露天矿边坡稳定总结.docx

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露天矿边坡稳定总结

据弹性理论：

　　每次大的深部构造运动都会导致产生新的应力状态

　　水平应力=上覆岩层重力×侧压应力系数

构造应力场内：

自重应力

　　　水平应力

　　　铅直应力

李四光《地质力学理论》

非洲测得：

水平应力是铅直应力的2.6倍

2.6其他因素影响

一、露天矿存在年限

具体讲应指边坡服务年限

时间长，岩体强度减弱大，稳定系数大些

二、边坡形状

　　凹形：

侧向阻力大，稳定性好

　　凸性：

侧向阻力小，稳定性不好

　　但凸性边坡剥离量最小，经济合理

三、地形荷载：

外排土场就近位置

　　推进方向（工作线）破坏岩体完整性，引起边坡滑落

总之，因为边稳固什么很多，尚待研究。

3—1边坡工程地质工作程序

一、边坡工程工作主要任务：

1、搜集影响边坡稳定性的各项因素；

2、分析边坡岩体的稳定性：

—查明岩体中结构面分布及岩性变化；

—分析潜在滑面；

—建立滑动模式。

2、边坡工程地质工作程序：

3、1、区域地质背景；

4、2、矿区地质构造；

5、3、露天矿现采场边坡工程地质条件；

6、4、露天矿最终采场边坡工程地质条件；

7、5、露天矿边坡工程地质分区。

3、露天矿边坡各阶段的工作内容

-矿山地质勘探报告；

-露天矿设计阶段；

-投产以后岩层暴露。

1、岩性分布；

2、地质结构面分布

3、出水点；

4、采掘台阶现状；

5、工程地质分区及剖面线；

6、岩石力学试验取样地点

3—2岩体结构面的调查

主要调查节理、岩层面产状、密度。

方法：

地面测量；钻孔。

一、结构面地面调查（表3-1为调查内容）

二、钻孔定向取芯，主要是探明深部的不利结构面。

（一）岩芯定向三个要素：

倾向、倾伏角、围岩轴

线（旋转的某一基准线）。

第5章边坡稳定性计算

5.1概述

一、边坡岩体内部分析

1、有两种运动

　a、相对静止：

边坡稳定

　b、显著变动：

滑坡（变动非常复杂）

2、滑坡原因

　a、驱动滑坡因素

荷载

震动

水

构造应力

温差应力

b、抗滑能力

　岩体强度

二、露天采场边坡

1、高大边坡

2、暴露岩层多

3、地质构造面纵横交错

4、水文及工程地质条件复杂

　因此，边坡随时监控调整，合理的边帮角只能最终评价。

三、目前研究现状及任务

1、土体边坡稳定研究，解决岩石边坡有许多问题

2、露天边坡稳定计算任务

a、验算已有边坡的稳定性，以便决定是否采取防护措施，并作为防护设施设计的依据。

b、设计露天矿合理边坡角，在已知开采深度，设计既经济合理又安全的边坡角。

c、边坡的技术原理

Ⅰ、到界边帮台阶的减震爆破

Ⅱ、防排水

Ⅲ、伞檐处理

　　管理不善，缓坡可能滑坡，管理好陡帮也可能安全（例如平装西露天矿）结合生产工艺　　　

3、经验法选取边帮稳定角

　爆破<40度金属矿<50度

4、边坡稳定表示方法

当Fs<1，滑坡

当Fs=1，极限平衡

当Fs>1，稳定。

保守起见:

=1.1－1.5，多数取1.3。

根据边坡服务年限选取不同值

四、本章研究内容：

1、确定边坡岩体内最危险区

2、分析区内的全部作用力

3、求FS

4、判断稳定程度

5.2计算基础及方法分类

一、边坡稳定分析步骤

1、确定滑面

2、分析滑面上的作用力及反作用力，建立平衡条件

二、计算方法

1、刚性极限平衡法

①、将滑体视为刚体

②、滑体的位移是剪切破坏

③、滑体在滑面上的平衡条件，应用滑块在斜坡上的平衡原理

2、有限元法

3、概率法

5.3平面滑面计算法

　边坡沿某一倾斜面滑动，发生在以下条件：

1、滑面走向与边坡走向平行或近于平行（）度左右

2、滑面出露在坡面上，二者相交在坡面上

3、滑体两侧有裂面，侧阻力小（略）

一、边坡内有确定的滑面及垂直裂隙

（一）、数学分析法

　　设：

1、岩石不透水，垂直裂隙渗入，流经滑面自坡面逸出，水的压强呈线性分布。

　　2、滑体重力W，水压U及V均通过滑体重心不产生力矩，滑体无转动，则滑体稳定条件为：

当断裂出露在坡顶时：

当断裂出露在坡面时：

边坡的稳定程度，以稳定系数表示，抗滑力与滑动力之比：

C=0

（二）矢量法

　　　力多边形封闭为平衡状态

　　　步骤：

　1、绘铅直重力矢W，比例自选

　2、接W之首绘V矢，与W方向垂直

　3、接V之首绘U矢，与铅直方向成β角

　4、接U之首绘反力矢N，与铅直方向与U同

　5、求封闭力矢S，其方向平行滑面，指向与滑动方向相反。

　　自W之尾绘线，使其平行滑面，并与N矢相垂交，便是所求平衡抗力S。

抗力中摩擦阻力

　接U绘拐角φ，在S线上截取便是

稳定系数：

　二、边坡内无确定的滑面，最危险滑面位置可分析求得

1、滑面临界倾角（不计U、V）

平衡方程：

又由于：

故：

或：

令：

最后解得：

（最危险滑面倾角）（排土台阶，土边坡，锡盟地区）

α<45度多为圆弧滑坡，

坡角较大时，多为平面滑面

2、直立边坡的临界高度：

当边坡垂直时，α=90度

所以：

带入整理后得：

应用公式：

教材中：

方法二：

5－7式将代入上式可得：

对于垂直边坡时，α=90°：

把α=90°代入5－7式：

以上绘制曲线图5－6：

说明：

1、垂直边坡的高度大于上式值时，岩体自重力足，

以使边坡产生剪切破坏，滑坡。

2、小于上式值时，处于弹性应力状态，不发生剪切位移。

3、任意边坡滑动时，剪切面仅在距坡顶一定的深度即以下方能产生，以上岩层成为弹性层，它的破坏呈拉断。

　抗拉强度小于抗剪强度

4、当边坡体内某局部开始达到塑性变形，而远未形成滑坡之前，坡顶处便首先出现

垂直张裂隙，往往称作为滑坡的前兆特征，用来预报即将发生滑坡。

存在最小的极限高度，相对应的弱面倾角为：

当C=0时，张性断裂时，岩石坚硬：

极限平衡

说明：

当C趋于0时，滑面被较陡的坡面切割，而沿滑面的摩擦角又小于滑面倾角时，

即：

，则可能产生滑坡，与坡面和坡角无关（在α>β时而言）,此时为增加边坡稳定性,减少坡高和削坡是无益的,只有沿滑面削掉或机械加固，煤矿多见此种例子。

三、边坡内无确定的拉张裂缝，其最危险的位置可分析求得

1、滑体稳定系数

将

带入上式

2、拉张裂缝的临界高度

　　　解Fs的极限值（最小化）

　　　不考虑水的因素，一般采用减弱系数法处理，分步微分法

设：

求Fs极值，设，用分步微分法：

令

又知：

，，

令：

得：

3、滑体临界顶宽

　　　从图中求：

代入上式：

四、实例分析

1、条件：

已知某矿坡高382m，坡角42度，断层倾角70度（弱面），宽度5m，求解①：

Fs，②：

坡角

岩体力学性质：

　　闪长岩：

　　　γ=27KN/m3

　　　c=500－1000KPa

　　　φ=40度

　　断层c'=0－30KPa

　　φ'=18度

2、滑动模式

　　经分析确定为平面滑动

　3、稳定性计算：