随着我国的经济建设的高速发展,基础建设与资源开采的规模不断扩大,随之也面临着大量的工程地质问题。尤其是在各类矿山的开采过程中,往往会形成大规模、工程地质条件复杂的高边坡,这些高边坡由各种不同类型的结构面切割组合形成各种不稳定块体,往往也正是由组成高边坡的这类块体决定了矿山边坡的稳定性。块体是由结构面与完整岩石组合而成的复杂综合体。边坡内的各种块体的稳定性主要是其内部岩石以及组成块体的各类结构面强度所决定的,同时岩体内结构面的不同组合方式,也会对边坡中块体的稳定性造成不利的影响。对边坡块体结构组合特征、强度参数及稳定性的研究是进行岩体工程力学性质评价与稳定性分析的重要环节。本文以塘垭石灰石矿山露采高边坡岩体为研究对象,对边坡块体的结构特性进行了系统研究。在经过研究区现场的工程地质调查和收集了区域内相关的地质资料的基础上,利用DIPS软件对各结构面参数进行统计,并根据各结构面的发育规模进行结构面分级;利用赤平投影法来分析各结构面之间的的切割关系,描述各块体的状态;利用Swedge软件计算矿山边坡中各类体的浅层定位块体的稳定系数,并利用蒙特卡罗模拟法计算各浅层块体的失稳概率;利用3DEC数值模拟软件模拟开挖对边坡深层块体的稳定性的影响,最后对边坡内各块体进行综合评价。本文的研究内容如下:1)边坡地质条件研究:详细介绍了研究区的地质环境概况主要包括区域地质背景、气象水文、地形地貌、地层岩性、岩土体特征、地质构造、水文地质条件、岩石物理力学参数。分析矿山边坡的变形破坏特征,其目的是查清本文所研究塘垭矿山边坡的基本地质条件及破坏模式,发现矿山边坡中存在平台下沉与滑移、块体的变形、局部平台坡肩掉落等三种破坏模式,其中块体的变形尤为严重。2)矿山边坡结构面研究:根据对塘垭矿山各结构面的研究,对结构面进行统计分析,共发现大断层4条,裂隙性断层7条,层间错动带23条,裂隙21条,按结构面发育规模进行分级,分为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三级结构面,这些结构面组合各类块体共13个,其中浅层块体12个,特大深层块体1个。3)块体组成及分布:(1)随机块体:节理裂隙切割形成的而随机块体体积一般在100m~3以下,少数为100m~3-150m~3。各随机块体一般埋深在2-7m,多为单面滑动,稳定性安全系数都在3.0以上,随机块体稳定性较好。(2)通过地质调查,定位边坡中存在的浅表层块体,利用赤平投影描述各块体的稳定性现状,发现边坡中存在12个浅层块体,12个浅层块体中有3个不稳定块体,4个较稳定块体,5个稳定块体,其稳定性主要由结构面的性状及力学强度控制。(3)通过现场调查结合赤平投影分析,发现边坡中存在一个特大深层块体,发育于1076-1118m平台高程,宽200m,厚度一般15-40m,最大厚度(滑面埋深)41.62m,方量为43.94万方。底滑面为软弱层间错动带S2,以T1、T18、T19、T4、T5等反倾长大裂隙或裂隙性断层联合构成后缘切割面,块体北侧切割面为F1,南侧切割面为F4。目前深层块体的稳定性较好,随着边坡的进一步开挖,深层块体会因为自重作用发生小量的位移,但总体稳定性较好。4)边坡块体稳定性影响的因素分析:影响边坡块体稳定性的因素有:块体形态、结构面粗糙度、结构面连通率、结构面的填充特征、降雨与地下水、地震与爆破振动。其中影响边坡块体稳定性的主要因素为结构面填充特征;最不利影响因素为结构面的连通率及粗糙度;最活跃影响因素为爆破振动。5)块体稳定性分析(1)利用Swedge软件对边坡各浅层块体进行稳定性计算,发现其中三个不稳定块体的稳定性系数小于1,4个较稳定块体的稳定系数大于1小于1.25,5个稳定块体的稳定性系数大于1.25。不稳定块体不稳定的主要原因是,构成块体的结构面强度较低,导致块体易发生滑移破坏。(2)利用蒙特卡洛原理对12个浅层定位块体进行稳定性可靠度分析,计算各块体的失稳概率,发现其中三个不稳定块体的失稳概率大于10%,占边坡块体总数25%,4个较稳定块体的失稳概率小于10%但大于5%,占边坡块体总数33.3%,5个稳定块体的失稳概率小于5%,占边坡块体总数的41.7%,说明边坡块体发生破坏的概率较低。(3)利用3DEC离散元软件,对边坡的分级开挖进行数值模拟,研究边坡深层块体的形成过程及开挖过程中的应力应变情况,以及后续开挖对深层块体稳定性的影响,发现目前深层块体在第一阶段开挖,出现底滑面应力集中现象,通过位移监测,深层块体发生小量位移,深层块体有滑移的趋势,但任处于稳定状态,随着二阶段开挖的进行,深层块体的位移有少量增加,主要是自重作用引起的,开挖对深层块体并未造成太大影响,但依旧是稳定的;随着三阶段开挖,块体由于自重作用,发生少量位移,开挖对块体稳定性无太大影响,块体依旧处于稳定状态。