矿山边坡加固中的稳定性综合分析

边坡加固稳定性分析是加固工程成功和经济合理性的关键性前提工作。本文提出了边坡加固的稳定性综合分析方法,并编制了稳定性综合分析程序。结合一个边坡加固工程,采用稳定性综合分析方法,计算边坡加固设计余推力,并进行适当的稳定性校核,为加固工程提供了切实可靠的边坡稳定性、加固力及加固效果的数据。加固工程已取得了良好的效果,表明稳定性综合分析方法是有效合理的。     

基于综合改进ICP算法的三维激光扫描技术在露天矿边坡测绘中的应用

以先后发生过两次大规模滑坡的中煤平朔公司东露天矿边坡为研究背景,利用三维激光扫描技术测绘速度快、测量精度高、数据量大的特点,对该露天矿边坡进行三维激光扫描,尤其是对发生过滑坡的两个重点区域进行精细扫描。基于综合改进ICP算法,将扫描得到的多站点云数据进行拼接处理,完成了长约2 km的露天矿边坡三维模型重建。研究结果表明,三维激光扫描结果符合工程实际特征,是一种快速建立矿山边坡数字模型的有效手段。     

爆破荷载作用下露天矿边坡稳定性的突变研究

基于二维斜坡平面滑动失稳力学模型,引入爆破荷载因素,建立了露天爆破荷载作用下岩质边坡失稳的尖点突变理论模型。根据建立的突变模型,探讨了爆破荷载幅值和爆破荷载频率对边坡稳定性的影响规律,导出了边坡的动态自稳临界高度,并提出了失稳的判据条件,结果表明：爆破荷载幅值越大,爆破荷载频率越小,后缘裂缝深度越大,边坡失稳的可能性越高;在爆破荷载作用下,边坡的稳定程度是动态变化的,且随着应力波入射角的增大,边坡失稳破坏的可能性不断提高。以大孤山露天矿内的两处边坡为例,计算了边坡的动安全系数及动态自稳临界高度,利用边坡当前实际的稳定情况验证了提出的边坡失稳判据的合理性,为预防露天矿爆破在开挖过程中边坡岩体的动力失稳提供了一定的理论支持。     

基于无人机摄影测量的露天矿边坡数值模拟

数值模拟是露天矿山边坡稳定性分析的常用方法,边坡模型构建是数值模拟的基础,地形测量的准确性对于边坡稳定性分析精度具有十分重要的影响。近年来,低空低速小型无人机(UAV)被广泛应用于地质调查中,为复杂条件下地形快速测量提供了一种可行的方法。针对露天矿山边坡坡形更新快、地形复杂、人工测量困难的情况,采用搭载单镜头小型无人机,对露天矿山边坡进行低空摄影测量,并通过飞行试验,对比研究了无人机搭载镜头旋转角度对边坡测量精度的影响,最终得到高精度边坡数字高程模型(DEM),并通过Surfer、Rhino等软件转化为三维FLAC模型,实现从无人机测量到三维数值模型的快速建立。得到以下可供参考的研究结论:在目标边坡坡度小于45°时,无人机搭载镜头旋转角度不同对边坡测量精度有较大影响,当镜头旋转角度介于70°~90°时,获得的测量精度较高;与人工测量相比,无人机摄影测量获得的边坡坡形更符合真实边坡实际坡型;无人机航拍照片经过PhotoScan、Surfer、Rhino等软件的转化,能够快速建立三维数值模型,并获得更好的数值模拟计算结果,满足边坡稳定性分析需要。     

辽宁海州露天矿国家矿山公园边坡稳定性分析

海州露天矿是我国大型露天煤矿之一,目前已闭坑,准备建成国家矿山公园,但矿坑北帮受断层及弱层影响,滑坡、地裂缝等地质灾害十分严重,为保证海州露天矿国家矿山公园建设的顺利进行,对矿坑北帮边坡稳定性进行评价非常必要。本文利用FLAC-2D软件对E12、E16、E18、E20等四个剖面的边坡稳定性进行了数值模拟,用强度折减法计算出了各剖面的安全系数。对安全系数较低的区域提出了相应的加固措施,并对加固措施的效果进行了数值模拟,模拟结果表明加固措施是安全的、可行的。     

Prediction of ground vibrations resulting from the blasting operations in an open-pit mine by adaptive neuro-fuzzy inference system

The aim of this study is to predict the peak particle velocity (PPV) values from both presently constructed simple regression model and fuzzy-based model. For this purpose, vibrations induced by bench blasting operations were measured in an open-pit mine operated by the most important magnesite producing company (MAS) in Turkey. After gathering the ordered pairs of distance and PPV values, the site-specific parameters were determined using traditional regression method. Also, an attempt has been made to investigate the applicability of a relatively new soft computing method called as the adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) to predict PPV. To achieve this objective, data obtained from the blasting measurements were evaluated by constructing an ANFIS-based prediction model. The distance from the blasting site to the monitoring stations and the charge weight per delay were selected as the input parameters of the constructed model, the output parameter being the PPV. Valid for the site, the PPV prediction capability of the constructed ANFIS-based model has proved to be successful in terms of statistical performance indices such as variance account for (VAF), root mean square error (RMSE), standard error of estimation, and correlation between predicted and measured PPV values. Also, using these statistical performance indices, a prediction performance comparison has been made between the presently constructed ANFIS-based model and the classical regression-based prediction method, which has been widely used in the literature. Although the prediction performance of the regression-based model was high, the comparison has indicated that the proposed ANFIS-based model exhibited better prediction performance than the classical regression-based model.     

露天煤矿冻结岩土边坡介质特征与稳定性分析

为了科学评价冻岩露天矿边坡稳定性,并采用有效措施保证冻岩边坡工程的安全建设和运营,分析了岩石在不同温度条件下多个物理力学参数的变化规律,结果表明,冻结态使岩石的强度得到一定的提高,而冻融循环使岩石的强度产生一定的削弱。由于岩体具有介质和结构的双重属性,冻融循环作用对岩体的介质和结构面损伤均较显著,可以通过改进的Hoek-Brown岩体强度准则分析冻融环境中的岩体强度。基于木里聚乎更矿区冻岩露天煤矿边坡的调查分析,总结归纳了该区冻岩边坡的破坏现象和类型,在冻融循环作用下冻岩边坡的破坏模式基本为浅表部的渐进式破坏。     

黄土区露天煤矿排土场人工林下植被发育动态

基于安太堡露天煤矿南排土场1 hm²“刺槐(Robinia pseudoacacia)+榆树(Ulmus pumila)+臭椿(Ailanthus altissima)”配置模式动态监测样地复垦17年和22年的调查数据,采用多项指标对人工林下草本层植物物种多样性进行测度,同时利用方差比率法(VR )、χ²检验和Spearman秩相关系数检验对群落草本层物种总体关联性和主要物种的种间联结性进行了分析。结果表明:(1)复垦17年后,人工林下草本层共调查到20科46属62种植物,以菊科植物优势地位明显;复垦22年后,共记录到 18科39属53种草本层植物,禾本科植物的重要值逐渐增加。5年间,优势成分由大籽蒿(Artemisia sieversiana)变为鹅观草(Roegneria kamoji)。与原地貌自然植被相似,人工林下多年生和中生植物在两次调查中均占优势。随着复垦年限的增加,人工林下1年生、1-2年生及中生植物重要值下降,多年生和旱生、中旱生、旱中生植物的重要值有所增加。(2)复垦17年后,人工林下草本层植物物种丰富度已超过原地貌自然植被。随着演替的进展,Patrick丰富度指数有所降低,Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均呈现增加趋势。复垦22年后,人工林下草本层植物物种多样性已修复至原地貌自然植被的94.12%。(3)人工林下草本层植物总体关联性由显著负关联变为不显著负关联。主要物种正负关联比由0.30上升至0.79,但均小于1,并且呈极显著和显著关联的种对数较少,说明人工林下草本层植物群落种间联结较为松散,各物种间的关系以竞争为主。主要种针茅(Stipa capillata)与榆树(U.pumila)幼苗呈显著正相关,它们均为地带性物种,生态适应性强,可用于该矿区植被恢复的优选物种进行混合种植。该研究可为矿区植被重组和生物多样性保护提供理论依据。     

露天煤矿边坡稳定性影响因素的敏感性正交分析

对白音华三号露天煤矿复合边坡稳定性进行评价。借助理正软件,采用极限平衡法计算的稳定系数为评价指标,通过多因素敏感性分析认为,地震作用、粘聚力、内摩擦角、地下水位和重度等因素对该边坡稳定参数的敏感性依次变小。这一研究结论与工程实际基本相符。     

Mitigation of adverse effects at the Lezama-Leguizamon abandoned open-pit mine (Bilbao, northern Spain)

Solid fills arranged in 1-m-thick layers were prepared with stone blocks and pebbles of a drainage bed every 8 m. Runoff gathering in a well and the use of silts and mud lands for bordering and sealing the limestones are the main techniques employed for minimizing unfavorable effects at the Lezama-Leguizamon abandoned open-pit mine. Since there were waste disposal problems in the area, the rate of disposal has made the activity profitable. No significant faults have been detected by control studies, and the objectives are being achieved without problems.     

降雨条件下露天平台边坡的稳定性研究

节理、裂隙控制着地表岩体的力学强度和导水特性。采用遍布节理力学模型和饱和非饱和等效连续介质渗流模型反映节理的主导作用,基于节理连通率将岩体的渗流特性与力学特性耦合起来,分析了在FLAC3D中实现渗流与力学耦合机制、降雨边界条件处理以及连通率演化,并开发了适用于FLAC3D的多组遍布节理模型,模拟了海南矿业联合有限公司一顺层平台边坡降雨过程中渗流场和力学场的变化。计算结果表明,降雨开始后边坡地表迅速饱和并形成暂态饱和区,随着降雨的继续,边坡负压区进一步缩小,同时暂态饱和区也不断扩大;在降雨结束后,由于水压力迅速消散造成暂态饱和区开始减小,在降雨过程中渗流也会引起层面的破坏和其裂隙连通率的演化。因此,运用上述耦合分析模型计算降雨入渗对边坡稳定性的影响是可行的。     

基于能量原理的露天矿边坡开挖稳定性突变研究

基于边坡系统能量的原理,借助FLAC3D有限差分法内嵌FISH语言进行了三维露天矿边坡模型在开挖过程中能量计算的二次开发。将能量与突变理论相结合,以边坡系统的总耗散能作为状态变量,构建了边坡系统的能量耗散突变判别准则。以大孤山露天矿西北帮边坡为例,通过能量耗散突变分析、塑性区演化分析、安全系数变化分析及关键点位移分析可知,以上分析得到的边坡稳定性演化规律具有一致性,验证了提出的突变判别准则的适用性,研究结果表明：能量突变特征值 是露天矿边坡在第ki步开挖后发生失稳的充要力学条件;当进行至第6～8步开挖时,边坡局部岩体系统发生了失稳,且第7、8、9三个台阶受开挖扰动的影响较为严重,与现场的实际开挖情况相符,为预防露天矿边坡在开挖扰动过程中的局部围岩系统失稳提供了一定的理论支持。     

露天煤矿边坡稳定性评价方法的耦合应用

将有限差分法、极限平衡法(简化Bishop法)、可靠度分析法(简化一次二阶矩法)耦合应用于露天煤矿边坡稳定性评价,确定了可靠度法设计中的可靠度数值问题,并采用力学行为、稳定系数及破坏概率等3项综合指标分析了边坡稳定性,旨在建立一种有效的耦合方法,多角度分析边坡工程的即时状态。研究结果表明,该分析方法可行,结果可信。     

Probabilistic block theory analysis for a rock slope at an open pit mine in USA

A new formulation is given to conduct a probabilistic block theory analysis. A new computer code (PBTAC) is developed to perform both deterministic and probabilistic block theory analysis. The variability of the discontinuity orientation and shear strength is incorporated in the probabilistic block theory analysis. Discontinuity orientation is treated as a bivariate random variable including the correlation that exists between the dip angle and dip direction. PBTAC code was applied to perform both deterministic and probabilistic block theory analyses for a part of an open pit mine in USA. Needed geological and geotechnical data for the analyses were obtained from field and laboratory investigations. The variability of the discontinuity orientations resulted in important differences between the probabilistic and deterministic block theory analyses results. The results confirmed that the design value selected for the maximum safe slope angle (MSSA) for a particular region in the open pit mine based on the deterministic block theory analysis can be on the unsafe side. In summary, the results showed clearly the superiority of probabilistic block theory analysis over the deterministic block theory analysis in obtaining additional important information with respect to designing rock slopes. The calculated values agree very well with the existing almost stable bench face angles reported by the mining company.     

蒙东地区露天矿边坡稳定性影响因子与敏感度分析

边坡稳定性对露天煤矿安全高效开采至关重要。在系统总结蒙东地区露天煤矿赋存条件的基础上,提出了该地区露天煤矿边坡的工程地质特征及稳定性影响关键因子。采用正交试验与极差分析法,对该地区露天煤矿边坡稳定性影响因子的敏感度进行了研究。研究结果表明：软弱结构面分布特征、软弱结构面强度及变形特征、地下水疏排效果和综合帮坡角是控制该地区露天煤矿边坡稳定性的关键因子;不同开采阶段边坡稳定性影响因子的敏感性会发生变化,边坡防治策略及重点也应相应调整。     

露天煤矿草原区植被指数与气象水文要素关系

内蒙古东部草原区某露天煤矿在长期疏排水条件下造成地下水位持续下降,为研究矿区周边植被生长是否受地下水位下降的影响,采用归一化植被指数法（NDVI）分析了研究区2013—2019年植被盖度变化趋势,选择气温、降水量和地下水位埋深3个气象水文要素,基于联合熵理论计算NDVI与不同要素之间的互信息,得出植被生长的主要影响因素。研究结果表明：研究区植被盖度呈逐年好转趋势,植被指数由2013年的0.10逐渐增加至2019年的0.33,年均增长约为0.03;植被生长与当地气温和降水量关系密切,与地下水位埋深相关性弱;研究区气候变暖和稳定的降水量造成植被返青期提前和生长期延长;在矿区目前疏排水强度下引起的地下水位下降不会造成周边草原植被干枯死亡。研究成果丰富了内蒙古东部草原区植被生长与地下水关系的研究内容,为类似分析评价工作提供技术支撑。     

露天煤矿截水帷幕效果检验方法及截水效果分析

某露天煤矿为减少矿坑疏排水量,通过施工截水帷幕切断矿坑北侧河流补给通道。根据现场施工条件,采用低强度抗渗混凝土地下连续墙、HDPE防渗膜、超高压角域变速射流注浆、咬合桩4种工艺构建截水帷幕。为检验施工过程中露天煤矿截水帷幕的效果,针对低强度抗渗混凝土地下连续墙、HDPE防渗膜、超高压角域变速射流注浆等3种截水帷幕工艺,进行了4次围井试验。试验结果表明,在露天煤矿深厚砂卵石层动水、低温条件下,低强度抗渗混凝土地下连续墙、HDPE防渗膜、超高压角域变速射流注浆帷幕均具有良好的截水效果,渗透系数分别达到8.34×10^-7、6.28×10^-7、7.85×10^-7 cm/s,与原材料室内实验得出的渗透系数基本吻合。在4种帷幕工艺的共同作用下,露天煤矿矿坑疏排水量显著减少,围井试验在截水帷幕施工过程中具有良好的效果检验作用。     

基于低强度抗渗混凝土的露天煤矿帷幕截水技术

混凝土地下连续墙具有施工方便、质量可靠、抗渗性好等优点,在水利水电、基坑支护、地铁等防渗工程中广泛应用,所用材料既有塑性混凝土,也有刚性混凝土。在内蒙古某露天煤矿截水帷幕工程中,针对其工程地质与水文地质特征,研发一种低强度（8~10 MPa）抗渗（P6级）混凝土作为墙体浇筑材料,该混凝土水胶比值为0.68,砂率为45%,1 m³混凝土中各原材料质量分别为：水泥180 kg,粉煤灰200 kg,膨润土20 kg,砂720 kg,石子880 kg。分析了其渗透与抗渗机理,并通过钻孔取心和围井抽水试验对其效果进行了验证。试验结果表明：混凝土墙体浇筑完整、连续,抗压强度达8.3 MPa,渗透系数达8.67×10^-7 cm/s。工程实施后矿坑疏排水量显著减少,该措施为矿区水资源及矿坑周边草原植被等生态环境保护奠定了基础。     

爆破震动对土质边坡动力稳定性影响研究

采用拟静力化的惯性力法,利用改进了的条分法来计算主动土压力,并考虑爆破地震的时程效应,提出了已有边坡在爆破过程中的动力稳定性系数的新的计算方法。实例证明,所得计算结果综合考虑了爆破震动波传播过程的衰减、频谱结构及相位差等因素的影响,因此该方法在土质边坡稳定分析中与拟静力法相比更具理论基础,其结果也更接近工程实际。