地下水位波动对乌兰露天矿边坡稳定性的影响

摘要

经过许多学者的研究，发现了地下水位波动对边坡稳定性的影响。在前人研究的基础上，本文针对乌兰露天矿研究了地下水位波动边坡稳定性影响及评价。根据陕西省王家坡煤矿发生过的洪水灾害显示，整个地区的水位都会上升，由此推断出乌兰露天矿区的水位上升。地下水位的波动对稳定性产生的影响分析成为整个受影响地区的首要任务。滑坡和边坡的破坏是由于在不排水条件下坡体贮水导致的，并导致严重的水土流失。边坡岩体中水的存在可能导致边坡岩体负孔隙压力增大，从而影响边坡的应力状态和岩体强度，导致边坡稳定性变化，边坡水位上升和下降会严重影响边坡安全系数。 通过详细地研究矿区附近的水文地质资料，建立了地下水位的模型，基于饱和-非饱和渗流理论，本文深入研究水位波动条件下的渗流场和边坡安全系数的变化规律。 在本研究中对边坡进行抽水会导致坡体内水位的下降，本研究中模型的主要部分是边坡的开挖区的排水边界右侧，该位置可以观察到水位的波动，由此分析对开挖边坡安全系数的影响。通过数值模拟排水过程提高边坡稳定性。使用 GeoStudio 软件（SEEP/W和 SLOPE/W）的稳态和瞬态分析计算孔隙水压力，将瞬态分析的结果用于计算边坡的安全系数。暂态分析分为两个过程，分别是水位的快速下降和缓慢下降。本文通过对一种均质和非均质土坡工程案例进行计算，来研究疏干排水（地下水）过程对边坡稳定性的影响。在边坡稳定性分析的过程中使用了莫尔库仑准则下的极限平衡法。在水位波动边坡的安全优化中得到了边坡角的敏感分析。 本文介绍了饱和与非饱和模型的研究，分析了地下水波动模型中两种地下水下降过程之间的差异，以及总水头与时间对边坡稳定性的关系。结果表明，在地下水位波动下，边坡稳定系数的变化对边坡稳定系数的影响最为明显，且总水头随时间的变化也比较明显。 在分析结果的基础上，对南、西、北段的乌兰露天矿边坡进行了初步的分析，在边坡材料的同质或异质条件下，为了保证边坡的安全，要将矿井水从矿坑中抽走，提出了最大边坡角为30度的准则。通过增加水流速度，以最快的速度使水流速度达到可以流过材料的水力传导率的速度，快速下降将会更好。永久监测应该避免水位达到总水位H=100米，即20米从开挖边坡的脚趾上，确保边坡坡体的稳定，防止露天矿边坡在不稳定情况下出现的滑坡和破坏。 本研究通过边坡角的优化，最大限度的提升煤炭的开采利润，在边坡安全系数FOS= 1的平衡条件下，确定了边坡内部水位的临界高度，以避免出现滑坡灾害。

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