滲流作用下露天煤礦邊坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬研究-論文.pdf

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1、第37卷第4期武漢科技大學(xué)學(xué)報Vo1．37。No．42014年8月JournalofWuhanUniversityofScienceandTechnologyAug．2014滲流作用下露天煤礦邊坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬研究王明，趙玉成，劉家成，蘇海，李敏妙(1．中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，江蘇徐州，2211162．中國礦業(yè)大學(xué)深部巖土力學(xué)與地下工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇徐州，221116)摘要：對露天煤礦均質(zhì)邊坡的滲流場及其對邊坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律進(jìn)行研究，根據(jù)溫度場和滲流場的可比擬性，利用有限元分析軟件ANSYS提供的巖土非線性彈塑性Druker-Prager模型及其前后處理

2、程序，對邊坡在滲流影響下的內(nèi)部應(yīng)力、位移和穩(wěn)定性進(jìn)行分析，采用強(qiáng)度折減有限元方法計(jì)算邊坡的安全系數(shù)并得到邊坡可能產(chǎn)生破壞的滑移面，這有助于滑坡治理方案的制定。關(guān)鍵詞：邊坡穩(wěn)定性；露天煤礦；滲流場；應(yīng)力場；有限元分析中圖分類號：TU457文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1674～3644(2014)04—0273—04邊坡的穩(wěn)定性是露天礦安全開采的重要保1滲流對邊坡失穩(wěn)的影響障。因邊坡失穩(wěn)造成的地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重影響正常的采礦作業(yè)，威脅人員和設(shè)備的安全，造成巨大的經(jīng)1．1靜水壓力的影響濟(jì)損失[1]。復(fù)雜的區(qū)域構(gòu)造背景、力學(xué)性質(zhì)薄弱靜水壓力對巖體性質(zhì)產(chǎn)生影響。當(dāng)水向下滲的巖性是導(dǎo)致?lián)犴樜?/p>

3、露天煤礦邊坡失穩(wěn)的重要因透進(jìn)入巖體內(nèi)的空隙和裂隙時，土體含水量增大，素，而滲流的作用更不可小覷。撫順西露天煤礦土體容重和孔隙水壓力也隨之增大，而有效應(yīng)力開采過程中，其生態(tài)系統(tǒng)；陂破壞，地下水及雨水的隨之減小，從而引起剪應(yīng)力的增大和土體抗剪能滲入，一方面會溶解巖體中的部分可溶物質(zhì)，使土力的降低。體抗剪能力變差，另一方面水在巖體中運(yùn)動時會1．2動水壓力的影響產(chǎn)生滲透力作用在土體上，使邊坡巖體發(fā)生平面水在土體中流動時會搖曳土粒而對其穩(wěn)定性破壞、楔形破壞、圓弧破壞和傾倒破壞，對邊坡穩(wěn)帶來不利影響。水流加于土體的力稱為滲透力，定性造成不利影響。20013年“8·13”強(qiáng)降雨造成將

4、單元滲透力分解到直角坐標(biāo)系中[：撫順西露天煤礦北幫出現(xiàn)兩條巨大的地裂縫，其P一一vI警(1)JZ重要原因之一就是水的作用_2]。目前，對水的作用下煤礦邊坡穩(wěn)定性研究中，P一一JlYdv+V(2)大部分考慮的是水對土體中物質(zhì)成分產(chǎn)生影響，式中：P、P為單元滲透力；h為水頭函數(shù)；V使土體抗剪能力變差，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。韓占占l_3為單元體積；為水的容重；v為單元所受的曾用Morgenstern—Price：去來確定邊坡安全系數(shù)，浮力。當(dāng)坡面有水出流時，水流動產(chǎn)生的滲透力為露天煤礦邊坡穩(wěn)定性分析提供科學(xué)依據(jù)，但其作用于土體，這種力相當(dāng)于外部施加一種水平推并沒有考慮水流動產(chǎn)生的滲流

5、力影響。本文以撫力，使土體內(nèi)部應(yīng)力分布發(fā)生改變，對邊坡穩(wěn)定性順西露天煤礦均質(zhì)土坡為對象，在考慮滲流作用極為不利。的情況下，利用有限元分析軟件ANSYS對露天2露天煤礦邊坡穩(wěn)定性的數(shù)值模擬煤礦邊坡的內(nèi)部應(yīng)力、位移和安全系數(shù)進(jìn)行研究，以期為預(yù)防露天煤礦礦坑的邊坡破壞及制定滑坡2．1數(shù)值模型的建立治理方案提供參考。本文利用有限元分析軟件ANSYS對露天煤收稿日期：2O14一O3一O2基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(50834004)；國家大學(xué)生科研創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201210290011，201310290009)作者簡介：王明(1990一)，男，中國礦業(yè)大學(xué)碩士生

6、．E—mail：873422872@qq．corn通訊作者：趙玉成(1972一)，男，中國礦業(yè)大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師．Email：zhaoyc1972@163．corn276武漢科技大學(xué)學(xué)報2014年第4期定安全系數(shù)。在邊坡存在滲流的情況下，土的抗(4)通過有限元強(qiáng)度折減法和臨界狀態(tài)時的剪能力變差，加上滲透力作用于土體，使其容易遭等效塑性應(yīng)變圖可得到邊坡滑移面及滑移面的穩(wěn)到破壞，安全系數(shù)下降。定安全系數(shù)，為制定滑坡治理方案提供科學(xué)依據(jù)。3結(jié)論參考文獻(xiàn)(1)對于富水地區(qū)的露天煤礦，水的滲流使邊[1]趙錫剛．露天煤礦邊坡地質(zhì)災(zāi)害及其影響因素分析坡穩(wěn)定性下降，邊坡更容易被破壞。

7、由于坡度等[J]．現(xiàn)代礦業(yè)，2013(1)：61—63．E2]劉大勇，宋建潮，王恩德．水對撫順西露天煤礦邊坡原因，本文研究的邊坡模型主要以平面破壞為主。失穩(wěn)的影響[J]．采礦工程，2007(6)：22—24．(2)與無滲流情況相比，滲流作用使邊坡自由E3]韓占占．哈爾烏素露天煤礦邊坡穩(wěn)定性分析EJ]．露面以下的應(yīng)力場發(fā)生很大變化，而自由面以上的天采礦技術(shù)，2013(9)：24—27．應(yīng)力場變化不大。[4]婁瀟聰，黃成，婁一青，等．滲流作用下邊坡穩(wěn)定有(3)在無滲流和有滲流兩種情況下，坡腳處都限元分析[J]．水電能源科學(xué)，2008，26(3