江西省永平铜矿西部排土场极限堆载高度确定

国内外对排土场极限堆载高度的理论计算缺乏研究,目前尚无成熟的统一理论计算方法。文章结合永平铜矿西部排土场的工程实例,在进行边坡工程地质条件勘察与排土场岩土物理力学性质试验研究的基础上,采用数值计算方法对排土场进行了分层堆载数值模拟计算。通过对计算结果的分析,得到位移、塑性区与安全系数随堆载高度的变化规律,并确定了该排土场的极限堆载高度。     

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%。     

四川某水库大坝左坝肩边坡变形破坏机制及整治对策探讨

以现场考察和变形监测资料为依据,探讨一个下部有软弱基底,上部为硬脆性坡体的“二元结构”边坡的变形破坏问题,揭示这类边坡的变形总是以下部软弱岩体的不均匀压缩流变为先导,进而引起上部硬脆性坡体的拉裂与倾倒,最终通过渗入水的作用,使下部承载状况已进一步恶化了的软弱岩体,沿剪应力集中带发生剪切破坏而导致整个变形坡体的下滑。     

软弱结构面对花岗岩残积土边坡稳定性影响

花岗岩残积土边坡存在较为发育的微裂隙结构面和一些软弱岩脉风化而成的软弱夹层,由于风化作用、降雨和地下水渗入等外界环境影响,裂隙中的填充物泥化和膨胀,结构面的抗剪强度迅速下降,造成边坡失稳破坏。通过对边坡破坏形式和机理的研究,得到了微裂隙引起边坡破坏的两个内外因素,外因是开挖导致裂隙处应力集中形成塑性破坏区;内因是裂隙处土体具有峰值—残余强度差异。以某含软弱夹层花岗岩残积土边坡为例,建立有限元数值模型对该边坡的变形特征进行研究,发现软弱夹层的存在不仅造成了边坡总体变形的增大,还决定了边坡失稳破坏时滑动面的位置。     

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。     

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。     

基于强度折减的土质边坡破坏及稳定分析

边坡的破坏过程是由土体局部破坏向整体失稳发展的过程,其塑性区的开展及其水平位移增量的变化较完美地展现了这个过程。根据边坡的实际破坏和有限元数值模拟情况,提出了以特征点位移增量的突变及塑性区贯通作为边坡的失稳判断准则;并以此为判据,采用基于强度折减的大变形有限元方法分析了土质边坡的破坏及稳定性。研究表明,采用强度折减有限元法可有效分析边坡的破坏及其稳定性;此外还分析了带有软弱夹层黏土边坡的破坏性状及其稳定性,并比较了大、小变形有限元的计算结果,结果表明,带有软弱夹层黏土边坡的破坏性状随软弱夹层土体性质的变化而变化,由大小变形有限元分析得到的边坡稳定安全系数较为一致,但边坡的破坏机制随软弱夹层土体性质变化的转变点不同。     

不同平衡堆载条件下桩基承载特性的原位试验研究

沿海吹填围垦地区土质较差,淤泥软弱土层较厚,在后期填土作用下土体会产生很大的固结沉降。后期不同堆载填土方式对桥梁基础影响较大,可降低基桩承载力,同时平衡堆载主要增加基桩的沉降,而不平衡堆载则对基桩水平位移影响较大。结合台州湾大桥工程建设,选取3根基桩进行了平衡堆载（围载）试验,另外,选取了3根基桩进行了不平衡堆载试验,研究不同堆载条件下对桩基承载特性的影响。现场试验结果表明,平衡堆载条件下主要引起桩侧产生负摩阻力,堆载高度达到4 m,堆载面积为24 m×16 m时,负摩阻力总和达到2 687 kN左右,中性点深度约为29.5 m,约为0.36倍桩长,且负摩阻力的发展是随时间而变化的;不平衡堆载条件下主要产生土拱效应,使桩基产生较大的水平位移,试验中不平衡堆载对吹填区的影响主要在距离地面20 m范围之内,土中最大水平位移出现在距离地面4～5 m左右位置,而桩身最大水平位移出现在桩顶。     

抗滑桩加固边坡稳定性影响因素的参数分析

抗滑桩加固是滑坡治理的常用方法。本文采用强度折减有限元法分析了影响抗滑桩加固边坡稳定性的若干因素,计算了边坡抗滑桩在坡顶分级堆载过程中的桩身弯矩、剪力、位移和边坡安全系数,揭示了桩位、桩长等因素对抗滑桩加固边坡稳定状态的影响规律,获得了最优桩位及临界桩长等抗滑桩优化设计要素,为排桩的优化设计提供参考依据。并对抗滑桩在坡顶分级堆载下的桩身受力、变形特性及规律进行了分析。发现桩头水平位移在坡顶分级堆载下以指数函数形式发展,并建立了变形预测数学模型,为桩身变形控制提供了参考依据。     

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。     

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。     

边坡开挖破坏过程的离心模型试验研究

边坡开挖是工程中经常遇到的问题。在清华大学土工离心机上,开发了一种离心机运转过程中的边坡开挖模拟技术。进行了土坡开挖的离心模型试验,测量了开挖过程中边坡的位移场变化。结果表明,边坡的破坏过程是从坡体下部开始的剪切带逐渐向上发展贯通的过程,并经历了滑裂面贯通前的平缓变形和贯通后变形迅速增大两个阶段。坡顶裂缝最初均是由受拉引起的,但随着剪切带的不断向上发展,裂缝的扩展是由拉伸和剪切两种作用综合引起的。     

水位升降条件下牵引式滑坡离心模型试验

自三峡水库蓄水后,库区地质灾害频发,研究库水位升降条件下的库岸边坡稳定性与破坏模式日益重要。以三峡库区云阳县凉水井滑坡为原型,基于长江科学院CKY?200土工离心机,结合滑坡区工程地质概况,模拟制作了这一典型库岸滑坡的简化模型。采用高速相机、激光位移传感器、孔隙水压力传感器、土压力传感器等监测手段,在模型试验中实现了对边坡前缘水位高程及升降的控制,获取了试验过程中坡体水平位移和沉降、孔隙水压力、土压力值的变化规律,得到以下结论：试验从开始至加水阶段结束,模型位移以竖直方向为主,而在排水阶段则水平方向位移远大于竖直方向;试验过程中,在库水位上升与骤降作用下,首先在前缘产生裂隙,并逐渐向中部、后缘扩展,随后在中部产生较大变形,出现局部滑移,模型总体破坏形式呈牵引式破坏模式;试验结束时,模型自后缘起体积含水率逐渐增大;在水位上升期间,模型变形相对较小,主要滑移出现在水位下降期间,因此,该滑坡为动水压力型,产生变形破坏主要是由于动水压力效应所致。试验揭示了库岸牵引式滑坡在库水位升降条件下的破坏模式和变形失稳机制,为库区滑坡的防治提供了重要依据。     

非均质成层边坡极限承载力上限分析

极限承载力一直是采矿、岩土等领域关注的难点和热点问题,严重影响着边坡与邻坡建（构）筑物的安全稳定性。基于极限分析上限定理,考虑边坡滑动溢出位置不确定性影响,建立3种模式的非均质成层边坡刚性多滑块破坏机制,推导出边坡极限承载力上限解,并采用序列二次规划算法（SQP）求其最优值。以三岔露天矿北帮为工程背景,通过与数值计算结果对比分析,验证本文方法的有效性,进而开展不同坡角和排土场距坡肩距离影响分析。结果表明：（1）本文方法计算结果与数值计算结果吻合度较好,表明本文方法边坡极限承载力上限解合理有效;（2）边坡极限承载力与坡角大小呈线性负相关,与排土场距坡肩距离呈线性正相关,相比于排土场距坡肩距离而言,坡角对边坡承载力影响更为敏感;（3）坡角变化对边坡失稳模式影响较大,而排土场距坡肩距离的变化对边坡失稳模式影响不明显;（4）坡角和排土场距坡肩距离均对滑裂面起始位置和溢出位置有影响,滑裂面起始位置受排土场距坡肩距离影响较大而受坡角影响较小,滑裂面溢出位置受坡角影响较大而受排土场距坡肩距离影响较小。相关研究成果有望为边坡及邻坡基础设计提供理论支持。     

Progressive failure behavior of pile-reinforced clay slopes under surface load conditions

Stabilizing piles are widely used to improve stability level of slopes to avoid landslides. In this paper, the full failure process of clay slopes reinforced using stabilizing piles was produced using serialized centrifuge model tests under surface loading conditions. The strength of pile material and the pile location closer to the slope top were both indicated to have a positive influence on the limit bearing capacity of the reinforced slope on the basis of test observations. The displacement field over the reinforced slope was measured during loading and used to capture a significant progressive failure caused by the surface loading. Local failure started near the inner edge of the load plate and expanded in a downward direction to produce a final slip surface. The pile exhibited a bending failure coupled with the progressive failure of the slope. The failure mechanism could be illustrated with the deformation localization in the slope that developed prior to the slip surface. The surface load exhibited a significant spreading behavior within the slope according to the displacement distribution of the slope.     

坡顶加载时黏性土坡土钉加固前后的离心模型试验比较研究

为研究坡顶加载条件下黏性土坡的承载特性和变形规律,进行了素土坡和土钉加固土坡的加载离心模型试验。测量了土坡的承载和变形过程。通过对比两种土坡的承载特性和变性规律,土钉的加固作用体现在：限制了土坡向坡面方向的位移,使土坡的承载能力得到了明显提高;在加固土坡内形成的土钉影响区域改善了加载底板边缘处的薄弱程度;增大了土坡中上部土体的竖向压缩变形,减小了剪切变形,增强了土坡的稳定性。土坡上部土钉的加固效果随着坡顶荷载的增大而越明显;土坡中下部土与土钉的相互作用越靠近坡面越强     

顺层缓倾型水库滑坡稳定性物理模拟试验研究—以向家坪滑坡为例

深入研究顺层缓倾型水库滑坡的变形破坏规律、影响因素以及失稳条件, 以三峡库区向家坪滑坡为典型实例, 基于相似理论建立地质物理模型, 考虑水位升降、降雨(含汛期)等诱发因素, 通过监测滑坡模型的位移、土压力及孔隙水压力的时空演化规律, 掌握滑坡的变形特征和规律。结果表明:库水位上升, 坡体前缘不断被浸没, 致使土体结构松散, 前缘发生滑移式滑塌; 库水位下降, 其位移、土压力和孔隙水压力在坡体中部和后缘均无变化, 但前缘破坏范围扩大, 延伸至中部; 库水位的独立变动仅影响下伏滑床水位, 但当其与后缘的基岩裂隙水耦合作用时, 可改变滑床的承压水头; 汛期降雨较小, 对滑坡稳定性影响不大, 仅土压力和孔隙水压有小幅度的变化, 没有位移变形; 在暴雨作用下, 中部和后缘先后发生变形, 土体应力累积和释放。库水位下降时, 强降雨将改变坡体原始应力状态, 坡体产生微小变形; 在极端条件下向家坪滑坡发生滑动的可能性较大, 库水位的下降、暴雨和后缘水位相互耦合作用导致坡体变形破坏。研究结果可为库区地质灾害防治和减灾提供科学依据。