露天矿岩质边坡稳定性分析及开挖边坡角的确定

论文摘要

当前,随着山区的开发建设、铁路与高速公路建设、深基坑的开挖及露天矿山向深部的开采,各工程建设中所遇到的岩质边坡稳定性问题也相应增多,特别是大型露天矿边坡问题表现尤为突出。本文以某矿岩质边坡工程为依托,通过现场调查、边坡岩体结构稳定性评价、岩体参数试验分析、边坡稳定的极限平衡法分析和数值模拟,对边坡开挖过程中的应力、变形和稳定性情况进行了研究,主要内容及结论如下:（1）通过岩土体工程地质、水文地质条件等方面的现场调查,以及采用赤平极射投影法分析岩体结构稳定性,发现该岩质边坡存在的主要结构面对其稳定性影响较小,因此后续稳定性分析过程中对岩体结构采用等效岩体参数进行处理;（2）通过室内岩块物理力学试验,得到边坡岩土体的密度、抗拉强度、抗压强度、强度参数（粘结力和内摩擦角）,为进一步稳定性分析提供计算参数;（3）选择边坡典型计算剖面,采用理正软件简化BISHOP法对边坡稳定性进行分析,考虑边坡岩体的自重和岩体自重+地震共同作用两种工况,计算表明:当开挖边坡角为65°,安全系数为1.484,满足边坡的许用安全系数为1.25;但区域内可能发生局部滑动,（4）利用基于强度折减法的数值分析方法,建立分析模型,计算边坡的安全系数和破坏模式,结果表明:数值计算得到的安全系数为1.58,与极限平衡法得到的结果相差不大（6.47%）,且比极限平衡法计算偏于安全,边坡处于稳定状态。并从宏观的角度揭示出边坡开挖后,潜在滑坡为局部破坏模式以及不同区域的应力和位移响应,以指导施工和设计工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 岩质边坡稳定性研究概况
• 1.3 岩质边坡稳定性评价主要方法
• 1.4 研究内容
• 1.5 技术路线
• 第二章 露天矿边坡地质调查与环境条件分析
• 2.1 工程概况
• 2.2 工程地质条件
• 2.2.1 岩性特征
• 2.2.2 结构面特征
• 2.2.3 软弱岩组特征
• 2.3 水文地质条件
• 2.3.1 矿区地表水
• 2.3.2 矿区地下水
• 2.3.3 矿坑涌水量预测
• 2.4 基于赤平极射投影法的边坡岩体稳定性分析
• 2.4.1 赤平极射投影基本原理
• 2.4.2 岩体结构图解法的基本原理
• 2.4.3 边坡岩体稳定性分析
• 2.5 小结
• 第三章 岩块物理力学参数室内试验与分析
• 3.1 前言
• 3.2 试样加工规格、数量及精度要求
• 3.3 试验仪器及设备
• 3.4 试验内容与试验过程
• 3.4.1 块体密度测定
• 3.4.2 抗拉强度试验
• 3.4.3 单轴抗压试验
• 3.5 岩石力学参数的工程处理
• 3.6 小结
• 第四章 基于极限平衡法的开挖边坡角优化
• 4.1 前言
• 4.2 自动搜索条分法原理
• 4.2.1 瑞典条分法
• 4.2.2 简化Bishop法
• 4.3 计算与分析
• 4.3.1 计算剖面选取
• 4.3.2 计算结果与分析
• 4.4 小结
• 第五章 边坡稳定性弹塑性分析
• 5.1 边坡稳定性评价准则
• 5.1.1 应力判据
• 5.1.2 位移判据
• 5.1.3 稳定性判据
• 5.1.4 安全系数
• 5.2 FLAC3D原理简介
• 5.2.1 空间导数的有限差分近似
• 5.2.2 运动方程
• 5.2.3 应变、应力及节点不平衡力
• 5.2.4 阻尼力
• 5.2.5 计算循环
• 5.3 计算方法与模型
• 5.3.1 计算方法
• 5.3.2 模型介绍
• 5.3.3 监视点布置
• 5.4 计算结果
• 5.4.1 原岩竖直应力
• 5.4.2 最大不平衡力
• 5.4.3 竖向应力
• 5.4.4 水平应力
• 5.4.5 最大主应力
• 5.4.6 竖向位移
• 5.4.7 动态监视位移
• 5.4.8 潜在滑移面
• 5.5 讨论
• 5.6 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的项目