城门山铜矿南部边坡稳定性分析

发布时间：2018-03-28 02:16

本文选题：边坡稳定性　切入点：数值模拟　出处：《重庆大学》2015年博士论文

【摘要】：本文以江西铜业公司城门山铜矿(露天矿)南部边坡为工程实例,对边坡稳定性分析进行了综合研究。研究内容包括:强度参数的影响、边坡监测方法和开采过程中地下水的影响。该边坡主要由五通组地层(D3s)和纱帽组地层(S3s)两种砂岩构成。根据边坡工程地质勘察资料分析,该露天矿边坡可分为6个工程地质区域(I,II,III,IV,V和VI)。六个区域的工程地质基础数据从早期开发勘探的不同区域和深度取得。现场调查和已有资料表明,南部边坡岩体属于工程地质I和II区,这部分边坡可能存在局部边坡失稳问题。另外,露天采场三面环水,仅南面为陆地,水文地质条件非常复杂。地下水的存在对露天矿边坡稳定性有非常不利的影响。边坡岩体中的结构面或其它裂隙的存在会降低岩体强度,从而可能会严重影响矿山开采工作的进展、安全与效益。通过对该露天矿的工程地质和水文地质勘探资料的广泛收集分析,根据现场抽水试验,获得了矿区地下水的分布情况、不同区域岩体的渗透系数等参数。根据岩体渗透系数的不同将南部边坡划分为五个区域。MODFLOW是基于有限差分法的三维地质模拟软件(The U.S.Geological Survey)。采用该软件建立了边坡地下水计算模型,对露天矿开采过程中地下水的流量进行了预测。在综合考虑经济和技术条件下,提出采用疏堵结合的方案对矿区地下水进行治理是比较可行的措施。采用了不同计算方法的边坡稳定性分析软件(有基于极限平衡方法的Slide和Slope/W和基于数值模拟法的Phase2和Slope/W的强度折减法),对南部边坡选取的六个地质剖面(I-0、I-1、I-2、II-0、II-1和II-2)进行了稳定性分析。分析中考虑了地震、地下水和软弱夹层等因素的影响。设置了两种工况:工况1,自重条件;工况2,受地震、地下水和软弱夹层影响。采用不同的方法计算得到的边坡稳定性结果表明,六个剖面的安全系数差别很大。I-0、I-1和I-2三个剖面的安全系数比较低,说明这三个剖面处于极限平衡临界状态。软弱夹层的存在对这个三个剖面(I-0,I-1和I-2)的稳定性影响很大,可能会发生失稳和破坏。另外,由于地质风化作用,造成两种岩层之间的接触面出现为强度很低的软弱夹层,该接触面与边坡呈现顺坡顺向的关系,严重威胁边坡的稳定性。为了提高南部边坡的稳定性,建议采取加固措施。根据现场边坡情况,分析认为可以使用以下两种加固方法:第一,预灌浆法,采用高压将水泥浆从不同通道注入边坡岩体裂隙面和接触面内,增强其抗剪强度。第二,采用预应力锚杆加固,经计算,通过加固可以使三个剖面的边坡安全系数超过1.15。采用Slide和Geo-studio软件进行反演分析,得到每个剖面所需的的锚杆加固力等参数。在边坡稳定性的影响因素研究中,一致认为粘聚力c和内摩擦角?对边坡的稳定性影响最大。这一结论的获得是建立在剪胀角等于零或者等于内摩擦角的模型基础上。然而,剪胀角不仅影响土工结构的体积变化,而且还会影响安全系数。为了研究剪胀角对安全系数的影响,本文采用各向同性材料,建立了两种数值边坡稳定性平面应变模型。分析中采用了相同的内摩擦角和不同的剪胀角(20°、25°和30°)。结果表明,随着剪胀角增大,安全系数逐渐增大,但是当剪胀角接近内摩擦角时,安全系数会急剧降低。当剪胀角约等于0.75倍的内摩擦角(即:ψ≈0.75?)时,边坡的安全系数较高;当剪胀角等于内摩擦角(即ψ=?)时,安全系数较低。所以在实际边坡稳定性计算中,确定符合实际情况的剪胀角(ψ)十分重要。边坡监测是露天矿安全生产的“保护神”。本文综述了露天矿山边坡监测的主要方式,包括边坡监测设备等。露天矿山边坡失稳滑塌等意外事故是造成人员伤亡、经济和生产损失的主要原因。随着露天矿山开采深度越来越深,事故的风险和后果也越来越严重,所以边坡监测显得越来越重要。边坡稳定性监测的范围有地面监测和地下监测。矿业领域最新地面监测方法包括全站仪、全球定位系统(GPS)和边坡稳定雷达(SSR)。通过矿山边坡的监测,能够对边坡失稳进行早期识别,可以减少事故的影响。露天矿边坡监测设计比较复杂,首先是现场地质工程数据的收集分析,然后设计监测方案,交付现场实施,针对日常的监测数据进行恰当处理和汇总,使之易于阅读并快速确认问题区域。通过对不同监测方法的分析,矿区采用综合监测工具评估边坡的动态效果比较好。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD854.6

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