攀枝花朱矿南帮岩质边坡稳定性分析及治理措施研究

摘要

随着社会经济的发展，我国的露天矿开采的规模和深度不断扩大，露天开采形成高陡边坡的安全问题也日益凸显，严重威胁着矿上作业的安全生产。
　　本文以攀枝花朱矿南帮岩质边坡为研究对象，通过现场勘查、室内室外相关试验对朱矿南帮边坡的岩性以及岩体结构面特征等进行研究，分析研究了朱矿南帮边坡可能产生变形破坏的部位、模式与范围，并结合从整体到局部的数值模拟分析方法，对朱矿南帮边坡的稳定性进行了评价，并在稳定性评价结果的基础上，提出了有针对性的露天矿坑边坡支护措施，从而总结出一套系统的评价露天矿山边坡稳定性及支护措施研究的方法。论文主要的研究内容和成果如下:
　　(1)通过现场调查，并借助三维激光扫描技术，对朱矿南帮边坡的结构面特征进行了系统的分析研究，将工程边坡岩体结构面进行了分类分级，确定了工程边坡的结构面的优势方位，获得了工程边坡规模较大的主控结构面的空间分布特征;
　　(2)通过室内（单轴压缩、常规三轴压缩）和室外（现场回弹仪）试验，并运用JRC-JCS模型获得了岩石块体和结构面的力学特性，在此基础上，采用RMR法和BQ法对工程边坡岩体进行了基本质量分类，确定了用于边坡稳定性计算的岩体物理力学参数值;
　　(3)将工程边坡分为了3种类型的边坡:受软弱结构面控制边坡、块状岩体结构边坡、表层散体结构边坡。并且分析每种类型的边坡的潜在变形破坏模式，并根据这边坡类型和潜在变形破坏模式划分出了A、B、C、D、E、F共计6个潜在危险性区域;
　　(4)采用了从整体到局部的分析方法，对朱矿南帮边坡的稳定性进行了系统的研究，具体内容如下:
　　①采用有限差分法，得到了朱矿整个南帮边坡的稳定性，计算表明朱矿南帮边坡整体稳定性较好，未出现大规模的位移现象;
　　②采用了三维极限平衡的分析方法，对朱矿南帮的局部关键块体进行了稳定性分析，得到了其具体的稳定性性系数;
　　③采用三维离散元数值分析方法对工程边坡不同结构面空间组合切割的3个典型关键块体K5、K11、K19进行了数值模拟，得到了3个关键块体在边坡开挖前和开挖后的位移变形情况。并通过展现不同计算时步下的关键块体K19的变形破坏状态，得到了关键块体K19具体运动过程;
　　(5)根据边坡稳定性评价得出的结论，并考虑矿坑边坡的特殊性，提出了3种有针对性的支护措施:预应力锚杆、注浆加固边坡、爆破清危。并给出了预应力锚杆和注浆加固边坡主要的设计原理及设计内容。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 岩质边坡稳定性因素的研究现状

1．2．2 岩质边坡稳定性分析方法的研究现状

1．3 主要研究内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究技术路线

第2章 研究区的工程地质环境

2．1 自然地理环境

2．2 地层与岩性

2．3 地质构造

2．3．1 区域地质构造

2．3．2 岩浆活动

2．3．3 地震

2．4 矿区边坡工程地质概况

2．4．1 地形地貌

2．4．2 工程边坡主要岩性

2．4．3 水文地质

2．4．4 边坡工程存在的主要问题

2．5 小结

第3章 工程边坡岩体结构面特征

3．1 岩体结构面类型

3．1．1 原生结构面

3．1．2 构造结构面

3．1．3 浅表生结构面

3．2 结构面的分级

3．2．1 结构面分级的原则

3．2．2 朱矿南帮边坡结构面分级

3．3 结构面的统计分析

3．3．1 东南帮边坡结构面统计分析

3．3．2 西南帮边坡结构面统计分析

3．4 工程边坡结构面的空间分布特征

3．4．1 三维激光扫描技术

3．4．2 现场踏勘

3．4．3 朱矿南帮边坡结构面的空间展布情况

3．5 小结

第4章 工程岩体力学参数与边坡潜在变形破坏模式机制分析

4．1 岩体物理力学性质

4．1．1 岩石块体物理力学性质

4．1．2 岩体结构面的物理力学性质

4．1．3 工程边坡岩体力学参数的确定

4．2 工程边坡潜在变形破坏模式机制分析

4．2．1 工程边坡结构类型

4．2．2 工程边坡潜在变形破坏模式

4．2．3 工程边坡危险分区与关键块体圈定

4．3 小结

第5章 工程边坡稳定性分析

5．1 工程边坡整体稳定性分析

5．1．1 有限差分的概述

5．1．2 模型的建立

5．1．3 结果分析

5．2 局部块体稳定性分析

5．2．1 三维极限平衡分析

5．2．2 离散元数值分析

5．3 小结

第6章 工程边坡治理措施研究

6．1 矿坑边坡治理设计的基本原则和支护措施的选取

6．1．1 矿坑边坡治理设计原则

6．1．2 支护措施的选取

6．2 矿坑边坡的支护设计

6．2．1 锚索支护设计

6．2．2 注浆加固边坡设计

6．3 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果