抚顺西露天矿开采始于1901年,目前已形成东西向长度约6.6km,南北向宽度约2.2km,深度约420m的“亚洲第一大坑”。由于百余年来的高强度开采,引发了露天矿边帮不稳定,发生过不同规模的滑坡、崩塌及地裂缝等地质灾害,历史上有记录的滑坡多达90多次。目前,西露天矿南帮边坡出现特大滑坡险情,经工程地质勘查,该滑坡南北向纵长1.5km,东西向横宽3.1km,滑面深度大于100m,总体积约3亿立方米,为特大型岩质深层滑坡。由于抚顺西露天矿南帮滑坡分布范围广,且滑坡周边有正在生产的西露天矿、多家企业及众多居民,一旦成灾,将造成巨大的人员伤亡和财产损失。因此,开展西露天矿南帮滑坡地质模型、变形失稳模式及预测预报研究工作是非常必要的。本文依托“抚顺西露天矿南帮滑坡体E400、E1200监测剖面稳定性评价及滑动时间中短期预报”、“抚顺西露天矿南帮滑坡结构面中型剪切与声波测井试验”和“抚顺西露天矿南帮滑坡评价研究”三个课题,对抚顺西露天矿南帮滑坡进行滑动机制及破坏时间预测预报研究。本文首先采用滑坡变形特征调查、勘察和变形监测等几种工作手段,查明了西露天矿南帮滑坡地质环境条件,确定了滑坡的形态特征、结构特征及物质组成特征,构建了滑坡地质模型。根据综合监测系统的监测结果,分析滑坡的变形特征,对滑坡进行危险性分区及变形阶段划分,并结合滑坡宏观变形迹象对其破坏机制进行探讨。其次,通过分析滑坡发展趋势及滑坡破坏时间,提出滑坡长期和中短期预测预报模型和判据,建立了抚顺西露天矿南帮滑坡预测预报系统。最后对分散的滑坡多源数据进行集成研究,建立了抚顺西露天矿南帮滑坡地质多源数据综合集成系统,不仅提供了滑坡地质条件、监测数据和预报成果综合集成功能,还可以以动态发布网页的形式向用户提供滑坡变形监测数据、曲线及预测预报结果。主要取得如下研究成果:1.抚顺西露天矿南帮滑坡区域地质环境条件研究。西露天矿南帮地形相对高差大,南帮岩层倾向与边坡倾向方向较为一致,整体呈顺向层状结构。南帮出露地层主要为凝灰岩、玄武岩以及分布于其中的软弱夹层,下伏基岩为花岗片麻岩,玄武岩岩体中软弱结构面及花岗片麻岩和玄武岩不整合接触面(古风化壳)构成潜在滑动面。潜在滑动面倾角大于南帮坡角,构成“隐伏型”顺向坡。f5和f3-1断层构成了滑坡体的东侧和西侧边界。岩体节理裂隙和软弱结构面发育,地下水与地表水联系密切。2.抚顺西露天矿南帮滑坡变形特征研究。根据滑坡地面巡查中各部位变形特点及工程地质勘查的工作成果,结合变形监测中水平位移、垂直沉降的差异性,以e600测线(矿区坐标)及f5-3断层为分界,将整个南帮滑坡分为东、西两区,东区变形速率小于西区,通过对分区内监测点的二维位移矢量及滑坡整体三维位移矢量场的研究,掌握了滑坡的空间变形特性。结合监测点位移和速率时间曲线特征,将滑坡变形演化过程分为4个阶段:初始变形阶段(2010年8月~2012年8月6日),等速变形阶段(2012年8月7日~2013年3月17日),加速变形阶段(2013年3月18日~2014年3月9日),稳定压密变形阶段(2014年3月10日至今)。3.抚顺西露天矿南帮滑坡滑动机制研究。该滑坡变形破坏模式为“滑移-弯曲”型。在2009年以来坑底露采开挖扰动作用下,采坑加深、加宽过程中切断了某一层面,使岩体处于临空状态,破坏了原始岩层的自然状态。在重力作用下,中上部坡体沿着层间软弱夹层产生顺层滑移,在地表形成陡坎和地裂缝;上部岩体对下部岩体有较大的推力作用,上部岩层的推力作用促使坡脚处岩层发生弯曲变形而破裂,使底部岩体发生剪切破坏形成了新的软弱结构面,从坡脚剪出,从而形成上部顺层、下部切层的大规模滑坡。4.抚顺西露天矿南帮滑坡长期预测预报研究。结合西露天矿南帮滑坡基本特征及变形特征,采用极限平衡法(包括萨尔玛法、简布法和不平衡推力法)和层次分析-模糊综合评价法,借助vc++、matlab程序语言,开发了抚顺西露天矿南帮滑坡长期预测预报系统。极限平衡法计算结果和模糊综合评价法得出的评价结果有较好的一致性,滑坡处于不稳定状态。5.抚顺西露天矿南帮滑坡中短期预测预报研究。本文提出两种全新的中短期预测预报模型,分别为数学模型和物理模型,借助vc++、matlab程序语言,开发了抚顺西露天矿南帮滑坡中短期预测预报系统,该系统由数据预处理模块及中短期预测预报模块构成。基于滑坡加速变形阶段的位移监测数据,利用该预报系统进行预报,通过对两个模型结果进行综合评判,得出滑坡预报滑动时间为2014年3月8日。将预报结果进行显著性检验,并与滑坡实际破坏时间进行对比,发现预报误差在允许范围内,说明成功地预报了此次特大型滑坡。且由上述两种模型各自所得的预报结果与滑坡实际破坏时间亦十分接近,说明这两个模型能有效地反映了大型深层岩质滑坡变形特征和变化趋势,具有较强的适用性和可靠性,能够用于实际的滑坡预测预报中。6.抚顺西露天矿南帮滑坡地质多源数据综合集成系统研究。通过系统分析、总体设计完成滑坡监测数据和预报成果管理平台框架结构,并且专门进行了基于Google Earth的滑坡三维空间展示平台的设计,将研究得到的web管理平台和空间数据库集成于一体,构建出抚顺西露天矿南帮滑坡地质多源数据综合集成系统。该系统具有三维可视化、地质数据与地标关联、数据库连接等功能,不仅提供了滑坡位置信息、地质条件、变形迹象信息、监测数据和预报成果综合集成功能,还可以将滑坡变形监测和预测预报情况以动态网页形式发布,实现了抚顺西露天矿南帮滑坡数据查询、显示和管理功能,为滑坡研究专业人员及相关工作者提供了一个良好的平台。