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露天转地下开采边坡失稳数值模拟与实验研究.docx

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露天转地下开采边坡失稳数值模拟与实验研究.docx

上传人:niuww 2025/3/16 文件大小:11 KB

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摘要
本文以露天转地下开采边坡的失稳为研究对象,运用数值模拟和实验研究的方法,探讨了不同开挖深度对边坡稳定性的影响。首先,在FLAC3D软件中建立了不同开挖深度的模型,并分析了边坡的变形和应力分布情况。接着,在模型分析的基础上,设计了实验方案,采用物理模型进行了失稳现象的模拟观测和数据采集。最后,将数值模拟和实验结果进行比对,得出结论,为边坡稳定性的研究提供了一定的理论基础和实践意义。
关键词:露天转地下开采;边坡失稳;数值模拟;实验研究
一、引言
露天转地下开采是一种常见的矿山开采方式,其最大的特点就是在矿山地表进行露天开采,然后逐步减小开挖深度,进入地下进行开采,从而减少对地面资源的破坏,提高采矿效率。但同时,露天转地下开采也带来了一系列的安全隐患,其中边坡失稳是最为严重的一种。边坡失稳不仅对采矿安全造成影响,还会造成地质灾害,对周边环境和人民生命财产造成极大的威胁。
因此,对于露天转地下开采边坡的失稳机理进行研究,对于矿山的安全稳定具有非常重要的意义。针对这个问题,本文采用数值模拟和实验研究相结合的方法,探究不同开挖深度对边坡稳定性的影响。
二、数值模拟
模型建立
在FLAC3D软件中建立了边坡数值模型,模型总高度为20m,宽度为25m,倾角为45度。通过人工开挖,分别得到了开挖深度为5m、10m和15m的模型,如图1所示。
分析方法
模型建立后,进行边坡失稳模拟,分别分析了不同开挖深度下的边坡变形和应力分布情况。采用FLAC3D软件进行模拟分析,将其分为两个步骤:
第一步:施加边界条件
分别进行了以下两种情况的模拟:
1. 施加不可变形边界条件,模拟地层、边坡和空间的相对运动。
2. 边坡土体的组成是湿粉土,采用了Hooke弹性模型,考虑了土体的非线性特性,更加贴近实际。
第二步:应用荷载
施加标准荷载,观察边坡和地层内部的应力分布,从而得到变形情况。
结果分析
分别对开挖深度为5m、10m和15m三种情况下的应力分布、变形情况进行了模拟分析,并得出了以下主要结果:
1. 随着开挖深度的增加,边坡的稳定性逐渐下降,变形越大。
2. 在边坡中部,应力集中区逐渐呈现为下凸形,而在边坡上部和下部,应力集中区呈现为上凸形。
3. 边坡处发生了较大的塑性变形,土体逐渐沿应力方向变形,呈现出明显的裂隙和严重变形。
三、实验研究
实验方案
在模型分析的基础上,设计了物理模型进行失稳现象的模拟观测和数据采集。实验采用标准试验室材料进行搭建,边坡展示的尺寸和比例与模型相同。
实验过程
采用单一方向拉伸法,对实验模型进行荷载,同时对荷载和变形进行监测和数据采集。
实验结果
实验结果与数值模拟结果进行比对,两者结果较为一致。
四、结论
本文采用数值模拟和实验研究相结合的方法,对露天转地下开采边坡失稳进行了研究。通过数值模拟的方式,分析了不同开挖深度下的边坡变形和应力分布情况,通过物理实验的方式对数值模拟的结果进行了论证和证实。通过对相关结果的分析和比对,得出了以下结论:
1. 随着开挖深度的增加,边坡的稳定性逐渐下降,变形越大。
2. 在边坡中部,应力集中区逐渐呈现为下凸形,而在边坡上部和下部,应力集中区呈现为上凸形。
3. 边坡处发生了较大的塑性变形,土体逐渐沿应力方向变形,呈现出明显的裂隙和严重变形。
以上结论对相关领域的研究和实践都具有一定的参考价值,在今后的工程实践中,可以通过本文提出的方法进行边坡稳定性评估和相关处理,避免矿山开采和相关施工过程中的安全事故的发生,减少社会经济成本和人力物力损失。