厄特科卡金矿露天矿边坡稳定性研究

摘要

露天矿边坡是露天采矿场的构成要素之一。边坡工程在露天矿开采过程中有着重要的地位，改变边坡的最终边坡角，能使境界内剥离的岩石量发生巨大改变。同时，露天矿边坡也是露天矿山最大的危险源之一。由于边坡失稳垮塌造成的灾害事故也是屡见不鲜。所以，在露天矿设计初期阶段，边坡稳定性及边坡角的优化分析显得非常重要。科卡金矿是一座新建的中型露天矿山，上部为山坡露天矿，下部为凹陷露天矿。根据设计资料显示，开采形成的最终边坡高度可达280米，属高陡边坡范畴，有必要对边坡的稳定性进行分析。本文在对科卡金矿露天矿已有的地质及设计资料分析整理的基础上，分别通过极限平衡法、有限元强度折减法、室内底摩擦相似模拟试验等对边坡岩体进行稳定性分析，并对可能的边坡角进行优化分析，提出了边坡角优化的可行性。本论文的主要研究内容及成果如下：
　　①根据地质勘查资料，对露天矿进行岩体分区，选择具有带表性剖面，利用AUTOCAD软件绘制边坡剖面图，为接下来边坡的稳定性分析工作打下基础。
　　②按照国家试验技术标准与规范，对现场采集的采场岩样进行加工处理，然后进行单轴抗压试验，得出了边坡岩石的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比等物理力学参数。
　　③采用极限平衡法，对设计露天矿边坡的稳定性进行分析，得出边坡的最小安全系数为1.46，设计边坡处于稳定状态，满足国家规范要求。从理论上对科卡金矿露天边坡最终边坡角进行了优化分析，得出优化后的最终边坡角为47.5°，台阶坡面角为66°。
　　④采用ABQUAS有限元模拟软件，对边坡开挖进行三维模拟计算，结果显示水平方向的切应力和位移主要集中在边坡坡面。根据强度折减法可知，边坡的安全系数为1.25，符合规范要求。通过典型截面应力、位移分析可知，相比于左侧边坡，右侧边坡水平方向的剪切应力更大，位移也更大，所以相比之下左侧边坡更为稳定。
　　⑤采用底摩擦试验，模拟露天边坡开挖过程，研究设计边坡及优化后边坡的稳定性及其可能的破坏模式，对设计边坡和优化边坡的稳定性进行试验验证。结果显示边坡在开挖过程中，会发生局部垮塌，但边坡整体处于稳定状态，且露天边坡最终坡角具有优化1°～2°的可行性。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状综述

1.3 课题研究的目的、内容和技术路线

2 矿区工程地质概况

2.1 矿区位置及交通

2.2 矿区气候情况

2.3 矿区地质概况

2.4 各岩层物理力学性质

2.5 本章小结

3 岩样力学性质测试

3.1 试验样品

3.2 岩石的单轴压缩实验

3.3 岩石力学试验结果与分析

3.4 本章小结

4 基于极限平衡法的边坡稳定性分析及最终边坡角优化

4.1 极限平衡法简介

4.2 边坡稳定性计算

4.3 露天矿最终边坡角理论优化

4.4 本章小结

5 基于ABAQUS的三维边坡稳定性分析

5.1 ABAQUS简介

5.2 Mohr-Coulomb模型

5.3 有限元模型

5.4 计算结果

5.5 本章小结

6 底摩擦相似模型试验研究

6.1 物理模型试验概述

6.2 底摩擦模型试验

6.3 试验模型确定

6.4 相似材料的选择及配比的确定

6.5 试验步骤

6.6 试验结果及分析

6.7 不同边坡角底摩擦试验研究

6.8 本章小结

7 结论及展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目