露天矿边坡稳定总结2

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。二、边坡工程地质工作程序：三、1、区域地质背景；四、2、矿区地质构造；五、3、露天矿现采场边坡工程地质条件；六、4、露天矿最终采场边坡工程地质条件；七、5、露天矿边坡工程地质分区。三、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）。第五章边坡稳定性计算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、边坡稳定表示方法滑力下抗滑FFFs当Fs1，滑坡当Fs=1，极限平衡当Fs1，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FS4、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：0TNWWTNHVW68°α17°β323Zω419,56ZUtan)sincos(cossinVUWCAVW1csc)(21ZHzUww)}(cot)(21]coscoscsc)[(coscsc){(21ZHZHHHZHZHW}cotcot])/(1{[2122HZH221wwzV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：)}1cot(cotcot])/(1{[2122HZHW下滑力抗滑力ncossintan)sincos(VWVUWCA20°β52°φUVW345,26421,86670,6EA*CSgACFFstanNFsintancossinCHWW)sin(sinsin22HWsin)tancos)(sinsin(2HCcos/)sin(tancossincossin)sin()sin(2HC)cos()sin(cossin2CH0ddH)(sin)(sin)]cos()sin()cos()[sin(sincos222CddH最后解得：（最危险滑面倾角）（排土台阶，土边坡，锡盟地区）α45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)(21ertancossin9090WCAW902cot2HW＝90sinHA＝tancoscot2sinsincot2909029090902HHCH＝tansincos2sincos290909090HCH＝24590＝)245cot(490rCHcos1sinsincos12cotsincos1cos1sin2tan)245tan(490rCH)cos()sin(cossin2CH)(21c)cos(1cossin4CHcsin1cos4CHc)245tan(4CHc)sin(csccos290CH垂直边坡极限高β0°90°圆弧滑面崩落平面滑面90900H24590＝1tantansintancosWWFs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αβ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：csc)(tancossinZHCWW}cotcot])/(1{[2122HZHWsincsc)(tancosWZHCWFsβαWbzH下滑力抗滑力sin}cotcot])/[(1{21csc)(tancot22HZHZHCtancotsin}cotcot])/[(1{21csc)/1(2HZHHZC)cos/1(HZPsin}cotcot])/(1{[2HZQtancot2QPHCFsHZ/ddQQFsddPPFsddFsQHCPFs12cscddP22QPHCQFssincot2ddQ0ddFs0tancot1222/))tancot1(442(tancot1)tancot1(HZe222}sin]cotcot)1{[(}sincotcos)1(2]cotcot)1{[(2HCddFs3、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/m3c=500－1000KPaφ=40度断层c'=0－30KPaφ'=18度2、滑动模式经分析确定为平面滑动3、稳定性计算：tantanHZcHbc)tancot1(HZctantan)tancot1(HHHbcrtantan)tancotHHcottan1tancot2HHcotcotcotHH)cotcotcot(H)cotcotcot(Hbc)]70(90cos[sintan)]}70(90sin[cos{2PWClPWFs)70sin(sintan)]70cos(cos[2PWClPW70sin22wwlP)70sin(231llW)70sin(70sin2073l)70sin()sin(31ll)70sin()70sin(32ll