渗流作用下露天煤矿边坡稳定性数值模拟研究-论文.pdf

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1、第37卷第4期武汉科技大学学报Vo1．37。No．42014年8月JournalofWuhanUniversityofScienceandTechnologyAug．2014渗流作用下露天煤矿边坡稳定性数值模拟研究王明，赵玉成，刘家成，苏海，李敏妙(1．中国矿业大学力学与建筑工程学院，江苏徐州，2211162．中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏徐州，221116)摘要：对露天煤矿均质边坡的渗流场及其对边坡稳定性的影响规律进行研究，根据温度场和渗流场的可比拟性，利用有限元分析软件ANSYS提供的岩土非线性弹塑性Druker-Prager模型及其前后处理

2、程序，对边坡在渗流影响下的内部应力、位移和稳定性进行分析，采用强度折减有限元方法计算边坡的安全系数并得到边坡可能产生破坏的滑移面，这有助于滑坡治理方案的制定。关键词：边坡稳定性；露天煤矿；渗流场；应力场；有限元分析中图分类号：TU457文献标志码：A文章编号：1674～3644(2014)04—0273—04边坡的稳定性是露天矿安全开采的重要保1渗流对边坡失稳的影响障。因边坡失稳造成的地质灾害严重影响正常的采矿作业，威胁人员和设备的安全，造成巨大的经1．1静水压力的影响济损失[1]。复杂的区域构造背景、力学性质薄弱静水压力对岩体性质产生影响。当水向下渗的岩性是导致抚顺西

3、露天煤矿边坡失稳的重要因透进入岩体内的空隙和裂隙时，土体含水量增大，素，而渗流的作用更不可小觑。抚顺西露天煤矿土体容重和孔隙水压力也随之增大，而有效应力开采过程中，其生态系统；陂破坏，地下水及雨水的随之减小，从而引起剪应力的增大和土体抗剪能渗入，一方面会溶解岩体中的部分可溶物质，使土力的降低。体抗剪能力变差，另一方面水在岩体中运动时会1．2动水压力的影响产生渗透力作用在土体上，使边坡岩体发生平面水在土体中流动时会摇曳土粒而对其稳定性破坏、楔形破坏、圆弧破坏和倾倒破坏，对边坡稳带来不利影响。水流加于土体的力称为渗透力，定性造成不利影响。20013年“8·13”强降雨造成将

4、单元渗透力分解到直角坐标系中[：抚顺西露天煤矿北帮出现两条巨大的地裂缝，其P一一vI警(1)JZ重要原因之一就是水的作用_2]。目前，对水的作用下煤矿边坡稳定性研究中，P一一JlYdv+V(2)大部分考虑的是水对土体中物质成分产生影响，式中：P、P为单元渗透力；h为水头函数；V使土体抗剪能力变差，导致边坡失稳。韩占占l_3为单元体积；为水的容重；v为单元所受的曾用Morgenstern—Price：去来确定边坡安全系数，浮力。当坡面有水出流时，水流动产生的渗透力为露天煤矿边坡稳定性分析提供科学依据，但其作用于土体，这种力相当于外部施加一种水平推并没有考虑水流动产生的渗流

5、力影响。本文以抚力，使土体内部应力分布发生改变，对边坡稳定性顺西露天煤矿均质土坡为对象，在考虑渗流作用极为不利。的情况下，利用有限元分析软件ANSYS对露天2露天煤矿边坡稳定性的数值模拟煤矿边坡的内部应力、位移和安全系数进行研究，以期为预防露天煤矿矿坑的边坡破坏及制定滑坡2．1数值模型的建立治理方案提供参考。本文利用有限元分析软件ANSYS对露天煤收稿日期：2O14一O3一O2基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(50834004)；国家大学生科研创新训练计划项目(201210290011，201310290009)作者简介：王明(1990一)，男，中国矿业大学硕士生

6、．E—mail：873422872@qq．corn通讯作者：赵玉成(1972一)，男，中国矿业大学教授，博士生导师．Email：zhaoyc1972@163．corn276武汉科技大学学报2014年第4期定安全系数。在边坡存在渗流的情况下，土的抗(4)通过有限元强度折减法和临界状态时的剪能力变差，加上渗透力作用于土体，使其容易遭等效塑性应变图可得到边坡滑移面及滑移面的稳到破坏，安全系数下降。定安全系数，为制定滑坡治理方案提供科学依据。3结论参考文献(1)对于富水地区的露天煤矿，水的渗流使边[1]赵锡刚．露天煤矿边坡地质灾害及其影响因素分析坡稳定性下降，边坡更容易被破坏。

7、由于坡度等[J]．现代矿业，2013(1)：61—63．E2]刘大勇，宋建潮，王恩德．水对抚顺西露天煤矿边坡原因，本文研究的边坡模型主要以平面破坏为主。失稳的影响[J]．采矿工程，2007(6)：22—24．(2)与无渗流情况相比，渗流作用使边坡自由E3]韩占占．哈尔乌素露天煤矿边坡稳定性分析EJ]．露面以下的应力场发生很大变化，而自由面以上的天采矿技术，2013(9)：24—27．应力场变化不大。[4]娄潇聪，黄成，娄一青，等．渗流作用下边坡稳定有(3)在无渗流和有渗流两种情况下，坡脚处都限元分析[J]．水电能源科学，2008，26(3