大冶铁矿露天采场高陡岩质边坡破坏机理及稳定性研究

摘要

大冶铁矿东露天采场地质构造复杂，断层节理发育。经过近50年的开采，大冶铁矿东露天采场形成了国内外罕见的裂隙岩质高陡边坡，自2005年转入地下开采以来，采场北坡时常出现规模不等的崩塌、滑坡等地质灾害。据不完全统计，1972年至今，采场高陡边坡内发生大小不等的崩滑灾害达20多次，特别是发生在F25断裂带两侧的就有11次，严重影响到采矿人员与设备的安全。因此通过对大冶铁矿露天采场高陡岩质边坡变形破坏机理的研究，对边坡的地质灾害的防治及应急救援系统的设计均有着重要的意义。
　　 本文结合大冶铁矿东露天采场的实际工程情况，在对大冶铁矿东露天采场岩体结构特征分析基础上，以典型坡段Ⅱ区为例，对该区岩质边坡变形破坏机理进行研究，并对边坡现状稳定性进行了分析。论文的主要研究工作与结论主要有以下几点：
　　 （1）大冶铁矿区域工程地质环境研究。主要包括区域岩石地层、构造样式、岩浆活动等研究。其中重点对东露天采场象鼻山北帮Ⅱ区的工程地质特征进行研究，为边坡岩体结构分析和变形破坏机理数值模拟研究提供依据。
　　 （2）矿区岩体结构特征分析。重点是通过对露天采场岩组的划分与岩体结构特征的调查，以此来分析东露采场岩性特征、断裂及节理构造特征。主要包括F25断裂带滑脱带内滑坡的物质组成、变形特征等。
　　 （3）Ⅱ区高陡边坡失稳机理研究
　　 首先从几何学的角度出发，对Ⅱ区滑坡的基本特征进行了深入调查及研究，然后采用赤平投影分析方法研究了该区边坡岩体结构，最后建立研究区域边坡三维地质模型，使用数值模拟软件FLAC3D对边坡开挖后的应力、应变进行计算，重点模拟矿山开挖、应力释放条件下岩体结构面渐进破裂-失稳的动态演化过程。其中模拟了开挖至▽+108m、▽+60m、▽+36m及▽+18m水平时边坡的最大及最小主应力、剪应力及塑性区分布情况。模拟结果表明，最大和最小主应力随着开挖深度的增加其变化较小，坡脚处剪应力随着开挖深度增加而增加。边坡塑性区变化过程表明，北帮边坡由于F25断层破碎带的存在，在断裂带附近出现因受剪和受压作用而形成的较大范围塑性区，并沿着断裂带出现一条贯通良好的塑性区。最后采用GEO-SLOPE软件搜索目前状态下Ⅱ区边坡的最危险滑动面并计算边坡的稳定性系数。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 岩质边坡变形破坏机理及稳定性研究现状

1.2.1 岩质边坡变形破坏机理研究现状

1.2.2 岩质边坡稳定性研究现状

1.2.3 大冶铁矿研究现状

1.3 研究内容、创新点及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 创新点

1.3.3 技术路线

第2章 大冶铁矿工程地质环境

2.1 大冶铁矿自然环境概况

2.1.1 地理区位

2.1.2 地形地貌

2.1.3 气象

2.2 矿区工程地质环境概况

2.2.1 区域稳定性

2.2.2 地层岩性

2.2.3 构造

2.2.4 岩浆岩

2.2.5 矿区水文地质条件

2.2.6 地震

2.3 东露天采场Ⅱ区边坡工程地质性质

2.3.1 东露天采场概况以及工程地质分区

2.3.2 Ⅱ区边坡岩性与岩组特征

2.3.3 Ⅱ区边坡岩体结构特征

2.3.4 Ⅱ区边坡主要结构面及构造特征

2.3.5 研究区段矿岩物理力学参数

第3章 Ⅱ区滑坡特征及边坡破坏机理分析

3.1 Ⅱ区滑坡基本特征

3.1.1 Ⅱ区滑坡形态特征及规模

3.1.2 Ⅱ区滑坡物质组成

3.1.3 Ⅱ区滑坡主要变形特征

3.2 Ⅱ区高陡岩质边坡变形破坏机理分析

3.2.1 赤平投影法

3.2.2 Ⅱ区边坡变形破坏的数值模拟分析

3.2.3 边坡变形破坏机理分析及探讨

第4章 Ⅱ区边坡极限平衡法稳定性分析

4.1 极限平衡法原理

4.2.1 瑞典条分法基本原理

4.2.2 Bishop法基本原理

4.2.3 Morgenster-Price法基本原理

4.2.4 Janbu法基本原理

4.2 最危险滑动面搜索原理

4.3 GEO-SLOPE稳定性分析

第5章 结论性认识

5.1 结论

5.2 今后工作方向

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参加的科研项目及发表的学术论文