煤矿排土场边坡变形失稳特征FLAC~(3D)模拟分析

煤矿排土场边坡是一类特殊的人工堆积边坡,它的变形破坏具有自身的特点。由于其堆积材料的特征性,使得煤矸石堆积体及其下部粘土层具有较强的应变软化特征。本文结合四川某煤矿排土场边坡,运用FLAC3D程序对该排土场边坡失稳变形特征进行三维数值模拟分析,分析结果表明:①通过参数软化重现该类边坡失稳变形过程是可行的;②可以通过边坡位移特征寻找其滑面形态和失稳区域;③最大不平衡力是否收敛可以判定边坡的稳定状态。④模拟结果与实际吻合。     

超高排土场的粒径分级及其边坡稳定性分析研究

明显的粒径分级是超高排土场区别于土质边坡的最重要特征。针对西源岭413台阶排土场,结合开发的HHC-CA模型和现场散体粒径分布情况的调查,建立了考虑超高排土场粒径分级特征的边坡模型。在此模型的基础上,借助FLAC3D软件分析了现状边坡和各种堆排模式下的边坡稳定性。结果表明:西源岭413台阶排土场现状边坡上部位移矢量表现为下沉,其下沉方向与坡面保持同向,中部位移矢量表现为剪切,下部位移矢量略有反抬升的趋势。其边坡破坏模式为顶部平台拉裂,中部以圆弧形剪出;此排土场的现状边坡处于暂时性稳定阶段。而采用全覆盖式多台阶排土的边坡上部位移矢量表现为下沉,在排土场底部过渡到水平方向;破坏模式为顶部平台拉裂,下部以圆弧形剪出。仅考虑堆积散体的材料强度对排土场稳定性影响时,超高排土场的粒径分级有利于排土场边坡的稳定。     

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。     

基于强度参数的内排土场软基底局部换填率估算与应用——以内蒙古白音华一号露天矿为例

为了更加经济有效地提高软基底内排土场边坡稳定性,以白音华一号露天矿为工程背景,通过直剪试验测定了排弃物-弱层接触面和排弃物-砂岩接触面抗剪力学指标,提出了局部换填条件下排弃物与基底接触面的等效抗剪力学参数的确定方法;基于刚体极限平衡理论,计算不同换填率条件下的边坡稳定系数,以安全储备系数为限定条件提出了基于强度参数的内排土场软基底局部换填率估算方法,并采用数值模拟手段进行验证。研究结果表明：确定白音华一号露天矿排弃物-砂岩接触面的黏聚力为25.78 kPa,内摩擦角为17.58°;排弃物-弱层接触面的黏聚力为7.50 kPa,内摩擦角为9.72°;局部换填情况下软基底内排土场边坡稳定性系数与换填率呈正相关一次函数关系;计算求得满足安全储备系数要求的内排土场某阶段基底换填率为20%;局部换填处理后软基底内排土场边坡的滑坡模式仍为以圆弧为侧界面、基底弱层为底界面的组合滑动。     

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。     

宽级配废石的高排土场稳定性研究

宽级配废石的一坡到底的高台阶排土场具有明显的粒径分级特征，传统稳定性分析方法将其简化为多层各向同性的均质土体，却实质性忽略了排土场粗粒土各粒组分布的不均匀性和随机性，导致难以获得其边坡稳定性的合理结论。依托江西某铜矿高台阶排土场，借助自编元胞自动机程序EPOHHM，采用5组窄级配粗粒土表征了高台阶排土场的粒径分级现象，模拟了各粒组散体分布的不均匀性和随机性，分析了不同工况下排土场的位移场及塑性状态，系统地探讨了不同堆排模式下排土场边坡的安全稳定性，提出了一种宽级配废石的高台阶排土场稳定性的精细化分析方法。研究结果表明，排土场发生“拉-剪”破坏；土体中上部有圆弧形滑坡趋势，下部变形表现为沉降，顶部平台产生拉剪裂缝。仅考虑散体力学强度时，底部粗颗粒（ 100 mm）含量的增加对排土场起显著的稳固作用，“单台阶全段高”的堆排模式比“全覆盖式多台阶”更有利于宽级配废石的高排土场安全稳定。研究成果将为保证明显粒径分级的排土场的长期安全稳定提供指导，也为今后分析此类工程问题提供借鉴。     

排土场滑坡与泥石流灾害控制技术与方法

对排土场滑坡破坏模式进行了FLAC3D模拟分析。结合具体工程实例,分析形成潜在滑坡、泥石流灾害的原因。针对排土场灾害,强调以防为主,防治结合的思想。提出以逆序排土工艺及倾斜分层排土工艺进行排土,提高排土场自身稳定;结合坡面疏导排水、底部泄流体等综合技术,对排土场灾害进行防治。对排土场灾害的预防与治理有一定的借鉴意义。     

寒区露天煤矿排土场边坡生态修复研究

通过对寒旱区生态修复技术的集成创新,结合寒区露天煤矿排土场植物生长条件特点,提出了适合矿区边坡的生态修复技术. 选择典型煤矿排土场展开现场试验,观测人工种植植物的生长情况,并采用计算流体力学数值分析手段,对排土场边坡生态修复防止风力侵蚀和降雨冲刷的效果进行了分析. 结果表明：采用边坡穴植植物装置实施的排土场生态修复工程效果良好,施工1 a后其边坡植被覆盖度达到95%,且边坡植物群落较为稳定,有效地消除了该地区冬季的风力侵蚀和夏季的降雨冲刷,彻底解决了排土场的水土流失问题.     

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。     

尾矿坝-排土场联合堆排稳定性与边坡参数优化研究

尾矿坝和排土场作为矿山采选固废的堆存场所是矿山事故发生高频区域,其安全与否直接关系到矿山工程的正常生产。在分析国内尾矿坝-排土场联合堆坝所取得成果的基础上,结合湖南省某钨矿所属尾矿坝-排土场联合堆坝存在的问题,分析了尾矿坝-排土场联合堆排体三个剖面整体的稳定性,同时研究了各剖面边坡参数是否能有效拦截上方滚石,提出了各剖面外坡边坡角的优化参数,采用数值模拟方法对各剖面坡形优化后的外坡边坡角的稳定性进行了分析,根据计算结果对排土场外坡进行卸荷开采设计,卸荷后形成六级外坡平台,平台宽度为5.0 m,研究成果能够很好的指导尾矿坝-排土场联合堆排工程的治理设计。 更多还原     

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。     

攀枝花露天矿排土场边坡稳定性的三维数值模拟研究

矿山排土场边坡的稳定性评价及安全管理对矿山环境的保护和地质灾害的防治具有重要意义，针对攀枝花露天矿的排土场，在建立其边坡地质模型的基础上，利用FLAC-3D软件，建立了排土场边坡的三维模型，对边坡的稳定性进行三维数值模拟研究，获得了排土场边坡变形破坏的基本特点及稳定性的基本状况，模拟的结果和现场调查的结果基本一致，从而为该排土场边坡的进一步治理提供了依据。针对FLAC-3D不能直接建立几何模型的特点，开发了一个数据前处理程序，可以自动生成与FLAC-3D相匹配的模型数据文件。     

倾斜基底排土场稳定性预测与失稳机制探讨——以胜利煤田西二号露天煤矿排土场为例

西二露天煤矿顺倾基底排土场于2011年10月在其东侧局部地段出现裂缝并下沉、塌陷,运煤公路两侧地表出现近1 m高的地鼓,严重威胁运煤卡车及作业人员安全。在深入研究区内地质环境条件的基础上,采用刚体极限平衡法和FLAC3D数值模拟相结合的方法,对排土场稳定性受基底形态,坡角、坡高的影响进行定量分析和评价。结果表明,基底形态与岩性对排土场-基底系统稳定性影响最大,边坡角次之,边坡高度影响最小。该研究有助于指导此类排土场边坡设计和应急防治工程方案的选择。     

基于三维地质模型的排土场边坡整体稳定性探究

目前所广泛采用的平面应变分析手段,针对排土场边坡稳定性评价时有时会出现某剖面安全系数高于设定允许值,实际中却遭破坏的现象,除了常被提及的力学参数、本构模型等因素,排土场凹形夹持效应和凸形发散作用突出以及滑体端部效应的影响,是分析结果不能准确反映实际的根本原因之一。鉴于此,从平面高程数据、地质剖面、钻孔资料等条件,配合插值效果较为稳定的Kriging法对空间数据进行插值,建立排土场三维地质整体模型。然后,采用自编FISH语言接口程序,将地质模型导入FLAC3D中离散化并计算,较为简单、有效地实现三维地质建模、模型可视化、岩土工程计算分析三位一体功能,有效地克服了平面分析无法解决的上述问题。以攀钢兰尖铁矿尖山第7排土场为实,对其整体稳定性进行应力、应变分析,采用三维强度折减法计算排土场三维整体安全系数,与现场调查及平面计算结果较为一致。基于该模型的计算结果可以有效避免排土场空间效应和滑体端部效应,得到的排土场全域应力-应变规律,对露天矿排土场的生产管理,具有一定的指导意义。     

高寒矿区软弱基底排土场边坡稳定性数值模拟

为研究青藏高原东北部高寒地区冻融条件下,软弱基底露天煤矿排土场边坡变形破坏模式和边坡极限堆载高度,本文以青海天峻祁连山北缘江仓露天煤矿排土场作为试验区,采用二维有限元法模拟分析了5种不同堆载高度工况下排土场边坡变形破坏模式,基于折减系数法确定排土场边坡安全系数和稳定性评价。分析结果表明:在容许堆载高度范围内,随着排土场边坡堆载高度的增加,排土场边坡位移量表现出显著增长的变化趋势,其水平方向与垂直方向最大位移量分别为1. 631 m和6. 320 m,当超过容许堆载高度范围,排土场边坡位移量发生突变,呈显著性降低的变化趋势,其位移量降低幅度为64. 27%～102. 32%;塑性变形区表现出沿排土场边坡承载基底位置处的草甸型软弱界面,向排土场边坡坡底位置扩展;剪应力在坡底位置处出现应力集中现象,且剪应力集中范围由边坡承载基底向上、向坡体内部扩展且呈连通趋势,其结果形成后缘拉裂、前缘剪切滑移的整体边坡变形破坏模式;排土场边坡安全系数随着堆载高度的增加表现出二次函数降低(R~2=0. 9896)的变化规律,当排土场边坡高度为65 m时,则达到边坡设计容许高度,且其安全系数为1. 25。本次研究所得到的排土场承载由草甸构成的软弱基底在坡底位置处的变形结果,与野外试验区边坡堆载作用下所形成的实际情况基本吻合。研究结果可为高寒矿区排土场边坡变形破坏科学防治,提高边坡稳定性研究,提供理论支撑依据和实际指导意义。     

离心模型实验下的岩质边坡内部应变分析

岩质边坡是我国矿山工程以及交通工程中常见的边坡类型,而岩质边坡内部往往存在大量岩桥,岩桥的分布将对边坡的稳定性产生一定程度的影响。为了详细探究边坡中岩桥分布对其内部应变的影响,本研究以岩桥分布于边坡下部和中腹部两个经典实际案例建立边坡模型,通过离心模型试验,将拍摄的图像进行数字化处理,对边坡模型内部主应变以及最大剪切应变进行对比分析。结果表明:相对于坡面变形,岩质边坡内部变形更加突出,而离心荷载作用会加大影响;边坡内部应变主要集中在岩桥附近,岩桥和裂缝具有崩塌前应力集中和崩塌后应力释放的作用,因此岩桥导致的坡体内部变形是判断岩质边坡失稳的关键因素之一。本实验研究可以为岩质边坡失稳的防治提供新的研究方向且具备一定的指导价值。     

垃圾填埋场边坡上土工膜的拉力与位移分析

在垃圾填埋场中,土工膜通常放在填埋场的边坡上用来隔离有害物质以避免污染周围环境。土工膜上填埋垃圾和土层沿其长度将有剪应力作用,使得土工膜产生位移,内部承受拉力。为保证土工膜的安全使用,需要对土工膜的拉力与位移进行分析。以边坡材料的应力应变协调为基础,对土工膜下层与土接触面上的剪应力-位移关系采用双曲线模型,推导出微分控制方程,并利用有限差分法迭代求解控制方程得到土工膜位移与拉力的解。最后,对影响土工膜拉力和位移的重要参数进行了分析研究。     

黄土地基排土场滑坡演化机制研究

由于场地的惟一可选性,尖山铁矿南排土场布置在软弱黄土斜坡地基上。从2008年开始,先后发生过不同程度的失稳破坏。基于工程类比方法,采用现场勘查、监测和跟踪调查等手段,研究黄土软弱斜坡地基排土场的滑坡孕育演化机制,就其滑坡类型及模式（低速缓动、旋转、牵引式）、成因机制（超载和侧向挤压主导、降雨触发）和孕育演化过程（持力层蠕滑－地基底鼓－黄土梁拉裂－旋转滑动－裂缝扩展－上部坐落）进行分析。从排土场边坡与基底的相互作用特征出发,采用理论分析确定最大堆载高度,基于工程类比和统计分析确定破坏范围,评估失稳对周边环境的影响后果。滑坡孕育演化机制指出,合理使用排土空间、调整排土场生成过程的时空关系、控制排土速度是调控系统各子结构过程稳定性的关键。并提出允许适度破坏的设计理念。     

考虑超固结比和应力速率影响的膨胀土卸荷力学特性研究

利用GDS应力路径三轴试验系统对南阳膨胀土进行3种应力速率下、4种超固结比（OCR）的被动压缩三轴试验及3种超固结比的被动挤伸三轴试验,分析了不同超固结比和应力速率下其应力（孔隙水压力）-应变关系、有效应力路径及变形模量的演化规律,对膨胀土变形模量各向异性特性进行了初步探讨。结果表明,应力速率、超固结比及卸荷路径均对膨胀土力学特性有一定影响。在被动压缩路径和被动挤伸路径下,随着应力速率和超固结比的增加,相同轴向应变时的偏应力值单调增加;不同超固结比和应力速率时膨胀土的孔隙水压力始终为负值,且其降幅总体上随超固结比的增加而增大,但其降幅随应力速率的变化规律与剪切路径有关。在被动压缩路径下,相同应变时不同应力速率下的孔压降幅基本相同;而在被动挤伸路径下,其降幅随应力速率的增加而增大。边坡开挖路径的选择对于边坡变形影响显著,被动挤伸路径下达到设定极限偏应力时的轴向应变明显大于被动压缩路径。膨胀土变形模量E100随着超固结比和应力速率的增加而增加,但各应力速率下变形模量的各向异性特性则随着超固结比的增加而变弱。     

黏性土剪切带的形成与其屈服的内在联系的探索

为了深入了解黏性土的应力应变特性,对黏性土进行了量测侧向变形的不排水平面应变压缩试验。分析试验结果发现,黏性土局部化变形的起始点与黏性土样中的孔隙水压力的突然增长的转折点非常接近,而孔隙水压力开始急剧增长变化的转折点为其屈服点,说明黏性土剪切带开始形成的偏应力为其屈服点,超过此点后黏性土局部化变形加剧,这个发现将有助于土体在强度理论、变形和稳定分析等方面的深入研究。