高速铁路土工格栅加筋膨胀土边坡作用机制

土工格栅加筋处治是解决膨胀土边坡问题的关键技术。为深入研究格栅与膨胀土相互作用机制,依托南宁铁路改柳南线工程,开展加筋设计及格栅抗拔稳定性计算。将考虑膨胀土侧向膨胀影响及格栅反包约束作用的设计方案应用于实际工程中,并通过预埋设的监测元件,对自然降雨−蒸发气候下加筋边坡的含水率、应力、位移及格栅应变的变化特征进行长期监测。研究结果表明:在考虑侧向膨胀及格栅约束的影响下,土工格栅的抗拔稳定安全系数仍满足规范要求。基于监测数据发现,受大气环境影响,体积含水率的波动幅度由浅至深逐渐减弱;格栅应变变化趋势与土体应力变化趋势基本一致,随季节性干湿气候呈“波浪”式变化;靠近坡面土体受大气干湿循环的影响更为显著,对降雨入渗敏感,其土工格栅应变变化迅速,峰值出现时间早;格栅应变峰值远小于格栅允许拉应变,且边坡累积水平位移量较小,表明加筋边坡滑移破坏风险较低;在降雨过程中,格栅对边坡土体施加弹性约束,允许坡面发生一定程度的膨胀,释放坡体因增湿产生的膨胀势,从而避免边坡因侧向应力增大形成渐进式滑坡,体现了土工格栅加筋膨胀土边坡“以柔治胀”的作用机制。研究成果可为高速铁路膨胀土边坡的土工格栅加筋设计与施工提供理论和技术支撑。

土与强风化岩双元边坡圆弧-平面破坏模式与支护设计方法

为了探究土与强风化岩边坡中强风化岩不破坏的临界坡率及稳定性判断方法,基于济南地层,得出适用于数值模拟的土层参数,并利用强度折减法求出边坡的临界坡率,为施工提供参考。针对强风化岩不破坏的边坡,运用改进的瑞典条分法求出边坡安全系数解析解,并利用滑移线场法求出滑移线,为安全系数解析解的应用提供依据。结果表明,岩层厚度超过边坡高度1/2或坡率大于1:0.5时,强风化岩一定破坏;解析解得出的安全系数偏小,有利于工程安全;针对土与强风化岩边坡,文中结果可确定边坡破坏区域,设计支护方案。

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。

基于多时相光学遥感影像亚像素相关的边坡监测——以溪洛渡电站为例

水电站高边坡监测是水电站灾害防治中的关键问题,基于卫星遥感技术进行库区滑坡监测是解决该问题的重要手段之一。利用卫星影像亚像素相关性算法获取地表形变位移场,能够克服SAR影像失相关因素,在水电站边坡监测中具有重大的应用潜力。本文以溪洛渡电站2015-2019年5期Google Earth影像和2019-2022年4期Sentinel-2影像为数据源,采用相位相关算法计算了边坡形变量,通过构建一次多项式曲面拟合模型去除轨道误差等趋势性误差,获取了2016、2017和2019年溪洛渡电站下游边坡形变值。分析显示,两种影像提取得到的边坡形变量具有相同的变化趋势,均与谷幅实测数据吻合较好。本文结果验证了基于多时相遥感数据将亚像素相关性匹配技术运用于大型水电站边坡形变监测的可行性。

三维土工网边坡防护水土保持能力研究

路基边坡防护工程可减轻降雨对坡面土体的侵蚀作用,为深入研究坡面防护材料水土保持能力的定量表征方法,通过室内人工降雨边坡侵蚀模型试验,分析不同降雨强度和不同三维土工网防护下路基边坡的降雨侵蚀规律,提出三维土工网水土保持能力的试验测定方法及相关系数计算公式。研究结果表明:三维土工网防护边坡泥沙流失干质量明显小于相同条件下不设防边坡泥沙流失干质量,土工网防护在减少边坡侵蚀量的同时,有利于边坡侵蚀进程的快速稳定,但土工网的水土保持能力随雨强增大急剧下降。泥沙流失速度随着降雨的持续而逐渐减小,后期趋于收敛稳定,侵蚀历程采用指数函数拟合具有较好的相关性。建议设防边坡的试验降雨时间不少于70 min,不设防的边坡试验降雨时间不小于100 min。水土保持能力系数随雨强的增大呈对数函数关系减小,雨强超过100 mm/h时水土保持能力系数实测值与对数函数拟合值差异较大,建议在测定材料水土保持能力系数时雨强取20~100 mm/h,可取50 mm/h作为标准试验雨强。泡面类三维土工网水土保持能力显著优于普通三维土工网,而双泡面的三维土工网优于单泡面三维土工网。试验条件下凹凸泡面三维土工网的水土保持能力系数主要分布在1.71~3.03,建议50 mm/h雨强三维土工网水土保持能力系数不应小于1.5。

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。

地震放大作用下裂缝边坡稳定性极限分析及影响规律研究

大量试验数据和震后调查表明,地震加速度沿坡高具有显著放大效应并导致产生坡顶裂缝。为探究放大效应对边坡稳定性和坡顶裂缝的影响,基于极限分析上限法和拟静力法,建立考虑放大效应的裂缝边坡稳定性分析方法,得到地震放大作用对边坡稳定性和裂缝开展情况的影响规律。计算结果表明:裂缝边坡安全系数随地震放大系数增加而降低,陡坡和缓坡在考虑地震放大效应后安全系数均下降约10%,坡顶裂缝随地震放大系数增大逐渐远离坡肩,但裂缝深度会减小,其中当坡底地震加速度较大时放大效应对裂缝位置和深度影响显著。根据地震裂缝边坡安全系数的上限解c/γHtanφ与边坡参数F/tanφ值呈现幂函数的特征,通过拟合获得了安全系数计算表达式,可在实际工程中快速评估地震放大效应对裂缝边坡安全系数的影响。

考虑冠梁的桩锚支护边坡试验与数值模拟

以兰州港务区桩锚支护边坡实例为依托,通过无线自动化监测与有限元软件数值模拟相结合的方式,研究桩锚支护在未设冠梁(填土过程)阶段和设置冠梁(运营期间)阶段的支护结构内力与边坡稳定性的变化规律.结果表明:在未设冠梁阶段,随着填土高度的增加,桩身弯矩、锚杆轴力和边坡位移逐渐增大;冠梁设置后,可有效地减小桩身弯矩和锚杆轴力并且对桩顶附近土体有较强的约束作用,对边坡顶部位移的约束效果最为显著,边坡位移的影响从坡顶至坡底逐渐减小,也明显地提高了边坡的稳定性;随着运营期内支护结构与边坡土体应力的相互调整,两者的内力与位移趋于平稳变化.该试验可为西北黄土地区桩锚支护边坡的设计、施工和监测分析提供有益的参考.

断层斜交岩质高边坡开挖变形特征及其治理效果评价--以陕南地区某岩质高边坡为例

为厘清断层斜交岩质高边坡开挖变形特性以及边坡治理后的时变特性,以陕南地区某断层斜交岩质高边坡为例,综合采用现场调查、数值模拟以及多点位移监测等方法分析断层斜交岩质高边坡破坏机制,归纳了断层斜交岩质高边坡的主要致灾因子,分析了边坡开挖过程中的变形特性,并探讨了边坡治理的时效性。结果表明:研究区域地形陡峭,受断层和坡脚开挖影响呈现出典型临空地形地貌,且受地质构造影响,出露岩体破碎程度较高,节理裂隙发育;基于数值仿真论证了断层斜交岩质高边坡采用“上部锚索锁固+中部坡体刷方+下部锚索和抗滑桩加固”方案治理的可行性,现场调查和监测数据结果表明边坡治理效果明显;断层处流土溶蚀效应明显,强降雨诱发岩质高边坡后缘断层附近平台发生塌陷,在断层和坡脚部位增设排水措施后坡体病害得到有效缓解,整体变形速率得到有效控制。研究成果对断层斜交岩质高边坡的治理及破坏机制分析具有参考意义。

新疆水利工程西域砾岩边坡加固关键技术研究与应用

鉴于西域砾岩边坡长期浸没水中软化变形后失稳、因水位变动对边坡表面掏刷破坏、内外水头差过大导致的滑坡、高速水流对坡脚掏刷导致坡顶崩塌等问题,该地层条件下的水利工程高边坡广泛存在,传统的水利工程边坡加固形式已经无法解决此类边坡的问题。为了保证库区内西域砾岩高边坡稳安全定性,实现工程安全性和经济型的平衡,结合新疆迪那河五一水库工程面临库区内联合进水口西域砾岩高边坡加固的问题,提出了一套适用西域砾岩高边坡加固的方法,该方法成功的解决了西域砾岩边坡在蓄水后遇到的边坡软化失稳和长期安全运行的问题,为今后同处西域砾岩的水利工程边坡处理提供借鉴和帮助。

NPR锚索对白云岩矿失稳边坡控制效应研究

节理裂隙是露天矿开采中边坡失稳的主要影响因素,因此,研究节理裂隙有利于解决矿区边坡开采的安全性问题。以北京黄峪口白云岩矿失稳边坡为工程地质背景,采用现场调查(测线法和赤平极射投影法)、NPR锚索数值模拟和现场监测方法,以NPR锚索主动支护思想为核心对其进行了试验研究。研究表明:①黄峪口白云岩矿边坡岩层基本呈水平状或与边坡走向方向一致,边坡体结构破碎,节理裂隙发育,存在软弱夹层和多条滑带,边坡有严重失稳的趋势。②NPR锚索入射角为20°时达到边坡最佳支护效果,边坡位移约2.55 cm,说明NPR锚索对破碎边坡起到较大的抗滑作用。③根据现场监测得出NPR锚索的锚索轴力可达300 kN左右,支护后的边坡较稳定。研究反映出,NPR锚索对节理裂隙发育的边坡控制效果较好,可为类似露天矿边坡治理提供参考。

齐大山铁矿东帮边坡空间形态优化

针对齐大山铁矿东帮边坡空间形态优化问题,在分析边坡工程地质条件的基础上,将极限平衡法与数值模拟法相结合,评价原设计到界边坡稳定性,优化设计到界边坡的形态参数,探讨追踪距离对边坡三维稳定性的影响规律。研究结果表明:采用逐水平优化方法设计的到界边坡角为46°,每阶段的边坡二维稳定性系数均满足安全储备系数要求;边坡的三维稳定性系数与追踪距离呈负相关指数函数关系,当追踪距离为50 m时,齐大山铁矿东帮到界边坡角可设计为48°,整体边坡角提高了2°,经济效益显著。

稻草加筋土边坡稳定性模型试验

为了研究稻草加筋土边坡的稳定性及变形破坏特征,先后开展了稻草加筋土无侧限抗压强度试验与边坡稳定性模型试验.通过无侧限抗压强度试验得出,在土体中加入稻草,可有效抑制土体的变形,且当稻草加筋率为0.2%、筋材长度为25 mm,即最优加筋条件时,加筋土无侧限抗压强度最大,对试样变形的抑制效果最好.在此基础上,开展了最优加筋条件下的稻草加筋土边坡稳定性模型试验,试验结果表明,相较于素土边坡,稻草加筋可有效提高边坡极限承载力,减小竖向位移;素土边坡与加筋土边坡的水平位移变化趋势均可分为稳定、等速变形和加速变形(包括弱加速变形阶段与强加速变形阶段)三阶段演化,稻草的加筋作用在弱加速变形阶段发挥明显,能显著提高坡体抵抗变形能力;加筋土边坡完全破坏后产生的滑面深而广,且滑面周围小裂隙相对较多,整体性与稳定性均优于素土边坡.

充水作用下露天煤矿内排土场边坡稳定性分析

为分析废弃矿坑改造成蓄水湖时充水高度对内排土场边坡稳定性的影响,采用室内相似试验、数值模拟和理论分析的方法对不同水位高度下内排土场边坡稳定性进行研究。研究结果表明:随着充水高度的增加,浸润线运移速度、边坡最大位移、孔隙水压力和边坡土体受到的压力整体呈增长趋势。充水高度越大,边坡倾角越大,边坡稳定系数越低。研究结论为露天煤矿改造成蓄水湖或蓄能水电站项目工程提供参考。

露天矿顺倾软岩边坡内排追踪压帮治理工程——以贺斯格乌拉南露天煤矿首采区南帮为例

软岩露天煤矿实现安全高效开采的重点是边坡稳定。为解决露天矿顺倾软岩边坡稳定性治理难题,在分析边坡稳定性主控因素的基础上,提出了露天矿顺倾软岩边坡内排追踪压帮治理工程。以贺斯格乌拉南露天煤矿首采区南帮为工程背景,兼顾采场与内排土场边坡稳定性,采用极限平衡法和数值模拟相结合的手段,设计了采场边坡的空间形态,提出了采场与内排土场边坡协同治理方案,可最大限度地安全回收边坡压覆煤炭资源。研究结果表明:弱层暴露长度是露天矿顺倾软岩边坡稳定性的主控因素,控制采场与内排土场间的追踪距离是改善边坡稳定性的有效途径;随着追踪距离的增加,边坡破坏模式从以圆弧为侧界面、弱层为底界面的切层-顺层-剪出滑动逐渐过渡为以圆弧为侧界面、弱层为底界面的切层-顺层滑动,边坡稳定性逐渐下降;内排土场及其与采场构成的复合边坡稳定性随破坏底板弱层回填岩石范围的增大呈指数函数规律提高;贺斯格乌拉南露天煤矿首采区南帮浅部边坡留设40 m运输平盘、15 m保安平盘,底帮深部边坡角29°,追踪距离控制在50 m之内时可满足安全要求;内排土场基底弱层完全破坏并回填岩石倾向长度60 m时可满足安全要求。研究成果为软岩露天煤矿边坡稳定性治理提供了新思路。

新工科背景下基于OBE理念的露天矿边坡稳定课程教学改革与实践

在新工科建设背景下,我国高等院校提出培养具备实践能力和创新能力的工程人才的新要求,采矿工程专业的课程教学也需与时俱进。针对目前传统教育存在的问题,基于OBE理念对露天矿边坡稳定课程改革进行思考,从修订教学目标、教学内容重构、教学策略改革和多元化新型评价体系四个方面,对露天矿边坡稳定进行课程改革。通过以上改革策略的实施,以期提高学生在新工科背景下露天矿边坡稳定课程中的学习效果和综合能力,为培养适应新工科要求的优秀采矿类人才提供参考和借鉴。

SSA-MLP模型在岩质边坡稳定性预测中的应用

岩质边坡的力学参数量化及稳定性分析对岩质边坡灾害的防治具有重要意义。Hoek-Brown(H B)准则是一种用于确定岩体力学参数的经典方法,能反映出边坡岩体变形和位移的非线性破坏特征。在此基础上,首先,提出一种麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)改进多层感知器(Multi-Layer Perceptron,MLP)的神经网络模型,并用于边坡稳定性预测、指标敏感性分析及参数反演。其次,将收集的1085组岩质边坡的几何参数和H B准则参数等作为输入变量,极限平衡理论Bishop法求解的安全系数作为输出变量,对SSA MLP模型进行训练学习和性能评估。最后,将该模型运用于25个边坡实例,验证模型的有效性。结果显示,该模型收敛速度快、精度高,为边坡稳定性分析和参数量化提供了一种新思路。

边坡支护工程设计和施工阶段关键技术分析

工程项目在进行建设过程中,不可避免地会出现开挖情况,对于地质较差的地方,为减小开挖工作量,常设置相关边坡防护措施进行及时防护。而边坡的防护形式和措施较多,其应用条件和经济性均不一致,若不进行相关现场分析和评估,盲目采用过大的防护,容易造成经济浪费,因此如何根据设计过程中的数据采用贴合的边坡防护是施工所希望达到的目的。本文以娄底市某边坡工程开挖为例,结合当地场地条件,分别从设计和施工角度对其在项目进行中的关键性技术进行分析,从而提出相关解决方案,达到经济适用性目的。最终结果证明,在施工完成后,该边坡情况良好。拟为相关类似工程提供参考。

降雨入渗作用下基底倾角对内排土场边坡变形的影响

为了研究降雨条件下基底倾角对排土场边坡稳定性的影响,根据朔州市某露天煤矿的实际情况,利用FLAC3D软件对排土场边坡进行同等雨强条件下不同基底倾角的数值模拟。结果表明:在降雨初期,排土场边坡表层的饱和度先快速增长并趋于非饱和的稳定值;随着降雨入渗至弱层和基岩交界处时,雨水在重力作用下向坡脚处堆积并导致坡脚处发生剪切破坏;随着基底倾角的增加,各监测点达到饱和或稳定状态出现明显的时间滞后效应,且位移量和应变增量的变化与基底倾角呈正相关关系。

高陡边坡延时爆破电子雷管延时时间计算方法

在高陡边坡开挖过程中,为控制爆破振动对周围建(构)筑物的损伤,基于爆破振动波形叠加原理,研究了不同孔间延时时间的爆破振动叠加规律,提出了一种适用于高陡边坡开挖的延时爆破孔间延时时间精确计算方法,并通过现场试验对该方法进行验证。结果表明,该方法能够准确地预测出多孔爆破合成波形,同时能够确定最优孔间延时时间,使得爆破在爆心距为20 m处产生的峰值振动速度和爆破能量显著降低。此外,由于爆破振动信号的干涉效应显著,爆破振动能量呈现出向高频带集中的现象,降低了低频能量对建(构)筑物的危害。研究结果对相关工程工作起到指导与借鉴作用。