衡分析

随着城市化进程的推进,地下空间的开发利用是缓解交通拥堵、拓展城市空间的有效途径。地下空间中侧邻既有结构的施工具有高风险性,施工过程中带来的开挖面稳定性问题不容忽视。因此,以北京地铁3号线朝石联络线隧道暗挖工程为背景,采取数值模拟与相似模型试验的方式,探究了侧邻既有结构条件下砂层隧道开挖面失稳破坏特征。考虑不对称破裂角的隧道开挖面破坏特点,基于太沙基松动土理论,改进了传统模型中侧土压力系数和上部剪切带破裂角,提出了不对称开挖面失稳极限平衡分析模型,并推导出了上覆松动土压力与假想支护力计算公式。该研究成果和方法可为同等条件下侧邻既有结构暗挖隧道开挖面土体稳定性分析与加固设计提供参考。

某露天矿山高边坡稳定性分析研究

为研究露天矿山边坡稳定性,本文以四川某石灰石露天矿山为例,在考虑边坡处于3种不同工况下,如自重+暴雨、自重+暴雨+爆破震动、自重+暴雨+地震,分别采用极限平衡法和数值模拟法对该矿山B区典型特征剖面进行分析研究。研究结果可知,在最不利工况下(自重+暴雨+爆破震动),极限平衡法得到的安全系数为1.181,数值模拟法得到的安全系数为1.150,均大于边坡允许安全系数,说明该露天边坡属于稳定边坡。

别斯库都克露天矿采-排复合边坡稳定性分析

针对别斯库都克露天煤矿西外排土场与采场复合边坡的稳定性关系问题,在考虑西帮坡体内弱层赋存产状的基础上,运用刚体极限平衡法与数值模拟相结合的方法,分析了采排复合边坡的变形破坏机理,确定了西排土场距离采场的最小安全距离,优化调整排土场地表境界。结果表明:露天煤矿采排复合边坡的潜在滑坡模式为圆弧式后缘滑面的坐落滑移式破坏;当西外排土场与采场最小安全距离超出180 m时,西外排土场基本不会对采场边坡稳定性造成影响。

塔尔煤田Ⅱ区块露天煤矿南帮边坡空间形态优化

为解决巴基斯坦塔尔煤田Ⅱ区块露天煤矿南帮原设计到界边坡形态不合理问题,采用二维与三维相结合的分析方法来进行边坡稳定性分析,基于简化Bishop法、剩余推力法以及数值模拟分析方法对巴基斯坦塔尔煤田Ⅱ区块露天煤矿南帮边坡空间形态进行优化,确定了到界边坡的最优空间形态。研究结果表明:塔尔煤田Ⅱ区块露天煤矿南帮横采内排追踪距离应控制在100 m以内,优化设计后的边坡空间形态与原设计对比,整体边坡角增大2°,回采煤炭资源增加8.858×10^(6)t,剥采比为0.5,有利于实现煤炭资源的最大限度回采。

基于关键块破断特征的区段煤柱设计研究

为了快速确定布尔台煤矿42204工作面区段煤柱的宽度,通过数值模拟手段,分析了不同关键块体对煤柱承载特征的影响,结合极限平衡理论,共同确定了区段煤柱宽度为25 m是最佳设计。实际工程应用结果显示,25 m区段煤柱有效维持了巷道的稳定性,煤柱横向位移量在合理范围,保证巷道稳定性的同时,间接提高了矿井的经济效益,符合矿井生产需求。

某牵引式滑坡抗剪强度参数反演分析

牵引式滑坡在变形过程中呈现渐进式破坏,滑带土的抗剪强度参数在不同变形阶段具有差异性,如何获得经济合理的参数,对滑坡应急处置和工程治理意义重大。本文通过对某牵引式滑坡的滑带土抗剪强度参数分别采用极限平衡法和数值模拟法进行反演,并将之与土工试验法和工程类比法所得的参数进行比较,可见各种方法所得的参数存在一定的差异。在工程应用中,应充分考虑每种方法的适用条件,并根据滑坡的滑动状态和防治工作阶段,选择合理的参数,为滑坡应急处置和工程治理提供依据。

贵州冬瓜山大桥区域堆积体稳定性评价

为了对贵州冬瓜山大桥区域堆积体稳定性进行初步分析,为桥梁选址提供技术支持。通过详细的工程地质调查、钻探等手段,查明冬瓜山大桥区域堆积体分为D1、D2、D3三个区域,初步判定D1、D2区堆积体处于变形阶段、D3区堆积体稳定。采用极限平衡分析方法与有限差分数值分析对堆积体稳定性、岩土体应力特征进行分析,结果表明:1)D1区堆积体前缘在暴雨工况下处于基本稳定状态,堆积体沿基岩面整体滑动可能性较小,浅层潜在滑动趋势显著;2)D2区堆积体浅层滑动体在天然与暴雨工况下均不稳定,深层滑动体在两种工况下均处于稳定状态,D2区堆积体整体处于稳定状态。D2区堆积体浅层粉质黏土滑移趋势显著,沿深层潜在滑动面和基岩面整体滑动的可能性小;3)D3区堆积体处于稳定状态,堆积体沿着基岩面整体滑动的可能性较小。建议对D1区潜在前缘深层滑动体进行加固防护;对D2区浅层滑动体进行防护设计;对D3区采用加强堆积体范围内截排水措施和变形观测等综合防治措施。

三维盾构隧道开挖面极限支护压力数值及理论解

对盾构隧道开挖面稳定性进行三维弹塑性有限元数值模拟,获得了维持开挖面稳定最小极限支护压力随隧道埋深比及土体强度参数的变化特性.将极限支护压力值表示为土体粘聚力、上覆荷载、土体重度与其影响系数乘积的三项叠加,并通过数值模拟获得了各影响系数随隧道埋深比及土体内摩擦角的变化规律.利用数值模拟结果对三维楔形体模型进行对比验证,结果表明楔形体模型得到的各影响系数在规律上与数值模拟结果相符,但在数值上,土体重度影响系数与数值模拟结果更接近,而粘聚力和上覆荷载影响系数则存在一定偏差.

盾构隧道开挖面稳定极限理论研究

基于村山氏极限平衡法和极限分析上限法研究了盾构隧道开挖面稳定性,推导了维持开挖面稳定的最小极限支护压力计算公式。类似于Terzaghi地基承载力的叠加原理,将极限支护压力表示为土体黏聚力、地表超载和土体重度三项贡献的叠加,并对各自影响系数进行了分析。分析结果表明,极限平衡法得到的黏聚力影响系数随土体内摩擦角增大而增大,随隧道埋深比增加而减小,地表超载和土体重度影响系数均随土体内摩擦角增大而减小,地表超载影响系数随隧道埋深比增加而减小,土体重度影响系数随隧道埋深比增大而增大。当内摩擦角较小时,极限分析法得到的三项系数与土体内摩擦角和隧道埋深比的关系表现出与极限平衡相同的规律,但当土体摩擦角达到一定值时,土体黏聚力和土体重度的影响系数则不再随隧道埋深比而变化,地表超载影响消失。极限分析法得到的极限支护压力及三项系数均低于极限平衡法,但更接近现有文献中的有限元数值模拟结果。

露天矿含断层复合边坡稳定性

针对露天矿在开采到界过程中边坡含有断层,到界边坡上部存在外排土场,边坡在到界过程中存在的边坡稳定性具有复杂性问题,结合乌兰图嘎露天矿一采区西帮边坡的工程实际,基于极限平衡理论和数值模拟手段,研究了断层位置对露天矿采场以及采场-排土场复合边坡的滑坡模式及稳定性的影响规律,确保了西帮到界过程中煤炭资源的安全回采.结果表明:断层的存在导致西帮到界边坡的稳定性明显降低,但断层与到界边坡的相对距离对采场边坡稳定性的影响并不明显;当断层存在时,复合边坡的稳定性随着煤柱留设长度的增加,呈现先减小后增加的趋势,到达一定距离后,断层对边坡的影响消失.

上硬下软地层盾构隧道开挖面极限支护力分析

极限支护力是保证盾构隧道开挖面稳定性的关键参数.但目前鲜有学者研究上硬下软地层中盾构隧道开挖面极限支护力的现状.本文基于极限平衡法和筒仓理论,假设破坏面为折线,建立了适用于该地层的盾构隧道开挖面极限支护力计算模型,并得到其计算公式;进而对该地层模型进行数值模拟.结果表明,与不考虑地层分层的传统方法相比较,本文方法与数值计算结果更为吻合,证明了当开挖面横跨上硬下软地层时考虑分层的必要性.在此基础上,对埋深、上下土层厚度及土体强度指标等参数对极限支护力的影响进行了分析.结果表明:当上下地层土质不同时,考虑分层与否所得的极限支护力差异较大.因此,上硬下软地层不能等同于均质土层,在工程实践中需予以考虑.

多层边坡破坏机制数值模拟研究

通过大量的多层边坡算例来分析FLAC3D强度折减法在不同强度、坡比和层厚的情况下所得安全系数与滑动面位置的变化规律,并与极限平衡法进行对比,探究强度折减法和极限平衡法所得结果产生差异的原因,揭示多层边坡的破坏机制。数值模拟计算结果表明：①对于上层土体强度较软的边坡,当上下层强度相差到一定程度,表现为上层破坏,强度折减法与极限平衡法的安全系数相对差值最大,达5%~7%;上层土体厚度h增加时,安全系数逐渐减小;上层土体位于地表以下时,滑动面通过坡趾,安全系数保持不变。②对于下层土体强度较软的边坡,当上下层强度相差到一定程度,强度折减法所得安全系数基本保持不变,但极限平衡法仍保持增长趋势,最大相对差值可达12%;上层土体厚度h增加时,安全系数也相应增大,h位于9~12 m,边坡表现为深层破坏;而h=12 m时,极限平衡法的滑动面却通过坡趾,但安全系数相差很小。当h的变化范围在3~5 m,两种方法的安全系数相对差值最大,达6%~10%。破坏区分布分析表明,边坡呈拉伸-剪切复合破坏,对于下层土体强度较软的边坡,复合破坏模式更显著,与单一剪切破坏模式相比,最大有10%左右的相对差值。

青海八大山滑坡群形成机制及稳定性评价研究

在对青海八大山滑坡群进行现场勘查、室内试验和相关论证的基础上,阐述该滑坡群的基本特征和形成机制,并运用极限平衡分析法和数值模拟对该滑坡群在预设不同工况下的稳定性进行计算和评价;同时,对与750kV官亭—兰州东输电线路塔基稳定性关系密切的滑坡H3,H4,H5进行重点研究。研究结果表明,天然状态下,滑坡H3,H4,H5的整体稳定性系数均大于1.10,处于基本稳定及稳定状态,该状态下的20#,21#,22#塔基稳定性可满足要求;在暴雨工况下,滑坡H3的稳定性系数略小于1.05,处于欠稳定状态,滑坡H4处于基本稳定状态,而滑坡H5仍然处于稳定状态。受此影响,20#塔基安全性受到威胁,而21#,22#塔基仍可满足稳定要求;在烈度为VII度地震状态下,滑坡H3,H4,H5的稳定性系数均小于1.0,处于不稳定状态,20#,21#,22#塔基的稳定性也因此而无法得到保障。此外,敏感性分析结果表明,滑体内摩擦角是影响滑坡群稳定性的最敏感因素。最后,基于滑坡形成机制和定量评价结果,提出为提高滑坡稳定性应采取的工程加固措施,为输电线路的安全运行提供了物质保障,具有较高的实践和理论意义。