本文關(guān)鍵詞：黃山石灰石礦露采高邊坡結(jié)構(gòu)面特性及破壞機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：結(jié)構(gòu)面的存在是造成巖體非連續(xù)、各向異性的主要因素。結(jié)構(gòu)面不僅影響了巖體的完整性,還降低了巖體的力學(xué)強(qiáng)度。因此對(duì)結(jié)構(gòu)面特性的研究對(duì)于分析礦山邊坡的破壞模式、破壞機(jī)理及其穩(wěn)定性都有重要的意義。黃山石灰石礦露采高邊坡斷層、層面、節(jié)理裂隙等發(fā)育,這些原生或次生的結(jié)構(gòu)面在很大程度上控制著邊坡的穩(wěn)定性。由于礦山邊坡大多為為順層邊坡,且礦層中存在軟弱夾層,歷史上曾因此發(fā)生過(guò)多次順層滑坡,加之開(kāi)采規(guī)模較大、采深較高以及受露天爆破作業(yè)、降雨等因素影響,需在礦山設(shè)計(jì)和技改建設(shè)階段進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定性的論證與優(yōu)化工作,以提升礦山開(kāi)采的安全性、經(jīng)濟(jì)性、科學(xué)性和合理性,為礦山安全生產(chǎn)提供保障。本文對(duì)礦山已發(fā)生滑坡情況、結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況、水文地質(zhì)與工程地質(zhì)情況等做了詳細(xì)的調(diào)查,通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)礦山在開(kāi)挖過(guò)程中的工作臺(tái)階邊坡最可能的破壞模式為平面滑動(dòng)破壞、楔形體破壞和傾倒破壞。對(duì)結(jié)構(gòu)面的分布、規(guī)模、力學(xué)特征做了詳細(xì)的研究,由結(jié)構(gòu)面的分布及排列組合特征及其力學(xué)性質(zhì),分析邊坡的破壞機(jī)理,給出導(dǎo)致其破壞的邊界條件、力學(xué)條件和相關(guān)的影響因素。建立相應(yīng)破壞模式下的計(jì)算模型,求解其穩(wěn)定性系數(shù),從而指導(dǎo)工程的安全施工和正常運(yùn)行。主要研究?jī)?nèi)容及研究成果如下：(1)分析黃山石灰石礦山已有的工作資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查成果,得到礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、礦山工作臺(tái)階及最終臺(tái)階設(shè)計(jì)參數(shù),礦區(qū)已發(fā)生破壞情況等。調(diào)查礦區(qū)及周邊區(qū)域內(nèi)的斷層、軟弱夾層、層間錯(cuò)動(dòng)、節(jié)理裂隙等結(jié)構(gòu)面的發(fā)育情況,依據(jù)結(jié)構(gòu)面的延伸長(zhǎng)度、切割深度、破碎帶寬度及其力學(xué)效應(yīng)對(duì)測(cè)得的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行分級(jí),初步判斷各類型結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。采用赤平投影法對(duì)礦區(qū)測(cè)得的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)工作臺(tái)階邊坡常見(jiàn)的破壞模式為平面滑動(dòng)破壞、楔形體破壞和傾倒破壞。結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)大剪試驗(yàn)成果,分別確定結(jié)構(gòu)面在天然狀態(tài)和飽水狀態(tài)下的力學(xué)強(qiáng)度值,為后文計(jì)算提供依據(jù)。(2)礦區(qū)邊坡巖體由多個(gè)地層構(gòu)成,根據(jù)巖石的單軸飽和抗壓強(qiáng)度將邊坡巖體分為堅(jiān)硬巖組、較硬巖組、較軟巖組、軟硬相間巖組、軟質(zhì)巖組、松散巖組6個(gè)巖組。黃山石灰石礦山邊坡坡體結(jié)構(gòu)中硬質(zhì)巖夾軟巖的類型,易發(fā)生順層滑動(dòng)破壞。在不考慮外界因素的影響及軟弱夾層內(nèi)聚力的情況下,定性的闡述了邊坡發(fā)生順層滑動(dòng)所需的三個(gè)破壞條件。分析了影響邊坡穩(wěn)定的主要因素為地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)及水的作用等。建立了邊坡有無(wú)后緣張裂縫兩種情況下順層滑動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算模型,考慮降雨和爆破震動(dòng)兩個(gè)因素的影響,分別計(jì)算了當(dāng)軟弱夾層為15°、21°、24°、28°四種情況下邊坡的穩(wěn)定性情況。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)：邊坡在天然工況和天然+爆破震動(dòng)工況下,不管θ取何值,邊坡都是穩(wěn)定的。在天然+爆破震動(dòng)工況下,本文采用的是擬靜力法,爆破地震波的頻譜結(jié)構(gòu)差異、相位差等因素均包含在折減系數(shù)Bb中。這種處理方式雖操作簡(jiǎn)便,但對(duì)爆破震動(dòng)的慣性力作了過(guò)多的簡(jiǎn)化,引入了一些不確定因素,計(jì)算可能產(chǎn)生一定的誤差。在天然+暴雨工況下,除0=15°時(shí)能保持穩(wěn)定外,隨著θ的逐漸變陡,邊坡逐漸不能滿足安全系數(shù)的要求甚至發(fā)生破壞。在θ不變的情況下,水位Zw及后緣裂縫深度z的影響也較為明顯,然而Z與Zw大小的選取,受人為因素的影響,不能代表可能出現(xiàn)的所有情況,但是其反映了一定的規(guī)律,基本能夠評(píng)價(jià)礦區(qū)工作臺(tái)階邊坡的穩(wěn)定情況。在該工況下,除了需考慮靜水壓力的作用外,還需考慮水對(duì)軟弱夾層力學(xué)強(qiáng)度的軟化作用,本文采用飽水狀態(tài)下的軟弱夾層力學(xué)參數(shù)來(lái)模擬該工況。計(jì)算發(fā)現(xiàn)影響邊坡最主要的外在因素是水的作用,在礦山開(kāi)采過(guò)程中,應(yīng)采取合理的措施防止雨水下滲。(3)介紹了常見(jiàn)的兩種楔形體類型,建立了典型的楔形體破壞計(jì)算模型。分析了楔形體破壞需同時(shí)滿足的邊界條件和力學(xué)條件。通過(guò)一個(gè)算例進(jìn)行了大量的試算發(fā)現(xiàn)：在不考慮結(jié)構(gòu)面內(nèi)聚力的情況下,結(jié)構(gòu)面組合交線的傾角對(duì)楔形體穩(wěn)定性影響較大。采用楔形體計(jì)算軟件S wedge,考慮降雨和爆破震動(dòng)的作用,對(duì)潛在楔形體進(jìn)行了計(jì)算。礦區(qū)在天然工況和天然+爆破震動(dòng)工況下同樣不會(huì)發(fā)生楔形體破壞,但是當(dāng)遇到強(qiáng)降雨時(shí),楔形體1、4、5、6、9、10穩(wěn)定性系數(shù)顯著降低,邊坡會(huì)發(fā)生楔形體破壞,而其他楔形體都是穩(wěn)定的。綜上所述,降雨同樣是影響楔形體穩(wěn)定的最主要因素。(4)描述了礦區(qū)內(nèi)發(fā)生的傾倒破壞現(xiàn)象,由于礦山開(kāi)采及滑坡,為傾倒破壞提供了新的臨空面,潛在傾倒巖塊主要在重力作用下發(fā)生彎曲,拉裂面不斷向深部擴(kuò)展且?guī)r塊底滑面漸漸貫通,直至發(fā)生傾倒破壞。采用傳遞系數(shù)法對(duì)礦區(qū)邊坡進(jìn)行了傾倒破壞計(jì)算,傾倒破壞的影響范圍受m的影響,而m又隨著H的減小及θ的增大而減小。當(dāng)θ增大到一定程度時(shí),邊坡更易發(fā)生平面滑動(dòng)破壞。為了驗(yàn)證傳遞系數(shù)法的計(jì)算結(jié)果,采用離散元軟件3DEC對(duì)邊坡傾倒破壞進(jìn)行了計(jì)算。在初始參數(shù)下,各巖塊位移較小,邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。為了探討邊坡的傾倒破壞機(jī)理,對(duì)結(jié)構(gòu)面參數(shù)進(jìn)行折減直至發(fā)生破壞。當(dāng)內(nèi)摩擦角折減為初始值的65%,內(nèi)聚力及抗拉強(qiáng)度折減為初始值的30%時(shí),邊坡將逐步發(fā)生滑動(dòng)-傾倒破壞。其計(jì)算結(jié)果與傳遞系數(shù)法較為吻合,邊坡分為剪出口位置的滑動(dòng)區(qū),中間的傾倒破壞區(qū)以及上部的穩(wěn)定區(qū),且潛在傾倒破壞范圍也較為接近,證明了傳遞系數(shù)法的可靠性。
【關(guān)鍵詞】：露采邊坡 結(jié)構(gòu)面特征 順層滑動(dòng) 楔形體破壞 傾倒破壞
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TD872.5
【目錄】：

• 作者簡(jiǎn)介6-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-14
• 第一章 緒論14-20
• §1.1 選題背景及研究意義14
• §1.2 結(jié)構(gòu)面特征的研究現(xiàn)狀14-15
• §1.3 巖質(zhì)邊坡變形破壞模式研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.1 平面滑動(dòng)破壞15-16
• 1.3.2 楔形體滑動(dòng)破壞16
• 1.3.3 傾倒破壞16
• §1.4 邊坡穩(wěn)定性的研究方法16-18
• 1.4.1 確定性分析方法17
• 1.4.2 可靠度分析方法17-18
• §1.5 研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線18-20
• 1.5.1 研究?jī)?nèi)容18-19
• 1.5.2 技術(shù)路線19-20
• 第二章 礦區(qū)自然地理與地質(zhì)背景20-26
• §2.1 礦區(qū)自然地理及水文氣象20-21
• 2.1.1 礦區(qū)自然地理20-21
• 2.1.2 礦區(qū)水文氣象條件21
• §2.2 礦區(qū)工程地質(zhì)背景21-24
• 2.2.1 礦區(qū)地層巖性21-23
• 2.2.2 巖體結(jié)構(gòu)類型23
• 2.2.3 工程地質(zhì)巖組23-24
• §2.3 礦區(qū)巖溶分布24
• 2.3.1 地表巖溶24
• 2.3.2 深部巖溶24
• §2.4 礦山開(kāi)采技術(shù)條件24-26
• 第三章 礦區(qū)結(jié)構(gòu)面特性26-38
• §3.1 結(jié)構(gòu)面的分類與分級(jí)26-27
• §3.2 結(jié)構(gòu)面的分布特征27-35
• 3.2.1 斷層27-28
• 3.2.2 軟弱夾層28-29
• 3.2.3 層間錯(cuò)動(dòng)29-30
• 3.2.4 節(jié)理裂隙30-35
• §3.3 結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)35-37
• 3.3.1 現(xiàn)場(chǎng)大剪試驗(yàn)35
• 3.3.2 軟弱層結(jié)構(gòu)面室內(nèi)剪切試驗(yàn)35-37
• 3.3.3 計(jì)算參數(shù)的綜合選取37
• §3.4 本章小結(jié)37-38
• 第四章 露采邊坡平面滑動(dòng)破壞分析38-52
• §4.1 順層巖質(zhì)邊坡破壞模式38-40
• §4.2 順層巖質(zhì)邊坡滑動(dòng)破壞機(jī)理40-41
• §4.3 礦區(qū)邊坡穩(wěn)定性影響因素41-42
• 4.3.1 地層巖性41
• 4.3.2 地質(zhì)構(gòu)造41
• 4.3.3 巖體結(jié)構(gòu)41-42
• 4.3.4 水的作用42
• 4.3.5 其他因素42
• §4.4 露采邊坡穩(wěn)定性計(jì)算42-51
• 4.4.1 相關(guān)計(jì)算參數(shù)的確定42-43
• 4.4.2 無(wú)后緣裂縫邊坡43-47
• 4.4.3 存在后緣裂縫邊坡47-51
• §4.5 本章小結(jié)51-52
• 第五章 露采邊坡楔形體破壞分析52-61
• §5.1 楔形體破壞模式與穩(wěn)定性計(jì)算52-55
• 5.1.1 楔形體破壞類型52-53
• 5.1.2 典型楔形體穩(wěn)定性計(jì)算53-55
• §5.2 楔形體的破壞機(jī)理55-56
• §5.3 礦區(qū)楔形體穩(wěn)定性分析56-60
• 5.3.1 P_1~7及以上巖層楔形體穩(wěn)定性分析56-58
• 5.3.2 P_1~6巖層楔形體穩(wěn)定性分析58-59
• 5.3.3 P_1~(1～3)巖層楔形體穩(wěn)定性分析59-60
• §5.4 本章小結(jié)60-61
• 第六章 露采邊坡傾倒破壞分析61-72
• §6.1 傾倒破壞穩(wěn)定性計(jì)算方法61-65
• 6.1.1 傳遞系數(shù)法62-64
• 6.1.2 離散元法64-65
• §6.2 礦區(qū)邊坡傾倒破壞分析65-71
• 6.2.1 傳遞系數(shù)計(jì)算結(jié)果分析65-67
• 6.2.2 3DEC計(jì)算結(jié)果分析67-71
• §6.3 本章小結(jié)71-72
• 第七章 結(jié)論與展望72-74
• §7.1 結(jié)論72-73
• §7.2 展望73-74
• 致謝74-75
• 參考文獻(xiàn)75-78

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