地下采动影响下的边坡失稳机理及分析方法研究

摘要

边坡稳定性研究，一直是众多学者及广大工程技术人员研究的课题。影响边坡稳定性的因素有很多，其中地下采动作为一个影响边坡稳定性的重要外因，是随着上世纪80年代初盐池河磷矿灾难性大规模山体崩塌事件的发生，开始被人们所重视的，对这方面的研究也逐渐被提到议事日程上来。 地下采动影响下的边坡（包括人工边坡和自然边坡）稳定性问题较普通边坡而言，更具复杂性和非线性，是实践性、综合性很强的研究课题。论文在总结前人成果的基础之上，结合铜绿山北露天东部边坡及其地表变形开裂破坏的工程实例，对地下采动影响下的边坡失稳机理及分析方法进行了研究。其主要内容及成果为： （1）地下采动通过改变岩体应力应变分布、引起边坡变形、产生动荷载、恶化工程地质条件、恶化水文地质条件，从而影响上覆边坡体的稳定性。 （2）地下采动使得上覆岩体产生冒落带、裂缝带和弯曲带三带破坏，进而引起边坡地表产生不同形式的破坏，如下沉、塌落、开裂、滑坡、倾倒、溃曲、塑流、崩塌和滚石等。 （3）防治措施主要为降低地下开采对边坡稳定性的影响、排水、改善力学平衡条件和建立监测系统，其重心应放在降低地下开采的影响，以防为主。 （4）通过对用于地下开采影响下的边坡稳定性研究的极限平衡、模糊数学和数值模拟三种方法的比较，认为数值模拟分析技术是研究此类问题的更为合理的手段，它能够较好的考虑地下开采的影响。 （5）提出了地下采动影响下的边坡稳定性研究路线，大体上可按五个步骤进行，即：工程地质调查、岩体物理力学参数的确定及工程地质岩体质量评价、采空区稳定性研究、边坡稳定性研究和防治措施的研究，其中对地下开采区域及边坡的调查至关重要，是分析结果准确与否的关键。 （6）结合工程实例，在现场工程地质调查及室内岩石力学实验的基础之上，采用极限平衡理论、上盘边坡渐进崩落破坏模型和二维弹塑性有限元数值模拟等方法对铜绿山矿北露天东部边坡变形开裂破坏进行了分析，得到：①东部边坡地表的变形开裂破坏不是目前露天开采造成的，—125m中段矿柱的盗采及周边民采才是边坡地表变形开裂破坏的主要原因；②对铜绿山北露天东部边坡的变形破坏机理的地质模式可归结为：民采及矿柱盗采产生空区——围岩及充填体变形冒落——坡顶拉裂——坡脚挤压剪切——坡体滑动破坏；③充填可以很好的限制围岩的位移，有利于维持目前及开挖后边坡的稳定，建议加强空区的探测，并进行充填处理；④针对东部边坡变形开裂破坏的现状，提出了边坡的防治措施，主要包括空区及裂隙的充填注浆、边坡角的调整、加固、排水及监测等措施。 论文所做的研究工作，立足于学科前沿，对目前研究较少但却迫切需要研究的地下采动（尤其是金属矿山地下采动）影响下的边坡失稳机理及分析方法进行了研究，并提出了相应的防治措施，具有较高的实践价值。另外，论文结合计算机智能分析技术和现代计算方法来进行研究，在一定程度上也体现了岩土工程处理方法应用的趋势。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2研究背景与意义

1.3国内外研究状况综述

1.3.1边坡稳定性问题的研究

1.3.2地下采动影响下的边坡稳定性研究

1.4论文主要研究内容与技术路线

第二章地下采动影响下的边坡变形破坏机理及模式

2.1影响边坡稳定性的主要因素

2.1.1地质条件

2.1.2水文地质条件

2.1.3边坡形态

2.1.4地震

2.1.5人为工程活动

2.1.6其他影响因素

2.2地下采动对边坡稳定性的影响机理分析

2.2.1地下采动改变了岩体的应力应变状态

2.2.2引起边坡变形

2.2.3生动力失稳

2.2.4恶化工程地质条件

2.2.5恶化水文地质条件

2.3地下采动影响下上覆岩体和边坡地表的变形破坏模式

2.3.1 地下采动影响下上覆岩体的变形破坏模式

2.3.2 地下采动影响下边坡地表的变形破坏模式

2.4边坡失稳防治措施

2.5本章小结

第三章地下采动影响下的边坡稳定性分析方法与研究路线

3.1分析方法

3.1.1极限平衡分析方法

3.1.2模糊数学分析方法

3.1.3数值模拟分析方法

3.2研究路线

3.3本章小结

第四章工程实例

4.1矿区自然地理状况

4.2矿工工程地质与水文地质

4.2.1地层岩性

4.2.2构造

4.2.3矿体

4.2.4水文地质条件

4.2.5东边坡工程地质水文地质条件的基本评价

4.3矿区开采现状调查

4.3.1露天开采现状调查

4.3.2地下开采现状调查

4.4东部边坡地表变形破坏调查

4.4.1遗址博物馆前院草坪——速凝剂厂地面变形区

4.4.2铜绿山矿北露天东部边坡顶地而变形区

4.4.3古铜矿遗址博物馆展馆地面变形区

4.5地下采场-125m中段的破坏情况调查

4.6影响铜绿山北露天东部边坡稳定性的因素分析

4.6.1工程地质条件

4.6.2水文地质条件

4.6.3边坡形态

4.6.4爆破

4.6.5电下采动的影响

4.7岩体物理力学参数

4.8边坡的极限平衡分析

4.8.1北露天东部边坡稳定性计算的有关参数的选用

4.8.2极限平衡分析结果

4.9铜绿山矿北露天东部边坡上盘围岩的渐进崩落分析

4.9.1理论方法

4.9.2计算步骤

4.9.3计算结果

4.10铜绿山矿北露天东部边坡的弹塑性有限元分析

4.10.1矿、岩体力学参数

4.10.2力学模型与边界条件

4.10.3有限元计算结果分析

4.11防治措施

4.11.1设计依据

4.11.2设计原则

4.11.3空区及裂隙充填注浆

4.11.4调整边坡角及局部加固

4.11.5排水

4.11.6监测措施

4.12本章小结

第五章结论及展望

5.1结论

5.2不足之处

5.3展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的成果