对富东煤矿采空区积水特征及积水量的估算

富东煤矿井田内及相邻煤矿采(古)空积水对其煤层开采威胁较大,本文从垂向分布与平面分布上对富东煤矿采空区积水特征进行了分析,并估算了矿井内及影响其开采的相邻采空区及采空破坏区的积水量。     

采煤沉陷对边坡的安全影响分析

应用山区地表沉陷预计系统,通过计算煤矿开采导致的地表变形确定了研究区开采沉陷范围,得知边坡位于煤层开采沉陷变形范围内为了进一步分析采煤对边坡失稳的贡献力量,运用MIDASGTS、GEO-STUDIO有限元分析软件,对边坡存在地下开采时不同工况条件下的稳定性作了进一步研究,从而为该区域的防灾减灾工作提供一定的科学依据。     

沉积岩地区高边坡稳定性分析

在大量的野外地质调查工作基础之上,采用赤平投影法分析了沉积岩地区岩石高边坡的潜在破坏模式,并运用极限平衡法计算边坡在此潜在破坏模式下的稳定性,对安全储备较低的采石场边坡提出削坡方案,同时配合有限元法对边坡的稳定性进行了分析和评价,指出岩层层面是影响沉积岩地区高边坡稳定性的最不利结构面,是调查和研究的重点。     

地下采动山体变形活动的模型实验

本文在分析横山山体地质条件及因地下采空而诱发出的山体变形破坏特征的基础上,对采空区地表山体的变形破坏进行了工程地质力学模拟研究。结果表明,横山山体之下3号煤层的采动坍陷是引起山体变形破坏的直接原因;毗邻山体的电厂区地表隆起变形破坏,是因采空区上覆岩层在坍陷时所产生的向电厂方向的蠕动,致使厂区地基土遭受挤压和变形的结果;随着3号煤层采动的结束及其上覆岩层坍陷过程的完成,电厂区将会恢复到稳定状态。 通过分析,山体岩层倾角增大时有无地下采空影响的山体变形破坏的不同特征,得出了同时具有地表侵蚀临空面和地下采空临空面的山体与仅有地表侵蚀临空面之斜玻的山体变形破坏是不同的。从不同模型材料所得实验结果的一致性,验证了此模拟实验在理论上和实际中都有很好的相似性。     

采空区残余倾斜变形对路基稳定性的影响分析与评价

地下开采导致的地表残余倾斜对采空区公路路基的稳定性有重要影响。针对采空区公路路基的稳定性评价,笔者提出了基于概率积分法和Knothe时间函数的地表残余倾斜的计算方法,分析了路基稳定性的条分法计算原理及残余倾斜对路基稳定性的影响机理,推导了基于解析法的路基最不利滑动面计算公式,使用C#语言编制了路基稳定性系数计算软件,并通过工程实例,对提出的方法和软件进行了验证,分析了地表残余倾斜、路基边坡坡率对路基稳定性的影响。     

基于有限元强度折减法的边坡失稳判据统一性研究

采用有限元强度折减法进行边坡稳定性分析时,常用的计算收敛性、塑性区贯通性和特征点位移突变性等3种失稳判据未能体现出很好的统一性。采用Mohr-Coulomb屈服准则,针对3个典型边坡(坡角α、坡高H),系统分析了不同单元相对尺寸L/H、剪胀角ψ时各种失稳判据的适用性和统一性。结果表明,3种判据下的边坡安全系数均随单元相对尺寸的减小逐渐逼近Spencer解,但依据计算收敛性得到的边坡安全系数偏差普遍较大;单元相对尺寸较大(L/H≥1/30)时,剪胀角取值对计算的收敛性影响显著,而对塑性区贯通和特征点位移突变时机的影响较小。当单元相对尺寸足够小(L/H=1/60)和ψ=0或φ(内摩擦角)时,3种判据具有良好的统一性;边坡破坏过程出现明显的组合破坏特征,受拉破坏区域和塑性区可以构成较为平滑的潜在滑动面,说明采用单一的压剪屈服破坏准则(如M-C屈服准则)将过高估计边坡的安全系数。     

某变质岩滑坡及支护结构变形破坏特征

根据秦巴山区某变质岩边坡的工程地质条件以及边坡与其支护结构体系的变形破坏基本特征等,对边坡的变形破坏机制、滑坡成因作了分析,并证明了该滑坡为变质岩区较典型的双滑面推移式滑坡.通过室内试验分析确定了滑带土的物理力学参数,对该滑坡进行了稳定性评价,根据边坡支护结构体系的变形破坏特征,分析了滑坡支护结构体系选型时应注意支护结构在平面和空间上的合理布置,使结构受力趋于合理.     

公路弃土场边坡的稳定影响因素敏感性分析

以日照市岚山区某弃土场为研究对象,通过对现场调研并采样开展直剪试验,在压实度分别为90%、92%和95%的情况下取得不同的黏聚力c和内摩擦角φ值,通过MIDAS GTS NX进行数据模拟,选取MohrCoulomb模型,采用有限元强度折减法(SRM)算出边坡的等效应变塑性区及安全系数,以此分析边坡稳定性。利用数值模拟的结果,分别绘制坡高、坡比与安全系数的关系图,归类分析不同坡高和坡度对边坡稳定性系数的变化规律。通过边坡稳定影响因素的敏感性分析,分析影响边坡稳定性各因素与边坡安全系数之间的相关性,即分析各因素的变化对于边坡安全系数的影响程度。     

基于一阶线性应变软化理论的边坡稳定性研究

在持续降雨或开挖卸荷作用下, 土体的强度指标会发生劣化, 但现今采用的边坡稳定性计算大多直接将其视为一个常数。为接近真实的边坡失稳破坏模式, 基于瑞典条分法以及一阶线性应变软化机制, 提出了一种边坡渐进破坏分析新方法, 推导出应变软化型边坡极限平衡表达式, 并获得了各破坏进度下边坡的安全系数。通过对模拟算例进行分析, 证明了条分-软化法的可靠性, 且计算结果表明渐进破坏过程中安全系数不仅取决于边坡的破坏方式与强度参数, 还与岩土体的软化模量密切相关。同时, 通过与滑坡实际案例的对比验算, 证实其强度指标存在不同的衰减系数, 即黏聚力的衰减系数大于摩擦角。从理论到应用, 最终获得的条分-软化法, 不仅考虑了岩土体的强度劣化效应以及滑动面的渐进发展, 还能有效地服务于实际工程背景下边坡的稳定性分析, 可以为滑坡的预防与治理提供指导建议。      

基于最短折减路径法的边坡安全系数研究

使用双参数折减方法分析边坡稳定性的研究较多, 如何把两个折减系数定义为单一的综合安全系数是目前研究的一项重要内容。Isakov提出的最短折减路径法能够保证在不同工况下得到最小安全系数, 但是该方法的缺点在于计算复杂, 不适合工程应用。通过有限元数值模拟, 利用最短折减路径方法计算不同强度黏土构成的不同坡度均质土坡的最小安全系数和对应的折减系数, 探索了最小安全系数与土的初始黏聚力、内摩擦角以及边坡坡度的关系, 分析了初始强度对折减系数的影响。结果表明, 相同坡度下不同强度的黏土边坡在失稳时, 最小安全系数对应的临界破坏强度相同。临界破坏强度与坡度近似成线性正相关关系。由此基于最短折减路径法提出了一种新的计算最小安全系数的方法, 该方法得到的安全系数与目前常用的极限平衡方法所得结果相近, 并且计算简单, 因此可以用于边坡稳定性分析。      

基于降雨作用下滑面抗剪强度动态变化的层状边坡稳定性评价

降雨入渗对边坡稳定性具有重要影响。鉴于层状边坡在自然情况中广泛存在,因此,开展在降雨情况下的多层状边坡入渗模型及其稳定性研究具有重要意义。考虑各层土体的渗透性能差异,利用约束函数求得各层土体的有效渗透系数,并基于Ｇｒｅｅｎ－Ａｍｐｔ模型建立层状边坡入渗模型。结合非饱和土强度经验公式,推导了考虑滑面抗剪强度动态变化的层状边坡稳定性方程。最后,对深圳某边坡在不同降雨强度和降雨历时下的稳定性系数进行了计算并对结果进行了分析。结果表明,当湿润锋未达到滑面处时,边坡稳定性系数与降雨历时和降雨强度呈线性关系。考虑边坡入渗能力,提出了降雨入渗临界时间概念。在任意降雨强度下,当降雨历时小于该时间时,边坡均不会失稳。本研究可以用于指导降雨情况下层状边坡的稳定性评价。      

极限平衡方法在夏日哈木镍钴矿山拟建露天采场边坡角优化中的应用

夏日哈木镍钴矿为大型镍钴硫化物矿床,现拟建大型露天采场,边坡采用分台阶式高边坡,最高边坡高度超过600m。该工程具有开挖成本高,边坡一但失稳后果严重的特点。为此需要选择一个即节约经济成本又保障整体边坡稳定的最佳边坡角。本文采取Geostudio软件中的Slope模块极限平衡方法对拟建露天采场假设开挖边坡角的整体边坡稳定性进行分析,提出最佳设计边坡角。　本次边坡角优化的思路：首先根据场地工程地质条件和拟建边坡的高度等因素将拟建边坡划分为5个区,选择典型边坡工程地质剖面并进行工程地质岩体分段,然后通过岩石强度指标折减计算（本文采用费辛柯法、M.Georgi法和经验法）给各分段的岩体赋予凝聚力、内摩擦角等计算参数,采用极限平衡方法（Geostudio软件中的Slope模块法）对不同角度下对各分区边坡的破坏形式及安全系数进行计算,最后提出了各分区边坡的最佳设计边坡角。     

山西含煤地层中的岩浆岩及其对煤层的影响

含煤地层中岩浆岩侵入在山西含煤盆地分布广泛,对煤层破坏和影响较大。运用煤田地质学和煤岩学的观点,分析研究了山西含煤地层岩浆岩的岩性特征和侵入规律。认为山西含煤地层岩浆岩主要是三叠纪晚期的煌斑岩体和白垩纪早期的碱性—偏碱性岩。前者产生于伸展构造背景下,受区域深大断裂控制。后者是华北克拉通东部早白垩纪岩石圈减薄大规模岩浆活动的结果。岩浆岩的大规模侵入破坏了含煤地层的稳定性和连续型,造成无煤区,但提高了地层古地温梯度,使侵入区煤层产生大规模区域热变质和小规模的接触变质;促进了煤层的二次生烃,提高了煤的渗透率;影响了煤中部分微量元素的分布。     

黄土高原边坡特征与破坏规律的分区研究

为了研究黄土高原自然边坡的特征及破坏规律,按山系与水系或水系的分水岭、地貌单元、地层岩性特征等条件,将黄土高原划分为8个区:临洮—永靖区、天水—通渭区、兰州—会宁区、陇东区、靖边—安塞区、隰县—离石区、甘泉—吉县区和汾渭区.根据极限状态边坡的4个野外判别标准,测量了8个区510个自然极限状态黄土边坡断面,分区采用指数模型回归边坡坡高与坡宽的相关关系,计算各区20、50、100m坡高的边坡稳定系数和失效概率.结果表明:黄土高原的边坡特征与破坏形式具有分区特征,且南北差异性明显.临洮—永靖区边坡坡高与坡宽呈线性关系,表明该区边坡坡度不随坡高变化,边坡稳定性受内摩擦角控制;兰州—会宁区和靖边—安塞区高坡陡,低坡缓,高坡不稳定,易发生错落式滑坡;天水—通渭区、甘泉—吉县区和汾渭区高坡缓,低坡陡,稳定性计算结果显示高坡和低坡都较为稳定,但由于地层结构和地貌的特点,高边坡易发生低速蠕变型滑坡或高速远程滑坡;陇东区边坡整体上较为稳定;隰县—离石区受黏粒含量较高的Q1地层控制,高边坡稳定性较差;50m左右坡高的黄土边坡稳定性对强度指标内聚力、内摩擦角的敏感度都高,易于失稳.     

软硬互层顺层岩质边坡破坏试验

软硬互层结构的顺层岩质边坡破坏类型复杂、难于防治, 针对此类边坡地质灾害易发、多发的问题, 从坡面角度、岩层倾向及组合形式、节理分布等方面进行了研究。边坡物理模型试验是揭示边坡变形破坏机理的重要手段, 基于相似理论, 以重庆市万州区孙家滑坡为工程依托, 根据滑坡区地质勘探报告设计了室内边坡物理模型试验; 试验通过顶升模型箱模拟重力加载来探究顺层岩质边坡发生破坏时, 前缘坡角和软弱夹层倾角之间的关系; 结合有限元分析软件Plaxis 2D对物理模型进行了多组数值模拟试验, 以验证软硬互层顺层岩质边坡破坏机制。试验结果表明: 对于顺层岩质边坡, 当软弱夹层的倾角在22°左右, 前缘开挖坡角58°左右时, 顺层岩质边坡容易发生滑动, 滑动面为后缘节理面和软弱夹层的贯通面。因此, 顺层岩质边坡稳定性受层面和节理面密度的控制, 当边坡含多层软弱层面时, 易沿层面和后缘节理贯通面发生破坏, 随着软弱面层数增加, 边坡稳定系数逐渐降低。研究成果可以为公路开挖切坡导致的顺层岩质边坡失稳机理研究及其稳定性评价提供理论依据, 为顺层岩质边坡失稳的预测预报提供支撑。      

综合物探对多煤层采空区综合勘查对比研究

为了探明多煤层采空区分布,利用地震波频率谐振勘探法及可控源音频大地电磁测深法进行综合勘查。本文阐述了地震波频率谐振勘探法及可控源音频大地电磁法的方法原理以及采空区的地球物理特征,结合实际案例,从波阻抗断面图及视电阻率断面图,分析了采空区的异常特征并圈定采空区范围,后经钻探验证,推断结果与实际情况基本吻合,并对两种勘探方法的优缺点进行了分析。本次研究将地震波频率谐振勘探技术应用于多煤层采空区的探测取得了良好的效果,对多煤层采空区的探测有很重要的借鉴和指导意义。     

基于无人机倾斜摄影技术的崩塌隐患早期识别及影响区划分方法

高位危岩崩塌极具隐蔽性、突发性和灾难性,传统的接触式调查方法在安全性方面无法完全保障并且也难以彻底查清边坡上各危岩块体的空间分布及发育特征,因此如何安全快速准确地获取边坡面上关键地质信息,一直是崩塌地质灾害调查及评价研究中的难点之一,也是防灾减灾工作中极为重要的环节。以连云港市某矿区高陡岩质边坡为例,提出了一套基于无人机倾斜摄影技术的崩塌隐患早期识别及影响区划分方法体系,该方法体系通过倾斜摄影技术获取研究区高分辨率影像及构建三维高精度地质模型,在此基础上利用测线法提取并统计边坡优势结构面空间展布特征及相关参数,利用赤平投影法对矿区高边坡关键危岩块体失稳模式进行判别,在完成关键危岩块体稳定性评价并划分稳定等级的前提下使用Rocfall模拟最不利工况下崩落体失稳后的滚落运动特征,从而划分出不同级别的崩塌影响区,为最终的地质灾害防治提供依据。研究表明,无人机倾斜摄影技术在崩塌隐患早期识别、破坏模式分析、稳定性评价以及崩落体威胁范围划定等方面具有显著的可行性和优越性。所提出的基于无人机倾斜摄影技术的崩塌隐患早期识别及影响区划分方法体系具有重要的参考价值。      

公路下伏煤矿采空区问题研究与探讨

在论述公路下伏煤矿采空区地质、采矿和工程地质特征的基础上,阐述了采空区勘察方法的基本内容,分析与评价了煤矿采空区的地面变形特点和危害性,提出了煤矿采空区治理方案与存在的问题.     

某水电站导流明渠边坡倾倒变形分区与治理

倾倒变形体的变形机理控制其变形破坏特征,反映其变形演化规律,直接影响倾倒变形体的工程治理措施类型和方式.首先,通过现场监测数据绘制累计位移曲线,结合克里金插值法,分析西部某水电站导流明渠边坡的倾倒变形破坏特点,并基于分析结果对坡体进行分区,根据不同区域的特点,提出针对该倾倒变形边坡的支护建议.其次,根据导流明渠边坡的工程地质特点,以剖面２Ｇ２′为研究对象,利用 UDEC进行数值模拟,支护后边坡的破坏区域、塑性区和位移明显减小.在此基础上分析边坡从开挖前到建议支护后的变形破坏演化规律,进而揭示边坡变形机理.研究结果表明,结合克里金插值法的分析,基于监测数据进行坡体分区后的支护建议具有较强合理性.研究成果为倾倒变形体的治理设计提供了一定参考依据.      

基于内外功率比的非直线坡面型边坡的稳定系数研究

在边坡稳定性上极限分析中, 由于考虑了材料的理想弹塑性本构关系与相关流动法则, 相比极限平衡法更符合岩土材料的特征。在以往的二维边坡极限分析上限法中, 要求坡面形态为规则的直线, 而无论是天然边坡还是人工边坡, 边坡的坡面形态往往并非规则的直线。此外, 以往的边坡极限上限分析中得到的稳定数N_s=c/γH主要针对土坡的临界高度计算, 且未考虑孔压等外力对边坡施加的外功率。不同于传统极限平衡法采用静力学的平衡条件, 本研究针对非直线型坡面边坡稳定性问题, 假定滑动面为对数螺旋线, 基于极限分析上限定理和虚功原理, 提出了一种边坡发生旋转破坏时旋转中心的确定方法, 推导出了非直线型坡面边坡的重力虚功功率和能量平衡方程的解析解, 并提出了基于内、外功率之比的稳定系数K用以评价边坡的稳定性。通过算例比较了不同形态天然边坡的稳定性和人工削坡对边坡稳定性的影响, 并分析了边坡的坡度(β)、土体的内摩擦角(φ)、黏聚力(c)以及孔压系数(r_u)对稳定系数K的影响规律。对于坡度较大的边坡, 通过削坡改变坡面形态提高了边坡的稳定系数K。稳定系数K随黏聚力的增加而非线性增大, 随孔压系数的增加而降低。当黏聚力相对于孔压系数对边坡稳定性影响更大时, 稳定系数K随内摩擦角的增加而增大; 反之, 稳定系数K则随内摩擦角的增加而减小。以上结果符合对边坡稳定性分析的普遍认知, 验证了模型的合理性。另外, 通过将该方法与传统的Bishop法的计算结果进行对比, 发现安全系数F_s=1与稳定系数K=0的临界状态物理意义相同, 稳定系数K随黏聚力非线性增加, 更符合边坡的渐进破坏过程。