多组结构面条件下,针对常规的CSMR法修正结构面方位系数时评价结果会产生一定偏差的情况,文中提出采用改进的加权平均法和综合评估法来修正结构面方位系数,以提高 CSMR 法评价结果的准确性.28 个矿山边坡实例的评价结果表明,改进的CSMR法与常规法计算值非常接近,相关性系数很高,但改进方法考虑了几组结构面共同影响边坡稳定的叠加效应,修正后的CSMR 值与RMR 值的相关性较常规方法更高,特别是当CSMR值处于岩体等级边界时,改进方法评价结果可能与常规方法相差一个等级.因此,在工程实践中,采用改进的CSMR法来评价矿山边坡的稳定性,结果更加准确、合理.

为了研究德尔尼铜矿在2012年到2018年发生的5次滑坡形成机制,结合以往文字和图片资料对其形成机制进行分析,得到了德尔尼滑坡产生的三种形成条件:地质环境、水文条件和开采活动,同时应用Phase2软件对历次滑坡的6个阶段进行了计算分析,从总位移和最大剪切应力两个重要指标中得到了有关多次滑坡形成之间存在的规律和结论:位移量的增大会在滑坡产生的前一个阶段产生,滑坡产生阶段的滑面与上一阶段拉应力分布具有关联性,并且预测4480～4604 m仍有滑坡的风险,为矿山开采和滑坡治理提供参考,同时对相似滑坡的研究具有借鉴意义.

为了研究露天采场边坡在长时效干湿循环下的滑坡灾害产生原因和滑坡形成机理,以刚果(金)某露天采场滑坡为研究对象,分析了滑坡产生原因及形成机理.依据现场分析结果与相关规范,制定了多种滑坡治理方案,并通过极限平衡分析方法验证了治理方案的可行性.结果表明:1)岩石力学强度低、节理发育较强、岩石整体破碎等为滑坡形成内因;长时效干湿循环、采场爆破等为外因,在内因与外因综合作用下造成了坡体滑坡灾害.2)滑坡灾害形成主要有3个过程:坡体卸荷回弹变形-坡体蠕滑变形-节理剪切面拉裂-贯通.3)推荐采用坡面角45°削坡减载方法对并段后的垮塌滑坡处边坡进行治理.采用极限平衡分析验证了方案的可行性.研究结果为矿山边坡滑坡治理设计及施工提供了依据,并取得良好效果.

堆浸场长期在喷淋液喷淋作用下,一直处于饱和非饱和的状态,其边坡稳定性与其他类型的边坡稳定性有很大的区别.采用专业渗流场分析软件Geo-Studio开展了基于瞬态渗流场作用下的稳定性分析,并推荐了堆浸场最大堆置高度.研究结果表明:1)在长期喷淋液作用下,降雨对边坡稳定性仅产生一定程度上的影响,安全系数降低较小.2)随着堆浸场堆高增加,边坡安全系数逐渐下降,增加到120 m时,可满足许用安全系数.3)随着喷淋液不断的喷淋,逐渐在堆浸场内部形成渗流场,主要是从堆浸场顶部向下部渗流,形成的水位线不断下降.喷淋第35 d左右,喷淋液渗流到堆浸场的底部.随着堆高增加,边坡部分散体物料受喷淋液影响逐渐减小.

以某金属矿山山体斜坡滑塌为研究背景,分析了矿山滑坡地质灾害产生过程及形成机理,并采用数值模拟方法模拟了山体斜坡潜在滑弧面与斜坡发生的位移.结果表明,山体斜坡滑塌主要由三个阶段构成:山体地表塌陷裂缝形成阶段、山体地表塌陷裂缝扩展阶段和山体斜坡滑塌阶段,并分析了每个阶段形成与发展机理;岩层结构面产状对山体斜坡稳定性有重要影响,它加速了塌陷坑的扩展;斜坡原始状态安全系数为1.23,大于许用安全系数,原始状态斜坡处于稳定状态,在井下矿体开采影响下,山体斜坡沿着潜在滑弧面形成上牵引式-下推移式复合形式的山体滑坡.数值模拟得到的潜在滑弧面与机理分析的滑弧面基本一致,验证了机理分析的准确性.滑坡体水平方向长度为243 m,垂直方向深度为128 m,斜坡坡脚处最大位移为4.0 m,整体斜坡滑塌基本沿着分析得到的潜在滑弧面发生滑坡.研究结果可为矿山地质灾害治理设计提供参考.

竖向地震作用下,车站上覆土极易被剪坏而产生惯性力效应,增加车站结构负载,影响关键结构抵抗外力及变形的能力.参考日本大开地铁车站的截面尺寸,通过ABAQUS建立了地铁车站二维和三维模型,开展了非线性动力时程分析,获得了中柱端部的相对位移时程响应以及竖向荷载在中柱和侧墙上的分布情况;建立了三维中柱精细化模型,通过将二维分析中获得的中柱端部相对位移响应作为荷载施加在三维中柱精细化模型顶面上,获得了不同截面形式下中柱的承压比与侧墙的受力情况,以及中柱震后的破坏形态.研究结果表明:上覆土体的抗剪能力失效后,在竖向地震作用下,其惯性力作用于车站结构顶板,该惯性力与水平地震作用下侧壁土体产生的剪切荷载的耦合作用使矩形截面下中柱发生压剪破坏,进而退出受力;采用拱形截面可以缓解地震作用下中柱结构的高轴压比工作环境,同时改变了中柱的长细比,提高其延性,使其在震后仍保持着持力状态,避免了车站结构的整体破坏.

为深化对酸雨侵蚀环境下钢筋混凝土结构长期性能演变机制的认识,论述了酸雨侵蚀作用下混凝土材料腐蚀机理、侵蚀模型和物理力学性能时变过程;分析了酸雨锈蚀钢筋的溶液腐蚀机理和大气动态冲刷机制,总结了锈蚀钢筋形貌表征与锈蚀率指标定量化研究成果,归纳了已有锈蚀钢筋力学性能退化模型和本构模型,概述了钢混界面黏结性能演变规律和黏结-滑移本构关系模型;梳理了梁、柱构件及结构静、动力学性能演变规律的室内试验结果、理论计算方法和数值仿真结果的最新研究进展与不足,并展望了未来的研究方向与重点.研究结果表明:酸雨腐蚀混凝土可归因于酸雨离子成分的交互作用,亟需适用性较强的理论模型以揭示腐蚀和扩散机制;室内加速试验揭示了酸雨侵蚀作用下混凝土物理力学性能时变规律,应完善室内加速试验制度,搭建耦合宏细观层次关键指标的混凝土损伤评价体系和预估模型;酸雨加速锈蚀钢筋试验多基于均匀锈蚀,钢筋腐蚀方法和形貌表征逐渐向不均匀锈蚀发展,应进一步发展高精度扫描技术,借助统计分析理论建立钢筋不均匀锈蚀特征参数,优化钢筋力学性能退化模型;通电锈蚀试验和拉拔试验演绎了钢混界面黏结性能演化规律,并建立了黏结-滑移本构关系,但忽略了实际钢筋混凝土结构的受力特点,且锈蚀过程显著区别于自然锈蚀,应考虑酸雨环境与材料特性复杂多变的特点,研究细微观钢混界面损伤行为,揭示酸雨环境、材料特性与黏结性能的内在关系;酸雨侵蚀钢筋混凝土结构时效性能研究多集中在试件层次,且采用腐蚀试验与承载力试验分阶段进行,忽略了荷载-环境的耦合作用,试验所设环境较为单一,试验制度与方法亦未统一,应对标实际工程,考虑实际结构承载和环境工况,搭建长期荷载-酸雨侵蚀耦合作用试验系统,探索荷载-环境-材料多场关联机制,完善理论计算方法与数值仿真手段,揭示结构长期性能演变过程,并推动现场暴露试验发展,量化室内-现场映射关系,指导工程实际.

以某金属矿山露天转地下开采引起露天采场边坡垮塌为研究背景,采用三维数值模拟研究方法展现了矿体开采过程中围岩塑性区发展过程,并分析了围岩塑性区分布的变化规律.结果表明:① 空区上部岩层主要以拉伸破坏模式为主,其他部位岩层主要以剪切破坏为主,西部边坡坡面的一侧已经与地下采空区塑性区相互贯通.② 东部矿体采用充填法开采,一定程度上控制了地表塌陷;产生塑性区的部位为西部边坡和靠近西部边坡的露天采场底部.③ 开采前期西部矿体在西部边坡坡面和露天采场底部产生的塑性区较多;开采后续水平矿体对地表塑性区的产生影响不大.④ 模拟矿体开采过程,可将产生的塑性区划分为3个阶段,有2个突变点:第1个阶段对应西部边坡开始出现裂缝、局部垮塌滑坡;第2阶段对应边坡出现较大范围垮塌滑坡、露天采场底部出现裂缝、西部边坡脚出现塌陷孔洞;第3阶段塑性区占比逐渐增加.研究成果可为矿山滑坡治理和矿山安全生产提供参考.

在山坡露天矿开采过程中,滚石是常见的、不可避免的地质灾害,严重危害矿山开采和人员安全.综合考虑德尔尼铜矿边坡和滚石的实际情况,选择在4336 m水平预留平台的防治方案,平台宽度为10.33 m和20.83 m时边坡安全系数能够达到许用安全系数要求.基于滚石模拟计算方法,应用RocFall软件对滚石的轨迹进行了预测分析,得到了滚落在剖面各个位置的滚石速度、数量和能量,并根据这些指标进行分析比较,获取了滚石防护的有利数据.对比分析后确定平台宽度为20.83 m的方案,采取多种组合防护措施,在平台前沿设置堆土围挡和在滚石能量最小的地方设置柔性钢丝防护网.研究结果为类似矿山的滚石灾害防治和平台预留提供参考.

以刚果(金)卡莫亚铜钴矿1#排土场边坡为研究背景,采用离散元PFC2D数值分析软件建立了排土场边坡模型,并对排土场边坡5个不同剖面进行了稳定性数值模拟研究,得到了排土场边坡在自然状态和含水状态下的颗粒位移变化云图.结果表明,自然状态下,排土场边坡剖面1?1和2?2均为稳定状态;剖面3?3、4?4和5?5稳定性较差,由于岩层关系,边坡容易顺着岩层发生滑坡.含水状态下,5个边坡剖面均为不稳定状态,且边坡强度较小,降水时易发生滑坡灾害.排土场整体破坏的滑面形状为近圆弧型,因此边坡滑动模式为"圆弧型滑动".研究结果可为同类型排土场安全稳定性分析提供参考.

为了得到矿山塌陷坑陡倾斜边坡稳定性情况,采用phase2有限元分析软件分析模拟了边坡稳定性.得到了以下几点结论:(1)边坡岩体的应力大小随深度的增加而增大,越接近坡面主应力值越小;(2)通过二维有限元分析边坡位移较大,有失稳的可能;(3)分析结果显示塌陷区边坡上部凸起部位是目前滑塌产生的主要位置.研究结论可以为矿山塌陷坑治理提供参考.

针对边坡监测数据的时效性问题,运用叠加马尔科夫链对边坡位移增量进行预测,选取符合马尔科夫链数据要求的位移增量作为预测依据,采用均值-方差法将数据划分为3个状态分级数据区间,并对2019年11月1日至2019年12月30日的60个数据进行分级,得到了不同步长的转移矩阵和均值向量,预测了2019年12月31日、2020年1月1日和2020年1月2日的位移增量分别为2.88、2.84和2.73,预测精度可达到97.3％、89.08％ 和89.75％,预测精度高、效果好,为边坡位移监测数据发挥预警作用提供了案例支撑,对处理矿山边坡监测数据具有参考意义.

为了得到某铁矿采场结构参数和最优开采顺序,采用Bieniawski矿柱强度设计公式对采场结构参数进行了优化.利用数值模拟方法建立了3个不同开采顺序的分析模型,模拟了开采现状和下步开采过程.研究结果表明:设计的"棋盘"方式的矿房、矿柱布置形式,有利于地压控制、通风、矿柱回收和保护地面的建(构)筑物等;各盘区之间在盘区大矿柱的隔离作用下,相互之间的影响较小;最优的开采顺序为由北向南开采,其次为从中间到两边开采;根据矿柱强度设计公式和三维数值模拟分析综合确定了采场结构参数.研究结果可为相似矿山采场结构参数研究提供参考.

为了得到巴基斯坦山达克铜金矿露天边坡最优参数,选取了8个工程地质剖面,通过极限平衡分析了A～H剖面在三种工况下的安全系数.基于设计参数,对8个边坡剖面进行计算分析,得出了边坡各剖面最优边坡角结构参数,并根据工程地质分区,推荐各分区边坡结构参数如下:1)A、B、C、E、F、G剖面整体边坡角为46°,即Ⅰ区、Ⅲ区边坡整体边坡角46°;2)D、H剖面整体边坡角为45°,即Ⅱ区、Ⅳ区边坡整体边坡角45°.

为了得到查干敖包铁锌矿塌陷区渐进发展情况,以现场调查为基础,建立含地下采空区、塌陷坑三维数值分析模型,模拟矿体开采情况,得到了塌陷区位移与塑性区分布情况.研究结果表明:塌陷坑东西南三侧形成了陡立的岩体临空面,主要以倾倒形式破坏垮塌,不断向岩体临空面后侧发展;塌陷坑北侧目前已形成了滑坡,主要以弧形滑坡形式向后侧发展;随着地下矿体的开采,塌陷区逐渐扩大,主要发展方向为西及北西向,上盘岩体会逐渐垮塌崩落;以塌陷区现状为基础,当井下矿体开采完毕后,上盘岩体垮塌崩落范围预测为长轴412 m、短轴312 m的椭圆形;现有塌陷区岩体以及上盘岩体均有塑性区分布,现有塌陷坑会进一步垮塌崩落,且发展方向为上盘塑性区分布的方向.通过数值模拟分析得到的塌陷区发展方向与通过现场调查分析的结论一致.研究结果可为塌陷区治理设计提供参考.

为了得到铜山口铜矿露天采场南边坡与西边坡的稳定性,采用RocPlane2.0分析软件对边坡台阶进行了平面破坏稳定性研究.研究结果表明:1)受力在Ⅰ～Ⅵ条件下,边坡的安全系数依次降低;在张裂缝、爆破振动力与地震力影响因素的控制对比下,地震力对边坡稳定性的影响较大.2)南边坡与西边坡台阶高度为12m,坡面角≤75°时,6种受力情况边坡的安全系数均大于许用安全系数,边坡台阶不会发生平面破坏;台阶高度为24 m,坡面角≤75°时,6种受力情况边坡的安全系数均大于许用安全系数,边坡台阶不会发生平面破坏.3)建议在台阶并段开采(24 m)时,其台阶的坡面角为75°.研究结果可为矿山安全生产设计提供参考.

根据刚果(金)排土场边坡实际情况,以软弱夹层厚度与降雨量为变量,进行了两者耦合与边坡安全系数的影响研究,基于Geostudio-SEEP/W、SLOPE/W模块的计算能力,应用Bishop方法计算了在不同夹层厚度、不同降雨量下的边坡最小安全系数,同时进行了排土场边坡的滑动面分析及渗流分析.研究表明:降雨量增加,水位逐渐上升,抗剪强度减弱,安全系数逐渐降低;软弱层厚度增加,滑面半径增大,抗滑力减小,安全系数减小,降低速率大于降雨.

依托刚果金卡莫亚铜钴矿区南Ⅱ露天采场边坡为具体工程实例,运用极限平衡计算方法,研究了该露天采场边坡的稳定性,研究结果表明:在计算方案Ⅰ～Ⅲ与Ⅳ～Ⅵ条件下,边坡安全系数呈现出依次降低的变化规律;A区与C区台阶高度为24 m的情况下,坡面角分别为60°～70°与60°～65°时,6种计算方案下边坡的安全系数均大于许用安全系数,边坡台阶不会发生平面破坏;6种计算方案下边坡的安全系数整体呈现出逐渐降低的趋势,自重(有张裂缝)+地下水+爆破振动力状况对边坡稳定性影响最大,且张裂缝因素起主导作用.研究结果可以为类似工程提供参考.

排土场的稳定性是影响矿山安全生产的重要因素之一,关系到矿山持续生产和人员生命财产的安全.为探讨排土场的安全稳定性,根据刚果(金)某排土场的工程实例,在现场进行了对散体岩土的容重、含水量、块度组成、自然安息角等参数的测试.利用现场采集的小于5 cm散体岩土样品,进行自然及饱和状态下的大型室内直剪试验.通过对室内试验数据的处理,确定了排土场散体岩土的物理力学参数;采用Rhino-FLAC3D耦合技术,对排土场的现状、设计及推荐排土场堆置过程的稳定性进行三维数值模拟分析,揭示了堆置过程中岩土体的应力应变及塑性区的分布和变化规律;通过FLAC3D节点记录命令,对排土场的坡脚进行了位移记录.结果表明:该排土场整个堆置过程处于稳定状态,排土场边坡的破坏模式为"坐落式—滑移式"破坏;根据稳定性分析结果,提出了针对排土场建设过程中的建议措施,为进一步设计优化提供参考依据.

为了得到大桥磷矿采空区与矿山稳定性,采用MIDAS-GTS/NX有限元数值模拟软件,建立了采空区—矿柱—矿山三维力学分析模型,采用非线性静力分析方法对大桥磷矿采空区开展了数值模拟研究.研究结果表明:矿柱剪应力大小与矿柱横截面的大小没有直接的关系,矿柱剪应力的大小与上覆岩层厚度有直接联系.采空区埋深对采空区矿柱的剪应力与矿柱轴向应力均有很大的影响,上部岩体的重力较小,矿柱产生的剪应力与轴向应力较小.矿山没有产生大面积的塑性区分布,矿山稳定性良好.研究结果可以为相似矿山提供参考.