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。     

基于灰色关联分析法的边坡敏感性分析

综合考虑边坡坡高、角度、岩土体黏聚力、摩擦角和容重等因素对边坡稳定性的影响,通过有限单元应力法建立数值模
型,进行应力分析,最后计算得到边坡安全系数,这一方法将数值分析和极限平衡方法有机地融合在一起,达到优势互补的效果;
然后基于灰色关联分析法对有限单元应力法得到的数据建立数学模型,对各影响因素与安全系数进行关联分析,最后得到各影响
因素对边坡稳定性影响的敏感性。结果表明:影响边坡稳定性的因素敏感性依次为黏聚力、容重、摩擦角、边坡角度和坡高。利用
敏感性分析结果,可对边坡加固位置提出设计改进,将有限的加固措施加于敏感性较高的位置,能够更有效地提高边坡的稳定性。      

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。     

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...     

物质点强度折减法边坡失稳判据选择方法

用物质点强度折减法求解边坡安全系数时, 需要选择一定的失稳判据, 而采用不同的失稳判据获得的安全系数通常存在一定差异。为此, 采用物质点强度折减法对两个边坡算例进行了稳定性分析, 对比研究了文献中常用的4种边坡失稳判据(计算不收敛、特征点位移突变、塑性应变贯通及界限值判据)在计算边坡安全系数时的合理性及适用性。同时, 将Spencer极限平衡法获得的安全系数作为参考, 进一步验证了结果的合理性与准确性。结果表明: ①数值计算的收敛性不能作为边坡失稳判据; ②将特征点位移突变视为边坡失稳判据时, 获得的安全系数与极限平衡法获得的结果基本一致, 故特征点位移突变可以作为边坡失稳判据; ③塑性应变贯通和边坡最大位移随迭代时间步趋于稳定的界限值不宜单独作为边坡失稳判据。      

平面剪切岩质边坡滑裂面的确定及稳定性分析

由于传统搜索方法对岩质边坡滑裂面的确定无法兼顾效率与精度, 如何迅速准确确定潜在滑裂面仍然是个难题。极限平衡法在岩质边坡稳定性分析中备受认可, 采用岩质边坡平面剪切滑动模型, 以滑裂面的倾角来表征潜在滑裂面的位置; 基于极值法, 推导了极限平衡条件下平面剪切破坏型岩质边坡潜在滑裂面的解析解, 并结合香港秀茂坪路边坡对其准确性进行了验证, 进一步对四川宜宾打营盘山公路多级边坡进行了整体稳定性分析。结果表明: 香港秀茂坪边坡采用本文方法确定的边坡潜在滑裂面倾角与实际滑坡倾角基本一致。实际工程应用中, 采用Slide软件中布谷鸟搜索法和模拟退火法两种搜索方法得到的滑裂面倾角分别为38.0°和37.0°, 本解析法所得倾角为34.8°; 选用Janbu法、Morgenstern-Price法和Sarma法分别计算对应的稳定系数, 结果均为1.04左右, 本文所得稳定系数为1.15, 可见本文方法所得结果基本准确。通过参数敏感性分析发现, 随着黏聚力的增加, 边坡滑裂面倾角越来越小, 稳定系数也随之增加; 而当内摩擦角增大时, 边坡滑裂面倾角和稳定系数也随之增大。      

基于可拓工程法的黄土路堑边坡稳定性评价方法

针对影响黄土路堑边坡稳定性因素的复杂性和模糊性,重视实践中的经验,将可拓工程方法与路堑边坡稳定性评价相结合,提出了路堑边坡稳定性评价的物元关联函数及物元关联度的计算方法。建立了适合可拓学理论的边坡稳定性分类标准,实现了定性与定量评价黄土路堑边坡的结合。实例评价结果与定值计算、工程实际调查结果一致。     

近似圆形矿坑边坡稳定性轴对称简化计算方法

为响应国家“绿水青山就是金山银山”的发展理念,对废弃矿坑的开发再利用成为热点,而采用合理的稳定性评价方法对废弃矿坑边坡加固设计是后续工作的关键。但这类矿坑边坡通常形状近似圆形或椭圆形,三维空间效应不容忽略,基于传统平面应变假设的简化方法对其进行稳定性分析似乎不太合理。在FLAC3D强度折减法的基础上,提出了一种针对近似圆形矿坑边坡稳定性分析的轴对称模型简化计算方法。基于计算结果的对比分析表明：(1)对于这种类似圆形凹坡,轴对称模型计算的安全系数比传统平面应变模型更准确,减少了计算时间,并且轴对称模型对于各种复杂程度不同的边坡类型同样适用;(2)轴对称模型计算的安全系数与三维模型计算的安全系数非常接近,而传统平面应变模型计算的安全系数偏于保守;(3)将轴对称模型计算结果与现有研究对比,表明两者结果相符,并将其进一步应用于长沙冰雪世界项目矿坑边坡加固工程的稳定性分析中,证明其可为类似工程的边坡稳定性评价提供参考。     

贵州某水电站左坝肩高边坡稳定及加固措施研究

本文采用弹塑性有限元数值模拟方法对贵州某水电站左坝肩高边坡开挖高度310m施工期岩体应力应变状态进行分析研究,结合现场变形观测资料验证计算结果,对其稳定性进行评价并提出相应的加固措施。     

一种考虑波动效应的拟动力地震边坡稳定性分析方法

考虑地震波在坡体内的传播特征,基于拟动力法,结合传统静力边坡稳定性分析极限平衡法(瑞典条分法),推导了边坡地震力公式和地震边坡稳定性安全系数公式。在此基础上,借助MATLAB软件开发了最危险滑面搜索和安全系数求解程序,实现了一种考虑波动效应的拟动力地震边坡稳定性分析方法。通过探讨地震动特性对地震边坡稳定性的影响,得到了地震边坡稳定性安全系数随地震动参数的变化规律。对于既定边坡,其安全系数随地震波初始相位呈现周期性波动变化,存在最小安全系数;并且此安全系数随地震系数和地震波波长与边坡坡高比的增大而减小。此外,从波动理论角度揭示了拟动力法与拟静力法的区别与联系,给出了两类方法的适用范围:当地震波波长与边坡坡高比大于10时,两类方法所得结果基本一致,均适用;而当地震波波长与边坡坡高比小于10时,拟静力法所得结果较拟动力法相对保守,仅拟动力法适用。     

沂水县汞丹山地质环境恢复治理成效显著

汞丹山位于沂水县东北部,海拔415m。在地壳演化过程中,受地质作用形成了丰富的铁矿资源和独特的地质地貌景观。这里曾经风景秀丽,风光怡人,但由于原杨庄镇办企业露天开采铁矿,遗留下大量露天废弃采坑,加之附近村民对保护矿柱的盗采,导致汞丹山西侧山体破碎损毁,对地质环境产生了破坏性影响,不仅严重破坏了汞丹山的地质地貌,还造成山体裂缝和采坑边坡的滑动、崩塌。     

基于等分圆弧滑面土质边坡的稳定性极限分析方法

基于等分圆弧滑面的简化条件,采用土塑性极限分析理论,建立了土质边坡极限分析模型,并推导得到了土质边坡稳定系数计算公式。该方法考虑了圆弧滑面的内能耗散率作用和边坡土体自重荷载、地震惯性力及孔隙水压力所做的外功率作用,可以解决土质边坡稳定性分析问题,是一种改进的土质边坡稳定性评价极限分析方法。     

基于AHP与MapGIS的焦家金成矿带地质环境评价

地质环境评价可查明地质环境状态,有利于资源合理开发,有效减免地质灾害的发生。本文依据焦家金成矿带的地质环境特点及现状,选取地形地貌、工程地质类型、区域地壳稳定性、地下水环境质量、海水入侵、采坑及尾矿库、地面塌陷及伴生地裂缝、崩塌等12个评价指标,借助MapGIS强大的空间分析及信息处理能力,绘制相应的专题图,采用层次分析法（AHP）确定各指标的评价权重,采用综合指数法,对研究区地质环境进行评价,将焦家金成矿带地质环境质量划分为环境差区、环境较差区、环境一般区、环境良好区4个等级并进行分析说明。研究结果可为矿山环境的保护与修复提供对策和建议,为半岛蓝色经济区建设提供基础地质数据和科学依据。     

三维极限平衡法通用形式的建立及应用

在满足边坡整体力平衡、力矩平衡以及边坡微条柱力平衡的条件下,提出了一个综合各种三维极限平衡法的通用形式,该通用形式包含3个表达式。通过这3个表达式利用已有方法的假定条件就可以得到原方法的表达形式,并将他们解析化,不仅大大降低了传统三维极限平衡法的计算工作量,还使得具体实现各种方法时,编程变得更方便,计算更简便,提高了计算效率。最后,通过经典算例,利用通用形式导出的各种方法的解析形式,分析了滑体宽度、滑面强度参数以及滑面剪切力方向对稳定系数的影响。结果表明,该通用形式是正确有效的。     

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。     

基于有限元强度折减系数法岩土边坡稳定性分析与抗滑桩设计

基于有限元强度折减系数法原理,应用具有折减分析功能的ANSYS软件,以暴雨工况为最不利控制工况,采用平面应变条件下Drucker-Prage关联流动屈服准则(DP4)和边坡失稳破坏综合判据,分别对龙胜县城桑江北区不稳定高切边坡自然状态和削坡及抗滑桩加固状态进行了强度折减数值模拟。确定了这2种状态边坡最危险滑动面位置、形状并给出了极限状态坡体强度储备安全系数,通过所建桩-土共同作用连续介质模型及ANSYS后处理路径分析功能,求得极限状态滑坡设计推力和桩身内力及其分布,且将该法分析结果与传统分析方法作对比,发现误差很小且该法更接近边坡实际情况。综合分析表明,该法在岩土边坡滑坡灾害防治方面是可行且有效的新途径,有其自身的优越性和广阔的发展前景。      

求解二阶线性常微分方程的一个显式差分格式

在求解常微分方程的方法中,有限差分法是使用最广泛的方法之一。考虑一个二阶线性常微分方程的边值问题,利用有限差分法,建立了一个具有二阶精度的显式差分格式。首先,通过讨论该显式差分格式的系数矩阵,证明了该显式差分格式解的存在性。然后,通过定义的3种不同范数之间的关系,证明了显式差分格式解的收敛性和稳定性。最后,通过计算机编程对实例的计算,验证了该显式差分格式的数值结果具有二阶精度,并且该显式格式数值结果绘制的图形稳定、光滑,与解析结果吻合较好。     

基于概率积分法的采动坡体稳定性预测与分析

地下采煤会引起地表沉降、变形,甚至引发山体、河堤滑坡等地质灾害。采动坡体的稳定性研究一直是采矿工程中实际关心的问题。该文首先介绍分析了概率积分法移动变形稳态、动态预测模型以及基于极限平衡理论的单滑面采动坡体稳定性预测模型,提出了使用概率积分法结合Knothe时间函数对采动坡体稳定性进行预测分析的方法,并使用C#及XML Schema语言编制了相关的计算程序。最后,结合一个工程实例对采动坡体稳定性和动态变化过程进行了预测与分析,通过实测数据验证了提出方法的可行性,得出了采动引起的坡体下沉是影响坡体稳定性的主要因素,并提出了在坡体拉伸阶段进行注浆加固的方法。     

求解二阶线性常微分方程的一个显式差分格式

在求解常微分方程的方法中,有限差分法是使用最广泛的方法之一。考虑一个二阶线性常微分方程的边值问题,利用有限差分法,建立了一个具有二阶精度的显式差分格式。首先,通过讨论该显式差分格式的系数矩阵,证明了该显式差分格式解的存在性。然后,通过定义的3种不同范数之间的关系,证明了显式差分格式解的收敛性和稳定性。最后,通过计算机编程对实例的计算,验证了该显式差分格式的数值结果具有二阶精度,并且该显式格式数值结果绘制的图形稳定、光滑,与解析结果吻合较好。     

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。