基于层次分析法的露天矿岩体抗剪强度参数研究

露天矿岩体抗剪强度参数影响边坡稳定和矿山安全,受结构面及地质环境条件影响,岩体抗剪强度很难直接和准确获取。文章通过工程上常用的岩块强度折减法、Hoek-Brown准则法和工程岩体质量分级标准法获得了岩体抗剪强度参数,在分析了各类方法问题的基础上,提出了基于层次分析法的岩体抗剪强度参数的确定方法,计算结果能综合反映岩体抗剪强度参数特征,为全面客观地确定露天矿岩体抗剪强度参数提供参考。

硬岩体强度弱化范围理论分析与工程验证

岩石巷道综合机械化快速掘进有助于改善采掘接续紧张的局面，而岩石硬度是影响综掘设备快速掘进的关键因素之一。针对硬岩巷道围岩岩性特点，利用超深孔预裂爆破技术，对硬岩巷道岩体强度进行弱化，并通过工程实践检验预裂效果，结果表明：硬岩巷道超深孔预裂爆破后，钻孔周围形成压碎区、裂隙区，使岩体有效强度降低，有利于综掘截割机具经济破岩；理论及数值模拟分析得出钻孔爆破后形成半径为1．8 m左右的松动破坏区；通过对新庄孜矿-812 m水平B4胶带大巷硬岩进行超深孔预裂爆破，钻孔窥视及工程验证爆破松动半径能够达到1．5～2．5 m之间，取得了良好的岩体强度弱化效果，为硬岩巷道机械化快速施工技术研究提供指导。

破碎岩体隧道洞口开挖诱导滑坡与古滑坡耦合分析

以大栗树高速公路隧道洞口施工为工程背景,研究了在考虑古滑坡因素下洞口工作面边坡失稳及其加固技术。利用钻孔测斜数据(BCD)和Midas GTS折减强度有限元分析模型,分别推测了最危险滑动面,得知两者滑动面位置相似。并采用不平衡推力传递法,基于BCD推断滑动面计算安全系数。以BCD和有限元法的滑动面为基础,将滑动面近似假设为对数螺旋线,考虑地形因素,建立考虑多台阶边坡上限分析模型,研究了不同加固措施对边坡稳定的影响。结果表明,3种方法计算出的边坡安全系数结果相近。

CT探测技术在硬岩体爆破后强度弱化范围测试中的应用

岩巷综掘遇到硬岩时,为了选择合理的松动爆破参数,使全断面硬岩体均能被顺利载割,文章基于地震波CT探测技术对深孔爆破后围岩表面强度弱化范围进行了测试,根据波速在不同介质中传播速度不同,通过爆破前后数据采样分析,得出了爆破后岩体表面强度弱化范围,据此,可采用该探测方法能对爆破参数设计起到较好的指导作用。

顺层岩质边坡失稳破坏机理及滑动岩体临界长度分析

顺层岩质边坡常因工程建设活动中在坡体下部开挖形成临空面(剪出口)从而产生顺层滑移—拉裂破坏,在对顺层岩质边坡进行支挡设计时确定滑动岩体临界长度是设计人员最关心的问题。根据岩层面的抗剪强度指标通过边坡稳定性分析来确定滑动岩体临界长度。根据理论分析建立顺层岩质边坡失稳破坏长度计算式,结合习水县和播州区两个工程项目进行理论计算滑动岩体临界长度与实际岩体后缘拉裂长度对比印证,通过印证比对基本吻合。在对顺层岩质边坡进行开挖过程中应先进行预支护或预加固后方可进行岩体开挖。

基于广义Hoek-Brown准则的节理岩体强度及变形参数随机分析

以赞比亚穆利亚希露天矿边坡为工程背景,在岩石力学试验以及现场勘察测绘数据的基础上,构建了以岩石单轴抗压强度、岩石质量指标和节理调查统计数据为输入参数的概率统计模型,并采用卡方检验对模型进行了吻合度检验。在广义Hoek-Brown准则的基础上,利用MATLAB编程及蒙特卡洛随机分析方法,由输入参数模拟获取节理岩体强度及变形参数的概率分布,得到各参数的取值范围(最小值/最大值)以及平均值、标准差等统计值。采用斯皮尔曼等级相关系数分析了强度及变形参数与各输入参数之间的相关关系。结合边坡工程实例,从破坏概率角度评价了该边坡工程的稳定性状态。该方法可充分考虑节理岩体参数的不确定性和变异性,可为实际工程安全决策提供重要的参考依据。

层状岩体强度结构面特征的数值分析

运用FLAC3D软件建立层状岩体试件模型,分析单轴压缩情况下的破坏模式和强度各向异性特征。研究结果表明：随着结构面倾角β的增大,试件抗压强度σc呈现先减小后增大的趋势;当结构面倾角为20°~30°和80°~90°时,试件抗压强度对β的灵敏度最大;当β为30°~70°时,σc变化不大;当结构面内摩擦角φj〈β〈90°时,数值计算结果和理论计算结果差别较小;当β≤φj或β=90°时,两者差别较大,数值计算结果明显小于理论计算结果;数值模拟结果能够反映出β≤φj和β=90°对应的岩体抗压强度存在一定差别,与实际情况相符。

工程岩体抗剪强度参数的数值分析及应用

借助于地质调查和简便易行的力学实验确定复杂岩体的力学参数是岩石力学积极探索与研究的方向之一 ,根据典型的岩体结构概化模型 ,模拟现场岩体力学实验可以达到简便易行和完成大批量试验的目的 .本文使用数值分析方法 ,模拟了节理—岩桥组合剪切实验过程 。

岩体强度参数空间变异性分析

应用地质统计学的理论和方法， 以变差函数为工具， 对现场实测的岩体强度参数进行了分析， 拟合出相应的最优化理论变差函数， 并求出了岩体性质参数的相关距离和相关函数， 说明了岩体性质的空间变异性特征。

考虑岩体抗剪强度各向异性特征的边坡稳定分析方法

在Sarma法的基础上,利用岩体连通率指标对临界滑裂面搜索过程中岩体的抗剪强度参数进行修正,得到了考虑岩体各向异性的搜索结果.通过算例证明,所获得的临界滑裂面和优势结构面的倾角一致,通过漫湾、三峡等实际工程案例进行了合理性验证.

基于三维形态空间分析和仿真试验的岩体结构面剪切强度参数研究

获取结构面可靠的强度指标是研究岩体强度的重要基础。因不同结构面样本的巨大差异,以及剪切测试难以重复进行的实际情况,直接通过试验获取剪切参数通常难度较大且结果不理想。以具有定向变形特征的岩体剪切结构面为研究对象,探索性提出采用结构面剪切测试-结构面表面形态三维空间分析-数值仿真试验相结合方法,获取真实可靠的结构面强度参数。该方法优势表现为:岩体结构面摩擦角的2个组成部分即基本摩擦角和爬坡角完全分离,且能考虑结构面形态三维特性及剪切变形方向特征;同时,力学测试和数值试验结合,克服了单纯依靠剪切测试无法重复的重大难题。

确定岩体斜坡滑动面抗剪强度的动态反分析方法

滑动结构面的抗剪强度在岩体滑坡的稳定性计算中是最重要的参数,也是最难以确定的。基于岩体抗剪强度是多种因素影响下的随机变量这一认识前提下,本文以西柏坡“中共中央解放军总部”旧址滑坡为例提出了确定岩体斜坡滑动面抗剪强度的动态反分析方法,并对该方法获得的抗剪强度的实用性进行了分析。结果表明,反分析方法是获得岩体斜坡滑动面抗剪强度的最经济、合理的途径。

根据直剪试验进行岩体经验强度准则参数的反分析

ＨｏｅｋＢｒｏｗｎ准则在节理岩体边坡，基础和地下开挖工程的设计和施工中，近十余年来已在许多国家广泛应用．采用三轴试验确定参数ｍ和ｓ，已有一套完备的程序．但是现场只能采用直剪试验，目前的方法尚不合理。

不同的层状岩体抗剪强度表达式计算效果的有限元分析

为考察不同的各向异性抗剪强度表达式对于数值计算结果的影响,以一个假定的位于层状岩体中的矩形地下洞室为背景,分别使用笔者和Pietruszczak各自提出的材料摩擦系数和黏聚力随方向变化的公式,进行3种工况的弹塑性二维有限元模拟,对比了围岩中的应力、位移及塑性区。结果显示,笔者提出的经验表达式与和相应的Pietruszczak一阶表达式在计算中的精度基本相当,而与Pietruszczak的二阶表达式相比有较明显的差别。

岩体经验强度准则参数的反分析研究

Hoek- Brown准则在节理岩体边坡 ,基础和地下开挖工程的设计和施工中 ,近十余年来已在许多国家广泛应用。采用三轴试验确定参数 m和 s,已有一套完备的程序。但是现场只能采用直剪试验 ,目前的方法尚不合理 ,本文提出了一种改进的参数反分析的正演法。研究得到的结论对实际工程具有现实意义。

基于机器学习模型的节理岩体UCS预测方法

节理岩体力学性能研判不明会对地下工程建设安全造成极大隐患,规范中对含节理岩体的力学性能判断多以粗略的定性分级为主,未给出明确的力学性能量化表征方法;而传统回归分析方法难以综合考量节理形貌多维度特性,岩体力学性能预判精度低。为探寻含节理岩体力学性质智慧量化预测方法,从含单节理岩体入手,广泛调研并收集了130组含单节理岩体单轴抗压强度(UCS),并采用节理倾角θ、节理贯通率k量化节理形貌特征,以弹性模量E及抗压强度σ表征岩石强度,开展基于机器学习的含单节理岩体力学性质智慧预测方法研究。为充分论证机器学习算法在岩体性能预测方面的适用性,引入神经网络、随机森林、支持向量机等多种机器学习算法,并采用分布统计、灰色关联分析等手段遴选关键控制指标,进一步结合k折交叉验证法训练映射网络,在此基础上比较了多种机器学习算法及传统回归分析模型的预测性能。研究结果表明:①统计分析与灰色关联度分析可高效筛选指标组合;②k折交叉验证和多指标评价能有效减少机器学习模型的偶然误差;③整体上特征数量与预测效果成正比,其中支持向量机、随机森林分别为全参量预测和局部参量预测的最佳表现模型;④机器学习模型比经验、半经验得出的传统多元非线性回归模型预测效果更佳,充分展现了其在岩石力学性能智慧判别与预测中的巨大潜力。

基于强度折减法的M-C强度准则在边坡中的稳定性分析

岩体是一种非均质、各向异性的非连续性材料,其力学特性研究较为复杂。Mohr-Coulomb强度准则(以下简称M-C)是岩土工程当中使用较多,且应用经验较为丰富的强度准则,采用能量型的M-C强度准则开展岩体理论研究具有一定的研究意义。基于此,以弹性应变能广义M-C强度准则(简称为GM-C)为基础,建立能量型广义M-C岩体强度准则(简称为EGM-C强度准则),同时将EGM-C强度准则嵌入到FLAC 3D软件中并进行模拟计算,验证该准则的适用性。理论分析表明:当岩体完整性系数K v等于1时该准则蜕变为GM-C强度准则;当岩体完整性系数K v等于1、材料变形参数νmc等于0.5时该准则蜕变为M-C强度准则。EGM-C强度准则是对GM-C强度准则和M-C强度准则的继承与发展,是以材料变形参数νmc、岩体完整性系数K v为参数的强度准则集合,并非单一强度准则;EGM-C岩体强度准则能够完全利用已有的M-C强度准则的研究成果,并将其应用于实际工程中;两组岩体试验数据验证得出:EGM-C强度准则略高于L.Y.Zhang提出的广义三维H-B岩体强度准则的计算值;同时将EGM-C本构模型嵌入到FLAC 3D有限元软件中并成功调用,在有限元软件中建立一个坡高为30m、未设边坡支护的边坡模型,采用M-C本构模型与EGM-C本构模型作对比分析,结果表明:M-C本构模型与EGM-C本构模型的塑性变形区域大致相似,但EGM-C本构模型与M-C本构模型计算得出的位移分别为8.6318cm、4.6117cm,EGM-C本构模型计算出的结果更偏于安全,这可能与EGM-C本构模型考虑了岩体完整性系数和材料变形参数有关。

一种渗流吸水诱发岩体强度弱化的有限体积数值计算方法

传统的渗流数值计算方法难以较真实地描述岩石材料性能劣化和渗透性演化机制。该文提出了一种渗流吸水诱发岩体强度弱化的有限体积数值计算方法。利用高斯散度定理采用有限体积法求解水在岩体中的渗流过程及岩体的变形破坏过程,建立了基质吸水引起岩体模量及强度弱化的理论模型及相应的数学表述。基于考虑吸水弱化算法的各向同性孔隙渗流模型,模拟了低、高两种边界流体压力下某粉砂岩试样的吸水软化过程和不同吸水时间下试样的单轴压缩过程。数值算例表明:边界流体压力越高,试样达到整体饱和状态的时间越快;渗流初期以自由水渗流填充孔隙为主,渗流后期以孔隙内自由水向基质吸水的转化为主;边界流体压力对渗流速率具有明显控制作用,但对基质吸水速度无影响;随着吸水时间的增加,试样的强度(黏聚力、内摩擦角)逐渐减小至残余值,得到的基质吸水含量随时间变化的数值解与理论解基本一致,表明了数值算法的计算精度,可以用于隧道突水、围岩稳定性等实际岩体工程问题的渗流-应力耦合效应分析。

抚顺西露天矿软硬岩互层反倾岩体边坡稳定性分析及治理

软硬岩互层反倾岩体边坡具有形成机理复杂、内部节理构造隐蔽性强以及致灾因素多等特点,因此其防治工程难度相对较高。抚顺西露天矿地质灾害风险较大,矿界周边特别是东北部建筑物较多,人口密集,亟需采取强有力的综合治理措施。基于抚顺滑坡历史灾害统计和研究区域精细化工程地质勘查,多角度分析了矿区北帮E1000边坡失稳机理,采用强度折减理论验算刚体极限平衡的反分析方法对现有的滑坡形态进行了反演分析;以反分析获取的泥页岩互层抗剪强度参数为基准,对设计的疏干排水、削坡、充水回填以及综合治理方案的边坡稳定性进行了演算。研究表明:综合治理方案具有投资强度小、安全性高(安全系数为1.506)、治理措施适宜等特点。

露天矿边坡岩体强度参数影响因子敏感性分析

露天矿岩体边坡稳定性是确保矿山安全生产和建设的最重要的影响因素之一,岩体边坡一旦失稳会给矿山的生产、施工和建设带来巨大的灾难。经调查发现矿山岩体边坡的稳定性受采动影响较小,受岩体自身强度的影响较大。本文采用FLAC3D数值模拟技术对影响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。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。