露天矿岩质边坡稳定性分析及开挖边坡角的确定

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。

目录

文摘

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声明

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