降雨干湿循环作用下的渣土边坡稳定性

降雨作用下边坡不同深度岩土体所经受的劣化作用强度差异显著,从而影响边坡的稳定性。以深圳典型渣土边坡为例,基于改进的Green-Ampt模型计算降雨作用下的浸润锋深度,通过干湿循环与直剪试验,获得了浸润锋内渣土抗剪强度参数的劣化规律,结合劣化规律并采用双强度折减法研究了不同降雨工况下渣土边坡的稳定性。研究结果表明:随着干湿循环次数的增加,渣土的黏聚力及内摩擦角均减小,且前期减小得快,后期缓慢,4次干湿循环后趋于稳定,符合指数函数的变化趋势,保持稳定不再衰减的渣土黏聚力为9.5kPa,内摩擦角为19°;综合降雨入渗的干湿循环以及双强度折减法得到的渣土边坡的稳定性系数较仅采用传统强度折减法得到的稳定性系数有大幅度的降低,最大减小了44.5%。该方法可以用于准确评价降雨作用下边坡稳定性。     

露天矿顺倾软岩边坡稳定性三维效应及其应用

为揭示并充分利用露天矿顺倾软岩边坡稳定性的三维效应,以白音华二号露天煤矿横采南端帮为工程背景,应用FLAC3D对不同空间形态条件下的边坡稳定性进行了数值模拟研究,分析了边坡破坏模式、稳定性、滑坡规模随横采工作帮与内排土场间追踪距离及开挖坡角的变化规律。结果表明,随着追踪距离和开挖坡角的增大,三维滑体的底界面首先由浅部弱层过渡为台阶状,最终过渡为深部弱层;边坡的稳定系数随着追踪距离的增大呈负指数规律减小,随着开挖坡角的增大近线性减小;滑体走向长度随追踪距离的增大近线性增大,倾向宽度随开挖坡角的增大而减小。绘制了白音华二号露天煤矿南端帮边坡开挖坡角与允许追踪距离间的关系曲线,据此提出了边坡稳定性控制开采方案,经现场实施,效果显著。     

元宝山露天煤矿3~#排土场工程地质条件与稳定性分析预测

在分析矿区地形地貌、地层岩性、水文地质条件和影响排土场稳定因素的基础上,结合区内2#排场的监测资料,采用FLAC3D模拟软件和刚体极限平衡法中的毕肖普条分法,对排土场边坡变形、破坏的主要影响因素进行了分析,揭示了其滑坡机理;对3#排土场的稳定性做出预测,认为排土场边坡变形破坏模式是上部排弃物沿圆弧滑面剪切滑移与下部沿粉土、粉质粘土平面滑移的圆弧—平面组合滑移形式;基底土层的内摩擦角对排土场允许排高较为敏感,是决定允许排高的内在因素,基底粉质粘土的极限承载力是决定排土场允许排高的外在因素;基底土体极限承载力所决定的排土场的允许排高为90.60～91.60m。提出了填沟压脚、降低第一排台阶高度和基底排水等措施来满足排土场边坡稳定的要求。     

吕梁矿区下庄排土场边坡稳定性分析

近年来排土场边坡失稳事故频发,造成重大人员财产损失。排土场边坡稳定性分析引起了相关方面的高度重视。本文搜集了吕梁矿区下庄排土场所在区域地形地质资料,通过勘探获得了排土场几何形态、排弃物岩性特征及基底工程地质特征,测定了相关参数,根据强度折减的有限元法进行边坡稳定性计算。结果表明:正常情况下边坡安全系数为1.512 5,降水条件下安全系数为1.16,安全度属正常级,认为排土场整体稳定,但局部台阶存在小规模坍塌风险。     

排弃物料力学性质大型三轴剪切试验研究

露天矿剥离堆积的排弃物料力学性质是矿山排土场设计与稳定性控制之关键科学问题。文章以西南某露天矿剥离排弃物料为研究对象,采用室内相似级配模拟试验制作了不同物质组成、级配、相对密度条件下的试样,采用剪后筛分试验研究了各试样在不同应力状态下的颗粒破碎机理及破碎率变化关系,采用大型三轴剪切试验测试了各试样的应力-应变关系及抗剪强度参数。试验结果表明:排弃物颗粒剪切破碎力学机制复杂,颗粒破碎率与物料组分、级配、相对密度及围压条件密切相关,与抗剪强度参数相关性强。应力-应变曲线无明显峰值强度,具有应变硬化特征,分析认为其与围压、相对密度水平较低有关。试验数据拟合曲线均表明:ε1/（σ1-σ3）与ε1为线性关系,-ε3与ε1为抛物线关系,相关系数均大于0.9。据此拟合曲线,求解出排弃物料的切线泊松比μt,修正了邓肯-张模型。对相同试验条件下对比试样（QG-B-3）应力-应变关系,采用邓肯-张模型（修正）进行了预测,预测结果与试验测试数据基本一致,验证了邓肯-张模型（修正）能够描述排弃物料力学特征。研究排弃物料剪切破碎机理与应力-应变特征,对露天矿排土场边坡变形控制具有重要的理论意义。     

北京东部地区非饱和粉砂层原位直剪试验成果分析

对北京东部地区典型非饱和粉砂层进行原位直接剪切试验,采用最小二乘法拟合得到黏聚力和内摩擦角指标,其内摩擦角指标相比于传统地区经验值和室内直接快剪试验值分别提高了11.11%～24.4%、3.01%～17.40%;室内直接快剪试验测得粉砂层的黏聚力为4.8～7.5 kPa,而原位直剪试验测得该值最高达9.5 kPa。研究成果为该地区非饱和砂土层的剪切指标参数优化提供了试验支撑,节约了基坑支护造价,为实现工程建设全过程绿色建造提供了可能。     

基于Hoek-Brown准则的冻融循环条件下露天煤矿边坡岩体力学系数修正

在露天矿边坡稳定性计算和评价过程中,边坡稳定性评价结果与岩体力学参数的选取密切相关。而在冻融循环条件下,岩石的物理力学参数随着冻融次数的变化而变化。首先通过室内模拟的方法对粗砂岩和细砂岩进行不同次数的冻融循环试验,然后进行一系列的单轴和三轴压缩试验,得到冻融循环条件下完整粗砂岩和细砂岩的物理力学参数;基于Hoek-Brown强度准则中的爆破扰动参数D,提出冻融循环劣化参数D_f,利用修正的Hoek-Brown准则得到冻融循环条件下岩体力学参数,并分析了边坡岩体的破坏模式。结果表明:随着冻融循环次数的增加,粗砂岩和细砂岩的单轴抗压强度、弹性模量和黏聚力降低减小,内摩擦角变化较小;而岩体的单轴抗压强度、整体抗压强度、抗拉强度、变形模量、黏聚力和内摩擦角均减小,这说明岩体在冻融循环环境中是不断损伤的,质量逐渐变差;随着冻融循环次数不断增加,岩体的抗剪强度劣化在不断加速,边坡的破坏形式主要为剪切破坏。修正的岩体力学参数为露天矿边坡稳定性分析提供更为准确的数据。      

抚顺西露天矿南帮边坡破坏机理及内排压脚措施

为了研究抚顺西露天矿南帮边坡的破坏机理,抑制边坡的滑移变形,应用微震监测技术和卫星监测技术,研究了南帮边坡的滑移破坏轮廓,基于RFPA（rock failure process analysis）强度折减法原理,研究了开采到最终境界时的边坡破坏机理,提出了两阶段内排压脚的防治措施,并分析了内排压脚对滑坡变形的抑制效果。研究结果表明：1）边坡破坏机理为,破坏最先发生在边坡上部,在边坡中部沿着弱层和破碎带运动,到边坡下部不整合面处受到抑制,最后在边坡底部沿中间弱层切出坑底,形成滑坡轮廓;2）两阶段内排压脚方案能明显抑制弱层的错动,当内排到-262 m水平时,可部分抑制底部弱层处滑移,底鼓现象消失;当内排到-212 m水平时,可完全抑制住底部弱层的滑动,此时边坡安全系数为1.324,满足安全要求。     

高寒矿区排土场边坡土体抗剪强度特征

为研究高寒矿区排土场边坡草本植物根-土复合体抗剪强度特征及其影响因素,以青藏高原东北部天骏木里煤田江仓矿区排土场为研究区,对组合种植垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）和冷地早熟禾（Poa crymophila Keng）的排土场边坡,测得边坡地表以下不同深度根-土复合体密度、含水率和含根量等指标,通过室内直剪试验获得素土和复合体黏聚力c和内摩擦角φ;采用灰色关联法得到密度、含水率和含根量与抗剪强度指标c和φ间的关联度。试验结果表明:排土场边坡相同取样点位置和层位,根-土复合体密度和含水率均小于素土,且第二层（地表以下10~20 cm）根-土复合体含根量显著小于第一层（地表以下0~10 cm）,第二层含根量较第一层平均降低幅度为31.66%;此外,根-土复合体c值较素土大,第一层和第二层根-土复合体c值较素土其平均增加幅度为32.69%、13.42%,两者的φ值则未表现出显著性变化规律;根-土复合体抗剪强度指标c和φ与密度关联度相对较高,与含水率关联度次之,与含根量关联度相对较小。研究结果对高寒矿区采用种植植物方式开展排土场边坡生态恢复,科学有效地防治坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害,具有一定的理论研究价值和实际指导意义。      

昔格达组粉砂岩与结构接触面力学特性试验研究

以攀枝花钢铁集团西昌钒钛资源综合利用项目建设中典型的昔格达组中风化粉砂岩为对象,进行了重塑土与混凝土压密,原状土与混凝土浇筑两种不同方式形成接触关系的环剪试验。对两种工况接触面下,剪切应力-剪切位移、竖向应变-剪切位移和抗剪强度特性分析表明:接触面剪切变形引起法向变形,随着法向应力的增加剪切引起的法向变形增大,在法向应力在400kPa时,最大法向应变高达6.8%; 接触面采用浇筑形式形成时,接触面上的土体由于水泥浆的渗入形成强度较高的一个薄层土带,此时接触面破坏发生在土体内部; 当接触面采用压密形成时,摩擦角与土体的内摩擦角接近,而接触面的黏聚力近似可以忽略。     

橡胶颗粒改良粉煤灰土的动力特性试验研究

对橡胶颗粒改良粉煤灰土的动强度、动模量、黏聚力和内摩擦角进行了动三轴试验研究,并将试验结果与粉煤灰土的动力特性加以对比,分析表明：粉煤灰土及橡胶颗粒改良粉煤灰土在同一围压下动强度均随破坏周数的增加而减小;在同一破坏周数下动强度随着围压的增加而增加;粉煤灰土的黏聚力为203.73 kPa,内摩擦角为11°;橡胶颗粒改良粉煤灰土的黏聚力为227.26 kPa,内摩擦角为17°,橡胶颗粒改良粉煤灰土的黏聚力增大了23.53 kPa,提高了11.55%;粉煤灰土的初始切线模量及平均动模量高于橡胶颗粒改良粉煤灰土的初始切线模量及平均动模量。研究表明,橡胶颗粒改良后的粉煤灰土具有动强度高、黏聚力和内摩擦角大的特点,从而说明橡胶颗粒改良后的粉煤灰土可以作为季冻区路基冷阻层材料     

高寒矿区草本植物根系增强排土场边坡土体抗剪强度试验研究

为研究草本植物根系对增强高寒地区露天煤矿排土场边坡土体抗剪强度的贡献以及相关因素对边坡土体抗剪强度的影响,以青海境内祁连山北缘江仓露天煤矿排土场为试验区,在排土场边坡组合种植垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)和冷地早熟禾(Poa pratensis L.)2种草本植物,在边坡3个不同位置处分别制取不含根系素土和根-土复合体试样进行直剪试验,探讨土体物理力学性质以及植物根系数量与根-土复合体抗剪强度之间的关系。结果表明:（1）随着边坡海拔升高,坡面浅层素土和根-土复合体试样的密度和砂粒含量呈显著增加,含水率、粉粒和黏粒含量显著降低;（2）与边坡素土试样抗剪强度相比,坡底、坡中和坡顶位置处根-土复合体抗剪强度增幅分别为4.09%、18.92%和0.69%;（3）在素土和根-土复合体试样中,含水率与黏聚力之间呈显著负相关关系,相关系数分别为-0.943和-0.969;土体中砂粒含量与内摩擦角之间呈显著正相关关系,相关系数分别为0.940和0.926;（4）坡底至坡顶位置处根-土复合体的黏聚力与素土相比,增幅分别为29.23%,54.40%,26.45%。     

基于强度储备的边坡非等比例双安全系数研究

边坡的失稳过程是一个渐进性的累积破坏过程。在破坏过程中抗剪强度参数黏聚力c、内摩擦角?的发挥程度是不同的,对应的安全储备也就不同,那么基于强度储备的双安全系数确定及其基于双安全系数的边坡稳定性评价就值得深入探讨。首先从岩土材料的软化规律出发,在强度参数服从线性分布假定的基础上,推导了黏聚力折减系数和内摩擦角折减系数之间的数学关系;其次将此数学表达式引入到传统的Bishop条分法中,提出了非等比例双安全系数Bishop条分法;然后以强度参数对抗滑力的贡献为权重,提出了综合安全系数来评价边坡的稳定性;此方法不仅克服了传统双安全系数法确定双安全系数的盲目性,而且为双安全系数法应用于工程实践提供了新途径;最后结合算例通过与传统方法的计算结果进行对比分析,验证了该方法的合理性。     

层厚比对水平砂泥岩互层岩体抗剪强度参数的影响

现有标准规定砂泥岩互层岩体的抗剪强度参数,当层厚在5 m以下时按泥岩取值,对不同工程场景、不同的层厚比例关系未做进一步区分。引入泥岩层厚与砂岩层厚之比,即层厚比,利用FLAC3D建立不同层厚比的水平砂泥岩互层岩体三轴数值试验模型,探索了层厚比对水平砂泥岩互层岩体的抗剪强度参数和变形特征的影响规律。结果表明:当岩层总厚度不变,层厚比以0.75为界,当层厚比小于0.75时,层厚比越小岩体黏聚力越大,反应砂岩对岩体黏聚力有增大效应,在此区间内水平砂泥岩互层岩体黏聚力可按1～4倍的泥岩黏聚力取值;同样,岩体内摩擦角仅按泥岩取值也不客观,但其随层厚比的变化规律不明显。当层厚比大于0.75时,水平砂泥岩互层岩体抗剪强度参数按泥岩取值是可行的。当层厚比不变,层厚对水平砂泥岩互层岩体的抗剪强度参数有明显影响,层厚比小于0.2时,互层岩体的黏聚力随层厚变化较大;层厚比大于0.2时,互层岩体的黏聚力随层厚的变化较小,可按泥岩取值。层厚比小于0.75时,互层岩体的内摩擦角随层厚变化较大;层厚比大于0.75时,岩体内摩擦角随层厚的变化较小,可按泥岩取值。水平砂泥岩互层岩体的变形特征也同岩体层厚比和层厚有关。层厚比较小时,岩体变形发生在砂岩层,破坏范围较大;随着层厚比的增大,其变形破坏发生在软岩部分,硬岩部分基本不出现变形或出现少量变形;若岩体层厚比不变,层厚减小,岩体的变形范围变大。     

黄土完全软化强度与残余强度的对比试验研究

为了解决复活蠕滑型黄土滑坡强度参数的取值问题,开展完全软化强度与残余强度的对比试验研究。以山西地区典型黄土为研究对象,采用预压固结法制备饱和重塑试样,并进行反复直剪强度试验获取完全软化强度和残余强度参数。试验结果表明:黄土的完全软化强度以黏聚力为零、颗粒未发生定向排列为主要特征。完全软化强度与二次固结应力和黏粒含量有关。试样在二次固结应力小于300kPa时的应力-应变曲线呈应变软化型,完全软化强度大于残余强度,黏粒含量高的试样应变软化更显著; 试样在二次固结应力大于等于300kPa时的应力应变曲线呈理想塑性型,完全软化强度近似等于残余强度。完全软化内摩擦角与残余内摩擦角的差值和预压固结应力、二次固结应力及黏粒含量有关。完全软化内摩擦角与残余内摩擦角的差值随二次固结应力的增大而减小,最终趋于0。当预压固结应力小于300kPa时,内摩擦角差值及黏粒含量对内摩擦角差值的影响随着预压固结应力的减小呈乘幂性增大; 当预压固结应力大于等于300kPa时,完全软化强度近似等于残余强度,可用完全软化强度近似代替残余强度。研究结论为复活蠕滑型黄土滑坡稳定性分析时强度参数的取值提供了一定的参考。     

抚顺西露天矿蠕动边坡变形特征及稳定性动态分析

以抚顺西露天矿北帮边坡为例,分析了边坡变形规律和破坏机制。在弱层流变试验的基础上,建立了弱层流变力学模型。通过确定加速蠕变阶段来临的极限应变量和应变速率,建立了弱层长期强度的时间效应方程,对于不同的边坡工况进行了动态稳定性评价。分析结果表明,采取相应的治理工程之后,边坡稳定系数明显提高,为控制边坡的蠕动变形破坏发展提供了科学依据。     

基于双强度折减策略的边坡稳定性分析方法探讨

基于能耗分析理论,假定黏聚力和内摩擦角按不同折减系数进行强度折减,采用不同边坡综合安全系数定义方式,根据虚功原理推导了各自综合安全系数的目标函数表达式。采用序列二次规划法和内点法编制了非线性规划迭代程序,对综合安全系数目标函数进行优化求解。依据算例结果探讨了双强度折减技术评价方法对边坡安全系数计算的影响规律。研究结果表明,边坡稳定性影响因素众多,抗剪强度参数c与φ的折减系数之间不存在惟一确定的函数关系,现有预先假定黏聚力和内摩擦角按某一比例进行强度折减的处理方法尚难以完全合理解释;通过强度折减的最短路径来定义边坡综合安全系数的方法物理意义更为明确。研究结论可为工程技术人员加深采用强度折减技术进行边坡稳定性分析的认识提供有益参考。     

云母影响水泥软黏土强度的试验研究

软黏土具有压缩性强、承载能力低的特点,实际工程中多用水泥作为固化剂对软黏土进行加固。云母是软黏土中较为常见的一种片状矿物,其含量和颗粒大小会影响水泥加固后的软黏土即水泥软黏土的强度。通过无侧限抗压强度试验和直接剪切试验研究云母含量及目数对水泥软黏土抗压强度及抗剪强度的影响,提出了云母含量、目数与水泥软黏土抗压强度、抗剪强度指标值之间的关系。试验中云母目数设定为10,20,40,80目共4个梯度,云母含量设定为0%、8%、16%、24%、32%共5个梯度。试验结果表明,云母含量的增加以及云母目数的减小会导致水泥软黏土无侧限抗压强度和抗剪强度的降低,且其对无侧限抗压强度的不利影响更为显著。含10目32%云母的水泥软黏土的强度减少量最大,此时无侧限抗压强度为0.33 MPa,是不含云母水泥软黏土的25.5%;黏聚力为76.5 kPa,比不含云母时减少了12.24 kPa;内摩擦角由不含云母时的23.71°降低至21.77°。云母自身的片状形态及其对水泥水解水化作用、离子交换作用的阻碍是造成水泥软黏土强度降低的主要原因。     

人工配制生活垃圾强度特性的超大型直接剪切试验

将生活垃圾分为易降解材料、难降解材料和不可压缩的固体材料3大类,其比例为50%、15%、35%。在环境土工实验室,人工配制该比例的垃圾,采用超大型直接剪切试验仪器,进行了生活垃圾强度特性及抗剪强度参数的研究。研究表明,生活垃圾的强度与压缩时间和剪应变有关,且符合库仑定律,得到了初始孔隙比为2.9的生活垃圾在不同压缩时间及不同剪应变下的抗剪强度参数,黏聚力为9.69~15.64kPa,内摩擦角为18.73~35.53。     

临界滑动场技术在排土场边坡设计中的应用

边坡临界滑动场技术是近年发展起来的一种边坡稳定性分析方法。它能准确快速确定多层介质、多台阶边坡任意形状的临界滑动面,全面评价边坡整体和局部稳定性。文章首先应用临界滑动场技术对原设计15坡角时的龙桥排土场边坡进行临界滑动面搜寻,确定边坡整体安全系数为1.42,证明原设计的15坡角取值过于保守。然后再应用临界滑动场技术的扩展方法进行反向分析,在给定安全系数为1.30的条件下,求得最佳设计坡角为17。研究成果为将来矿山的排土工作提供指导,具有一定的工程实用性。