基于颗粒流法的三友矿区岩质边坡稳定性分析及防治方案研究
发布时间：2021-11-18 07:47
随着我国矿山露天采场的大量建设,采坑边坡稳定性的分析与失稳防治工作日益迫切。本文以河北省三友石灰岩矿区顺层岩质边坡为研究对象,基于颗粒流法,分析了不同节理发育特征因素对岩质边坡破坏模式的影响,并开展了边坡运动过程及破坏机理的数值模拟分析,最后借助数值模拟方法分析了边坡的加固支护效果。论文主要研究内容与成果如下:（1）对研究区进行了野外地质调查,充分掌握了该区的自然地理环境、地质构造等地质条件状况;采用赤平投影法和Sarma极限平衡法对边坡进行了稳定性分析,认为边坡目前处于欠稳定状态,且边坡内尚存在软弱夹层和大型张节理,加之爆破振动荷载等因素影响,边坡容易产生失稳破坏。（2）基于PFC2D程序,采用光滑节理模型,通过弱化岩质边坡中节理处颗粒的粘结强度方式,分析了节理岩质边坡软弱结构面对稳定性的影响。得出了不同节理倾角、贯通度、间距、岩桥倾角、边坡坡角和岩层倾角因素对边坡稳定性和破坏模式的影响规律。（3）通过单轴压缩试验标定了边坡完整岩体细观参数,节理面直剪试验标定了节理力学参数;基于PFC2D程序建立含节理裂隙网络的岩质边坡的模型,通过对模型中...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究区交通位置图
西安科技大学硕士学位论文8图2.2三友矿区卫星影像图（1）气象三友矿区位于北半球，属于暖温带半湿润季风型大陆气候，具有冬季寒冷干燥、夏季炎热多雨的气候特点。矿区冬季多偏西北风，夏季多为偏南风，春秋季节风向多变，冬夏季节冷热明显，年平均气温约11.3℃。由于季风气候的影响，矿区降雨大多集中在7月至8月，年平均降雨量为606.4mm，矿区一般在10月下旬易发生霜冻，霜冻持续平均时长在171~189天，造成的最大冻土深度为0.8m。（2）水文三友矿区内主要河流有沙河、石榴河和陡河，区域分布范围东起雷庄西北部的巍峰山，西至陡河水库南部山区，北自燕山山区，南到冲积平原。由于地貌及构造条件的控制，使开平盆地形成了独特的水文地质特征。沙河为区内较大的季节性河流，流向自北向南并流经矿区东部，干旱时期流量较小甚至干涸。石榴河自北东向南西流经盆地中央发源于三友矿区附近，水源主要来源于周边的煤矿坑道排水及雨季山地坡面流水，雨季泉水从地下涌出使流量大增。陡河有管河和泉水河两条支流，自北向南汇合于双桥附近。三友矿区露天采场区所覆盖的第四系土壤层较薄，岩性多为奥陶系石灰岩，地表基岩多处于裸露及半裸露状态，大气降水对水位变化影响较大，易发生水灾。奥陶系石灰岩水和煤系地层水受大气降水影响和控制，雨季大雨和暴雨对沿石灰岩层间切割形成地表径流、季节性河流及河谷大量灌漏。周边煤矿的长期开采导致矿区内的部分地面出现很多的裂缝和塌陷坑，水流极易通过灌溉的方式沿着地裂缝、裂隙、岩层间隙对石灰岩地下水位进行补给。因此，在降雨之后矿区的水位会迅速回升，在丰水年表现更为明显，奥灰岩溶水在雨季涌水量可增加40％左右，煤系地层水在雨季涌水量可增加50％以上，水位标高可达+45m~70m。在露天开采条件下
2研究区工程地质概况9部分露天采场的区域，但持续时间较短。当水位在+40m水平以下时会造成水害，对矿床开采产生危害。矿区内矿石与围岩皆为碳酸盐岩，属裂隙岩溶矿床，其石灰岩含水层含水较丰富，但因周边煤矿长期排水，使石灰岩地下水位大幅度下降，处于疏干～半疏干状态，水文地质条件较简单。三友矿区的地下水类型基本为裂隙承压水，地下水补给主要来源为大气降雨，同时西北部的陡河水库也有一定的补给作用。2.2矿区地质条件2.2.1矿区地质背景（1）地层与岩性矿区内主要出露的地层为奥陶系、石炭系、二叠系和第四系。石灰岩矿体主要赋存于浅褐灰色的奥陶系上马家沟组中段（O2m22）地层中。奥陶系主要马家沟组、亮甲山组和冶里组。石炭系分为唐山组、开平组和赵各庄组。（2）地质构造及地震①构造单元及褶皱构造矿区地质构造单元为开平向斜北西翼，地层整体走向北东向。矿区内地层受北西向水平侧压力作用变陡，部分地层倒转产生压扭、张扭断裂以及牵引褶曲。矿区构造分布见图2.3。图2.3三友矿区地质构造图经实地调查发现，矿区具备一定规模的断层约20条，走向以NNW~NNE为主，大部分与地层走向垂直，存在水平方向的位移且分布间隔基本相等，少部分与地层走向平
【参考文献】：
期刊论文
[1]强震作用下核安全级反倾层状软岩高陡边坡组合支挡结构抗震性能研究与加固效果评价[J]. 张卢明,周勇,范刚,蔡红雨,董云. 岩土力学. 2020(05)
[2]硬岩矿山开采技术回顾与展望[J]. 李夕兵,黄麟淇,周健,王少锋,马春德,陈江湛,刘志祥,李启月,赵国彦. 中国有色金属学报. 2019(09)
[3]充填节理宏细观锚固破坏机理分析[J]. 张振松,张贤达,王刚,马明,赵程. 中国科技论文. 2019(06)
[4]反倾层状岩质边坡变形破坏的颗粒流模拟研究[J]. 张志飞,贾洪彪,苟青松,李鸿博. 科学技术与工程. 2019(13)
[5]锚固节理直剪力学行为的颗粒流数值分析[J]. 何栋梁,杨伟军,林杭,曹日红,成彦惠. 工程地质学报. 2019(02)
[6]不同形式节理的岩质边坡失稳演化离散元分析[J]. 蒋明镜,江华利,廖优斌,刘笋,王华宁. 同济大学学报(自然科学版). 2019(02)
[7]预应力锚索框格梁加固岩质边坡的数值模拟研究[J]. 吴晓彬,陈芳,林太清. 水利建设与管理. 2019(02)
[8]颗粒流（PFC5.0）数值模拟技术及应用[J]. 石崇,张强,王盛年. 岩土力学. 2018(S2)
[9]岩质边坡稳定性分析及加固设计研究[J]. 覃怡,颜志. 黑龙江交通科技. 2018(08)
[10]顺层岩质边坡锚杆加固机理离散元分析[J]. 蒋明镜,江华利,廖优斌,刘笋. 湖南大学学报(自然科学版). 2018(S1)
硕士论文
[1]半壁山岩质边坡稳定性评价与锚固数值分析[D]. 张媛.河北农业大学 2018
[2]井工开采条件下露天矿边坡稳定性分析及加固设计研究[D]. 刘亚升.青岛理工大学 2013
本文编号：3502500
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究区交通位置图
西安科技大学硕士学位论文8图2.2三友矿区卫星影像图（1）气象三友矿区位于北半球，属于暖温带半湿润季风型大陆气候，具有冬季寒冷干燥、夏季炎热多雨的气候特点。矿区冬季多偏西北风，夏季多为偏南风，春秋季节风向多变，冬夏季节冷热明显，年平均气温约11.3℃。由于季风气候的影响，矿区降雨大多集中在7月至8月，年平均降雨量为606.4mm，矿区一般在10月下旬易发生霜冻，霜冻持续平均时长在171~189天，造成的最大冻土深度为0.8m。（2）水文三友矿区内主要河流有沙河、石榴河和陡河，区域分布范围东起雷庄西北部的巍峰山，西至陡河水库南部山区，北自燕山山区，南到冲积平原。由于地貌及构造条件的控制，使开平盆地形成了独特的水文地质特征。沙河为区内较大的季节性河流，流向自北向南并流经矿区东部，干旱时期流量较小甚至干涸。石榴河自北东向南西流经盆地中央发源于三友矿区附近，水源主要来源于周边的煤矿坑道排水及雨季山地坡面流水，雨季泉水从地下涌出使流量大增。陡河有管河和泉水河两条支流，自北向南汇合于双桥附近。三友矿区露天采场区所覆盖的第四系土壤层较薄，岩性多为奥陶系石灰岩，地表基岩多处于裸露及半裸露状态，大气降水对水位变化影响较大，易发生水灾。奥陶系石灰岩水和煤系地层水受大气降水影响和控制，雨季大雨和暴雨对沿石灰岩层间切割形成地表径流、季节性河流及河谷大量灌漏。周边煤矿的长期开采导致矿区内的部分地面出现很多的裂缝和塌陷坑，水流极易通过灌溉的方式沿着地裂缝、裂隙、岩层间隙对石灰岩地下水位进行补给。因此，在降雨之后矿区的水位会迅速回升，在丰水年表现更为明显，奥灰岩溶水在雨季涌水量可增加40％左右，煤系地层水在雨季涌水量可增加50％以上，水位标高可达+45m~70m。在露天开采条件下
2研究区工程地质概况9部分露天采场的区域，但持续时间较短。当水位在+40m水平以下时会造成水害，对矿床开采产生危害。矿区内矿石与围岩皆为碳酸盐岩，属裂隙岩溶矿床，其石灰岩含水层含水较丰富，但因周边煤矿长期排水，使石灰岩地下水位大幅度下降，处于疏干～半疏干状态，水文地质条件较简单。三友矿区的地下水类型基本为裂隙承压水，地下水补给主要来源为大气降雨，同时西北部的陡河水库也有一定的补给作用。2.2矿区地质条件2.2.1矿区地质背景（1）地层与岩性矿区内主要出露的地层为奥陶系、石炭系、二叠系和第四系。石灰岩矿体主要赋存于浅褐灰色的奥陶系上马家沟组中段（O2m22）地层中。奥陶系主要马家沟组、亮甲山组和冶里组。石炭系分为唐山组、开平组和赵各庄组。（2）地质构造及地震①构造单元及褶皱构造矿区地质构造单元为开平向斜北西翼，地层整体走向北东向。矿区内地层受北西向水平侧压力作用变陡，部分地层倒转产生压扭、张扭断裂以及牵引褶曲。矿区构造分布见图2.3。图2.3三友矿区地质构造图经实地调查发现，矿区具备一定规模的断层约20条，走向以NNW~NNE为主，大部分与地层走向垂直，存在水平方向的位移且分布间隔基本相等，少部分与地层走向平
【参考文献】：
期刊论文
[1]强震作用下核安全级反倾层状软岩高陡边坡组合支挡结构抗震性能研究与加固效果评价[J]. 张卢明,周勇,范刚,蔡红雨,董云. 岩土力学. 2020(05)
[2]硬岩矿山开采技术回顾与展望[J]. 李夕兵,黄麟淇,周健,王少锋,马春德,陈江湛,刘志祥,李启月,赵国彦. 中国有色金属学报. 2019(09)
[3]充填节理宏细观锚固破坏机理分析[J]. 张振松,张贤达,王刚,马明,赵程. 中国科技论文. 2019(06)
[4]反倾层状岩质边坡变形破坏的颗粒流模拟研究[J]. 张志飞,贾洪彪,苟青松,李鸿博. 科学技术与工程. 2019(13)
[5]锚固节理直剪力学行为的颗粒流数值分析[J]. 何栋梁,杨伟军,林杭,曹日红,成彦惠. 工程地质学报. 2019(02)
[6]不同形式节理的岩质边坡失稳演化离散元分析[J]. 蒋明镜,江华利,廖优斌,刘笋,王华宁. 同济大学学报(自然科学版). 2019(02)
[7]预应力锚索框格梁加固岩质边坡的数值模拟研究[J]. 吴晓彬,陈芳,林太清. 水利建设与管理. 2019(02)
[8]颗粒流（PFC5.0）数值模拟技术及应用[J]. 石崇,张强,王盛年. 岩土力学. 2018(S2)
[9]岩质边坡稳定性分析及加固设计研究[J]. 覃怡,颜志. 黑龙江交通科技. 2018(08)
[10]顺层岩质边坡锚杆加固机理离散元分析[J]. 蒋明镜,江华利,廖优斌,刘笋. 湖南大学学报(自然科学版). 2018(S1)
硕士论文
[1]半壁山岩质边坡稳定性评价与锚固数值分析[D]. 张媛.河北农业大学 2018
[2]井工开采条件下露天矿边坡稳定性分析及加固设计研究[D]. 刘亚升.青岛理工大学 2013
本文编号：3502500
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/benkebiyelunwen/3502500.html
