矿联井口上方边坡加固前后稳定性对比分析
发布时间：2017-09-06 16:52
本文关键词：矿联井口上方边坡加固前后稳定性对比分析
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【摘要】：边坡工程稳定性研究是涉及技术、经济及安全生产等诸多因素的复杂系统工程。煤炭资源在我国能源结构中占据重要地位,为满足煤炭的需求量,露天煤矿开采由浅层开采到深层开采转变,山坡型露天开采到深凹型露天开采,这期间形成的高陡边坡,其稳定性威胁到矿区安全生产和正常生活,所以高陡露天矿边坡的稳定性研究具有十分重要的意义。本文以平朔露天煤矿矿联井口上方边坡为工程研究对象,采用理论分析和数值模拟手段,开展了边坡加固前后的稳定性分析,并提出加固优化措施。(1)结合该露天矿边坡的地质特点和现状,分析研究影响边坡稳定性的因素,主要包括地层岩性、岩土体结构、降雨、风化作用、地震、边坡表面植被、露井开采方式等。从边坡自身因素和外界因素两个方面简要分析了研究区边坡现阶段存在的问题和隐患,为边坡稳定性的进一步分析提供基础。(2)基于极限平衡法分析边坡的稳定性,比较Bishop法、Janbu法、Spencer法三种方法的优缺点。采用SLIDE软件计算边坡安全系数,通过比较分析发现Bishop法比较适合该边坡,所求安全系数小于规范值,表明边坡稳定性较差,安全储备不足。通过分析c、φ值对边坡安全系数的敏感程度,发现泥砂互层敏感性最高,单独对破碎风化带分析后,发现φ的影响程度大于c。(3)边坡加固应用预应力锚索系统,采用不平衡推力法计算边坡滑坡推力,计算得出单根锚索合理的轴力设计值,同时计算锚索截面、锚固段长度、自由段长度,并对锚索倾角进行优化设计,结合规范和工程实际取值。在此基础上借助削坡减载、排水、生态护坡综合防治手段,防止非主导因素引起的边坡破坏。(4)分别借助FLAC~(3D)与极限平衡法开展边坡加固前的稳定性计算,并对二者计算进行了对比,发现两种方法得到的安全系数和危险滑动面基本一致。(5)对预应力锚索加固后的边坡,应用FLAC~(3D)进行分析,边坡水平位移明显减小,几乎为零;计算边坡安全系数,发现高于规范值,说明边坡处于稳定状态,具有较高的安全储备强度。对临界状态的应力,应变分析表明,边坡中部台阶处出现塑性贯通区,故锚索加固位置予以改进处理,以提高边坡的稳定性。(6)通过FLAC~(3D)数值模拟分析锚索不同加固角与边坡安全系数的关系,并作出拟合曲线,确定最合适的锚索加固倾角。
【关键词】：露天矿边坡 加固 边坡稳定性 预应力锚索 数值模拟
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD824.72
【目录】：
- 摘要9-11
- ABSTRACT11-13
- 第1章 绪论13-21
- 1.1 课题研究背景、目的及意义13-14
- 1.1.1 研究背景13-14
- 1.1.2 研究目的及意义14
- 1.2 国内外研究现状14-19
- 1.2.1 露天矿边坡工程研究现状14-15
- 1.2.2 边坡稳定性分析方法研究现状15-18
- 1.2.3 边坡加固研究现状18-19
- 1.3 研究内容、方法及创新点19
- 1.3.1 研究内容、方法19
- 1.3.2 创新点19
- 1.4 研究技术路线19-21
- 第2章 边坡工程背景及稳定性影响因素分析21-31
- 2.1 工程概况21-22
- 2.2 工程地质条件22-25
- 2.2.1 地层分布特征22
- 2.2.2 矿区岩体结构类型22-23
- 2.2.3 地质构造23
- 2.2.4 水文地质概况23-25
- 2.2.5 地震烈度25
- 2.3 矿联井口上方边坡稳定性影响因素分析研究25-29
- 2.3.1 岩体结构特征25-26
- 2.3.2 自然营力作用26-28
- 2.3.3 表面植被28
- 2.3.4 开采方式28-29
- 2.4 本章小结29-31
- 第3章 基于极限平衡法的边坡稳定性计算分析31-49
- 3.1 极限平衡法基本原理与方法31-40
- 3.1.1 极限平衡法的简介31
- 3.1.2 极限平衡法的理论基础31-34
- 3.1.3 极限平衡条分法34-40
- 3.2 计算模型建立及安全系数选取40-42
- 3.2.1 SLIDE简介40-41
- 3.2.2 边坡岩土体物理力学参数选取41
- 3.2.3 极限平衡分析方法41
- 3.2.4 安全系数选取及稳定性判断41
- 3.2.5 边坡数值模型的建立41-42
- 3.3 基于SLIDE的边坡稳定性计算分析42-46
- 3.3.1 不同方法对比分析边坡稳定性42-44
- 3.3.2 边坡中破碎风化带参数敏感性分析44-45
- 3.3.3 粘聚力、内摩擦角参数对边坡安全系数的影响45-46
- 3.4 本章小结46-49
- 第4章 矿联井口上方边坡加固设计49-63
- 4.1 锚索在边坡加固中的应用49-51
- 4.1.1 锚索优点49
- 4.1.2 锚索及浆体材料的力学特性49-50
- 4.1.3 锚索在边坡加固中的应用50
- 4.1.4 预应力锚索加固边坡原理50-51
- 4.2 边坡锚索加固设计51-60
- 4.2.1 锚杆索的设计步骤51-52
- 4.2.2 边坡滑坡推力计算52-56
- 4.2.3 锚杆索加固设计计算56-60
- 4.3 辅助治理措施60-61
- 4.4 本章小结61-63
- 第5章 矿联井口上方边坡加固数值模拟分析63-79
- 5.1 数值模拟构件及模拟方案选取63-67
- 5.1.1 数值模拟构建63-66
- 5.1.2 模拟方案的制定66-67
- 5.2 边坡加固前后稳定性对比分析67-74
- 5.2.1 天然状态下边坡稳定性分析67-71
- 5.2.2 加固后边坡稳定性分析71-74
- 5.3 边坡加固优化设计74-77
- 5.3.1 分析锚索不同加固角对边坡稳定性影响74-76
- 5.3.2 锚索加固位置的优化76-77
- 5.4 本章小结77-79
- 第6章 结论与展望79-81
- 6.1 结论79-80
- 6.2 展望80-81
- 参考文献81-85
- 攻读硕士学位期间论文发表情况及科研情况85-86
- 致谢86
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本文编号：804309
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