凹边坡稳定性三维极限平衡法研究与应用

为揭示拱形约束条件下凹边坡稳定性的三维效应,基于极限平衡理论,从定量认识土体环向侧压力角度出发,提出新的凹边坡稳定性三维计算方法。通过将该方法与经典三维极限平衡法进行对比,验证该方法的准确度。选取典型工程实例,采用该方法与数值模拟相结合,研究平面曲率对凹边坡空间滑坡模式与三维稳定性的影响。结果表明:该方法的精度较高;平面曲率对凹边坡的滑体空间形态、尺寸与稳定性有一定影响,即随平面曲率的减小,滑体走向长度与滑面深度均近线性增大,稳定系数呈指数型规律降低,工程中可通过增大凹边坡的平面曲率改善边坡稳定性和减小滑坡规模。

凹边坡参数对边坡稳定性的影响

抽象出凹边坡的几何模型,采用量纲分析的方法,给出凹边坡几何参数和物理力学参数对边坡稳定系数的影响通式.在FLAC定义的边坡稳定系数意义下,经过数万次计算,采用二次回归的方法,确定了通式中的影响指数,形成经验公式.结果表明,受Mohr-Coulomb和拉应力两个强度准则控制的材料,形成的凹边坡的稳定性受无量纲粘聚力、边坡角、内摩擦角的控制.凹形边坡有利于边坡的稳定,边坡稳定性与岩土的抗拉强度关系不大.这一稳定系数公式对于形状规则均匀性好且符合Mohr-Coulomb破坏准则的凹边坡可以给出精度高的估计.对于其它边坡的稳定性评价还需要做有针对性的工作.

曲率半径对凹边坡稳定性的影响

为了分析露天矿不同曲率半径对凹边坡稳定性的影响,基于有限元强度折减理论,对均质凹边坡采用数值模拟软件FLAC3D进行了数值模拟,确定了边坡的滑坡模式及滑坡机理,计算不同曲率半径下凹边坡的安全系数,分析不同曲率半径对边坡稳定性的影响。模拟结果表明:降低边坡的曲率半径可以提高边坡的稳定性,均质凹边坡的滑坡模式为圆弧滑动,凹边坡的中间台阶的位移比较大,坡脚处的剪切应变较大。

凹形边坡圆弧滑动模式稳定性控制机理研究

为了研究凹形边坡出现圆弧滑坡破坏时的稳定性控制机理,明确边坡形状差异对边坡稳定性的影响,基于瑞典圆弧法对滑体进行三维条分,并将侧向土压力纳入力学分析,推导出了适用于凹形边坡圆弧滑坡的三维稳定性分析方法.根据凹形边坡几何结构及地质参数,分析了凹形边坡曲率半径及上、下部拱高对边坡稳定性的影响规律.结果表明:从平直边坡向凹形边坡的过渡阶段,稳定系数先增大后减小,当上部拱高为边坡高度的1.5倍时,可使边坡稳定系数达到最大;随着边坡高度的增加,凹形端帮相比平直端帮稳定性提升的幅度逐步减小,凹形边坡形式对稳定性的提升作用在边坡高度较低时体现得较为明显.

平直与水平凹形边坡力学结构及稳定性对比研究

为了研究平直和水平凹形边坡稳定性差异的内部机理,以简支梁结构和两铰拱结构为基础模型,建立了平直和水平凹形边坡的整体力学模型,推导出端帮结构中的轴力、剪力和弯矩等基本力学参数计算公式,揭示了整体力学结构差异对稳定性的影响关系。通过建立边坡分析的三维模型,研究了平直与水平凹形边坡对稳定性的影响,结果表明:水平凹形边坡的曲面拱形结构能够有效缓解剪应力的集中分布,降低边坡失稳的风险,其稳定性优于平直边坡;内排跟进缩小坑底宽度能够有效提高端帮边坡稳定性;平直和水平凹形边坡稳定性随边坡角的增大均呈现线性递减;随着边坡高度的增加,水平凹形边坡相比平直边坡稳定系数增加的幅度逐步减小。

分区开采露天矿凹形端帮力学及几何特性研究

为了研究分区开采的露天矿凹形端帮几何、力学特性,与圆形深凹露天矿进行对比,明确了端帮岩环共轴特性,并推导出了岩环拱高与平面曲率半径的函数关系,求导得到了平面曲率半径的最小值,同时还推导出上部境界平面曲率半径与端帮高度之比的表达式,并得出了该比值的最小值为端帮边坡角的余切值.通过力学建模分析,推导出了考虑侧面压力时的凹形边坡稳定系数计算公式,并明确了影响凹形端帮稳定性的关键因素有上部平面曲率半径与坡高之比和凹形端帮暴露面积.利用数值模拟对凹形端帮进行稳定性分析,验证了力学模型的准确性,揭示了各影响因素与稳定系数的耦合规律.