本文選題：邊坡穩(wěn)定性　切入點(diǎn)：數(shù)值模擬　出處：《重慶大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：本文以江西銅業(yè)公司城門山銅礦(露天礦)南部邊坡為工程實(shí)例,對(duì)邊坡穩(wěn)定性分析進(jìn)行了綜合研究。研究內(nèi)容包括:強(qiáng)度參數(shù)的影響、邊坡監(jiān)測方法和開采過程中地下水的影響。該邊坡主要由五通組地層(D3s)和紗帽組地層(S3s)兩種砂巖構(gòu)成。根據(jù)邊坡工程地質(zhì)勘察資料分析,該露天礦邊坡可分為6個(gè)工程地質(zhì)區(qū)域(I,II,III,IV,V和VI)。六個(gè)區(qū)域的工程地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)從早期開發(fā)勘探的不同區(qū)域和深度取得。現(xiàn)場調(diào)查和已有資料表明,南部邊坡巖體屬于工程地質(zhì)I和II區(qū),這部分邊坡可能存在局部邊坡失穩(wěn)問題。另外,露天采場三面環(huán)水,僅南面為陸地,水文地質(zhì)條件非常復(fù)雜。地下水的存在對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性有非常不利的影響。邊坡巖體中的結(jié)構(gòu)面或其它裂隙的存在會(huì)降低巖體強(qiáng)度,從而可能會(huì)嚴(yán)重影響礦山開采工作的進(jìn)展、安全與效益。通過對(duì)該露天礦的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘探資料的廣泛收集分析,根據(jù)現(xiàn)場抽水試驗(yàn),獲得了礦區(qū)地下水的分布情況、不同區(qū)域巖體的滲透系數(shù)等參數(shù)。根據(jù)巖體滲透系數(shù)的不同將南部邊坡劃分為五個(gè)區(qū)域。MODFLOW是基于有限差分法的三維地質(zhì)模擬軟件(The U.S.Geological Survey)。采用該軟件建立了邊坡地下水計(jì)算模型,對(duì)露天礦開采過程中地下水的流量進(jìn)行了預(yù)測。在綜合考慮經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件下,提出采用疏堵結(jié)合的方案對(duì)礦區(qū)地下水進(jìn)行治理是比較可行的措施。采用了不同計(jì)算方法的邊坡穩(wěn)定性分析軟件(有基于極限平衡方法的Slide和Slope/W和基于數(shù)值模擬法的Phase2和Slope/W的強(qiáng)度折減法),對(duì)南部邊坡選取的六個(gè)地質(zhì)剖面(I-0、I-1、I-2、II-0、II-1和II-2)進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。分析中考慮了地震、地下水和軟弱夾層等因素的影響。設(shè)置了兩種工況:工況1,自重條件;工況2,受地震、地下水和軟弱夾層影響。采用不同的方法計(jì)算得到的邊坡穩(wěn)定性結(jié)果表明,六個(gè)剖面的安全系數(shù)差別很大。I-0、I-1和I-2三個(gè)剖面的安全系數(shù)比較低,說明這三個(gè)剖面處于極限平衡臨界狀態(tài)。軟弱夾層的存在對(duì)這個(gè)三個(gè)剖面(I-0,I-1和I-2)的穩(wěn)定性影響很大,可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)和破壞。另外,由于地質(zhì)風(fēng)化作用,造成兩種巖層之間的接觸面出現(xiàn)為強(qiáng)度很低的軟弱夾層,該接觸面與邊坡呈現(xiàn)順坡順向的關(guān)系,嚴(yán)重威脅邊坡的穩(wěn)定性。為了提高南部邊坡的穩(wěn)定性,建議采取加固措施。根據(jù)現(xiàn)場邊坡情況,分析認(rèn)為可以使用以下兩種加固方法:第一,預(yù)灌漿法,采用高壓將水泥漿從不同通道注入邊坡巖體裂隙面和接觸面內(nèi),增強(qiáng)其抗剪強(qiáng)度。第二,采用預(yù)應(yīng)力錨桿加固,經(jīng)計(jì)算,通過加固可以使三個(gè)剖面的邊坡安全系數(shù)超過1.15。采用Slide和Geo-studio軟件進(jìn)行反演分析,得到每個(gè)剖面所需的的錨桿加固力等參數(shù)。在邊坡穩(wěn)定性的影響因素研究中,一致認(rèn)為粘聚力c和內(nèi)摩擦角?對(duì)邊坡的穩(wěn)定性影響最大。這一結(jié)論的獲得是建立在剪脹角等于零或者等于內(nèi)摩擦角的模型基礎(chǔ)上。然而,剪脹角不僅影響土工結(jié)構(gòu)的體積變化,而且還會(huì)影響安全系數(shù)。為了研究剪脹角對(duì)安全系數(shù)的影響,本文采用各向同性材料,建立了兩種數(shù)值邊坡穩(wěn)定性平面應(yīng)變模型。分析中采用了相同的內(nèi)摩擦角和不同的剪脹角(20°、25°和30°)。結(jié)果表明,隨著剪脹角增大,安全系數(shù)逐漸增大,但是當(dāng)剪脹角接近內(nèi)摩擦角時(shí),安全系數(shù)會(huì)急劇降低。當(dāng)剪脹角約等于0.75倍的內(nèi)摩擦角(即:ψ≈0.75?)時(shí),邊坡的安全系數(shù)較高;當(dāng)剪脹角等于內(nèi)摩擦角(即ψ=?)時(shí),安全系數(shù)較低。所以在實(shí)際邊坡穩(wěn)定性計(jì)算中,確定符合實(shí)際情況的剪脹角(ψ)十分重要。邊坡監(jiān)測是露天礦安全生產(chǎn)的“保護(hù)神”。本文綜述了露天礦山邊坡監(jiān)測的主要方式,包括邊坡監(jiān)測設(shè)備等。露天礦山邊坡失穩(wěn)滑塌等意外事故是造成人員傷亡、經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)損失的主要原因。隨著露天礦山開采深度越來越深,事故的風(fēng)險(xiǎn)和后果也越來越嚴(yán)重,所以邊坡監(jiān)測顯得越來越重要。邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測的范圍有地面監(jiān)測和地下監(jiān)測。礦業(yè)領(lǐng)域最新地面監(jiān)測方法包括全站儀、全球定位系統(tǒng)(GPS)和邊坡穩(wěn)定雷達(dá)(SSR)。通過礦山邊坡的監(jiān)測,能夠?qū)吰率Х�(wěn)進(jìn)行早期識(shí)別,可以減少事故的影響。露天礦邊坡監(jiān)測設(shè)計(jì)比較復(fù)雜,首先是現(xiàn)場地質(zhì)工程數(shù)據(jù)的收集分析,然后設(shè)計(jì)監(jiān)測方案,交付現(xiàn)場實(shí)施,針對(duì)日常的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行恰當(dāng)處理和匯總,使之易于閱讀并快速確認(rèn)問題區(qū)域。通過對(duì)不同監(jiān)測方法的分析,礦區(qū)采用綜合監(jiān)測工具評(píng)估邊坡的動(dòng)態(tài)效果比較好。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TD854.6

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本文編號(hào)：1674309