基于拉格朗日差分法的露天边坡稳定性研究

摘要

露天边坡工程是以岩体为工程材料和工程结构，以采矿作业为施工手段而形成的大型岩体工程。其稳定性是保证矿山正常生产的先决条件，露天矿山开挖后在一定程度上破坏和扰动原来较为稳定的岩体而形成新的人工边坡，使岩体产生力学响应，可能会造成围岩失稳和破坏。因此，对露天开采边坡进行稳定性分析尤为重要。 本研究以易门铜矿露天开采境界优化方案下的边坡为工程背景，通过岩体构造调查，质量分类，室内力学试验，力学参数的工程处理。建立铜厂露天开采边坡的三维地质模型，采用DIMINE数字矿山软件的耦合集成技术--四面体网格化将地质模型转换为力学模型，应用基于拉格朗日法的有限差分（FLAC3D）大变形方法对铜厂露天开采边坡的稳定性进行了数值模拟，分析了基于强度折减理论计算出的边坡安全系数以及基于莫尔库伦屈服准则的边坡开采后的位移、应力等的变化状况，得出了易门铜厂露天矿露天境界优化方案下的边坡的稳定性状况。通过对铜厂露天开采边坡稳定性的成功模拟，说明了采用三维地质模型与数值模拟耦合方式能较快的建立数值模拟的前处理模型。这种模型能准确的体现实际岩体的地质特征。此外通过数值模拟软件的计算得出合理的结论可确定易门铜厂露天矿露天境界优化方案所确定的边坡角是可行的，可以确保矿山安全生产，这为易门铜厂矿山设计和生产提供了依据。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1课题研究的意义

1.2露天矿边坡稳定性研究概况及发展趋势

1.3露天矿边坡稳定性研究的程序与方法

1.4本文的主要内容和技术路线

1.5本章小节

第二章露天矿边坡工程地质概况

2.1矿区概况

2.1.1自然地理条件

2.1.2矿区以往勘探情况

2.2矿区地质特征

2.2.1矿区地层

2.2.2构造

2.3矿区岩体构造调查特征分析

2.3.1工程地质调查的意义

2.3.2工程地质调查的方法与内容

2.4岩体质量分类

2.4.1 RMR法概述

2.4.2分类数据的收集与分析处理

2.5本章小结

第三章 边坡稳定性研究

3.1边坡稳定性分析概述

3.2岩体强度理论的研究

3.3岩质边坡变形破坏类型

3.4边坡稳定性影响因素分析

3.5岩质边坡稳定性分析方法

3.5.1极限平衡分析法

3.5.2数值分析方法

3.5.3可靠性分析方法

3.5.4其它新方法

3.6岩质边坡安全系数取值标准

3.7本章小结

第四章 岩石强度试验与参数的工程处理

4.1岩块强度试验

4.1.1抗压强度、弹模和泊松比试验

4.1.2抗拉强度试验

4.1.3抗剪强度试验

4.2岩石节理弱面摩擦试验

4.3岩体力学参数的工程处理

4.3.1岩体抗乐强度的工程折减

4.3.2岩体抗拉强度的工程折减

4.3.3岩体变形模量的工程折减

4.3.4岩体抗剪强度的工程折减

4.3.5不连续面抗剪强度的工程折减

4.4本章小结

第五章 露天矿边坡三维地质模型的建立

5.1地质实体模型的建立

5.2露天最终境界与可视化开采方案

5.3简化实体模型的建立

5.3.1计算模型的简化方案

5.3.2简化模型的建立

5.4本章小结

第六章 三维地质建模与数值模拟的耦合研究

6.1引言

6.2三维地质建模软件与数值模拟软件的耦合方式

6.3三维地学软件可视化网格与数值计算网格

6.3.1 DIMINE软件可视化网格

6.3.2 FLAC3D软什数值计算网格

6.4 DIMINE与FLAC3D数据文件的格式

6.4.1 DIMINE实体文什格式

6.4.2 DIMINE约束文件格式

6.4.3 FLAC3D输入的网格文件格式

6.4.4网格转化的实施

6.5本章小结

第七章 铜厂露天境界边坡数值模拟分析及稳定性分析

7.1拉格朗日差分法及FLAC3D软件简介

7.1.1拉格朗日差分法原理

7.1.2强度折减法原理

7.1.3 FLAC3D基理与应用

7.1.4 FLAC3D的求解过程

7.2数值模拟基本思路及力学模型的建立

7.2.1基本思路

7.2.2计算儿何模型范围及模拟方案设计

7.3计算参数与约束条件

7.3.1屈服准则的选择

7.3.2计算力学参数

7.3.3边界约束

7.4计算结果与分析

7.4.1安全系数分析

7.4.2位移场规律分析

7.4.3应力场规律分析

7.5本章小结

第八章结论与展望

参考文献

致谢

附：攻读学位期间参与课题及论文发表情况