我国90%的铁矿以及46%的有色金属矿山均采用露天方式开采,露天开采在我国的矿山生产中起到了越来越重要的作用。随着露天开采技术和设备的不断发展,矿山数量和开采规模都不断增大。矿山由露天地表开采开始转向深凹开采,形成的人工边坡越来越高,边坡发生破坏的风险和破坏规模也会随之增大。因此,露天边坡的稳定性已经成为矿山露采的重要问题之一,需要采用科学的方法对矿山边坡的设计方案进行稳定性论证,保证矿山安全高效生产。对于一般大型深凹露天矿,边坡角在30°～60°范围内每加陡1°,剥离量能够减少3.43～3.91%。但是边坡角过大,也会给边坡带来不稳定问题,容易发生边坡变形、破坏等现象,威胁露天矿采人员及设备安全。因此,需要在边坡稳定性分析的基础上进行边坡优化,合理解决边坡稳定性和减少剥离量的矛盾,在保证矿山安全作业的同时又为矿山创造经济效益。青海松树南沟金矿属于典型的岩浆矿床矿区,基岩完整厚大。由于矿体位于山体内部,矿区工程、水文地质条件简单,适合大规模露天开采。在青海松树南沟已有勘察资料和现场调查的基础上,采用集成了不同研究方法的边坡稳定性评价体系对矿山边坡稳定性进行了系统全面的分析评价,分析了矿区内的土质边坡、岩质台阶边坡和整体边坡的主要影响因素。在稳定性分析的基础上,对边坡设计中不同的参数进行针对性的优化,并最终实现了矿山边坡优化的系统研究。主要研究内容及研究成果如下：(1)通过分析松树南沟矿区已有资料和现场调查结果,得到了矿区地质构造、工程地质和水文地质条件、矿山设计参数,矿区已有破坏情况等,总结了矿山边坡稳定性的主要影响因素,研究了矿区边坡的主要破坏类型。通过室内试验和工程勘察资料,确定边坡稳定性分析和优化的计算模型和参数。矿山位于北祁连加里东褶皱带南缘靠近大坂山深大断裂,此断裂以南为中祁连山前寒武纪中央隆起带,基本地震烈度为Ⅶ度。在矿区西南高边坡内分布有一个大型的断层,断层倾向与坡向相反,对边坡稳定性影响较大,需要重点研究。区内地势南高北低,最高海拔为3900m,一般在3450-3800m之间,相对高差一般为200～400m。降水对矿山边坡影响极小,可不考虑暴雨对矿区边坡稳定性的影响。矿区主要以台阶局部破坏为主,破坏的主要控制因素为各类小型结构面。矿区主要破坏有平面滑动、楔形体破坏以及倾倒破坏三类,楔形体破坏是矿区最主要的破坏类型。(2)总结了各类影响边坡稳定性的因素以及边坡的破坏类型,并分析了金属露天矿山边坡常见的破坏形式。比选已有边坡稳定性分析方法,选择适合松树南沟矿区高陡边坡稳定性的分析方法,建立了稳定性评价体系。采用极限平衡法计算土质边坡稳定系数；采用赤平投影法分析岩质台阶边坡的局部破坏情况；利用FLAC3D及ANSYS数值模拟软件,建立矿区三维模型,计算得到开挖及地震作用下矿山应力场和应变场分布情况,利用强度折减法计算边坡稳定系数,研究整体边坡的稳定性。(3)采用松树南沟露采高陡边坡稳定性评价体系对矿山边坡稳定性进行评价。①矿区的土质边坡极少,主要分布于矿山的第一级台阶上。利用slide软件分析可知,土质边坡在自然状态和地震作用下的稳定系数均小于安全系数,需要对边坡参数进一步的优化。②通过分析矿区三维模型计算结果,在自然状态和地震作用下边坡处于稳定,大体积的开挖不会导致边坡整体破坏。③通过分析边坡坡顶位移和坡脚应力状态,开挖对坡脚的最大和最小主应力产生相同的变化,其中对最大主应力大小的影响更大。与自然状态相比较,在地震的作用下,位移的变化幅度最大,其次是最大主应力,变化幅度最小的是最小主应力。④采用强度折减法计算出矿区典型剖面的稳定系数。边坡在自然状态下的稳定系数为1.95,在地震作用下的稳定系数为1.6,无断层情况下的稳定系数为2.05,整体大边坡的稳定性满足要求。⑤矿区台阶边坡的局部变形破坏是不可避免的。其中1区作为矿山高差最大的边坡,也是岩质台阶边坡破坏类型最丰富的一个地质分区。根据矿山边坡可容许台阶边坡发生小规模破坏的特点,在对整体边坡设计参数影响不大的基础上,可以通过优化台阶边坡参数来降低边坡局部破坏的程度,确保矿区安全高效开采。(4)分析了矿山边坡设计参数对边坡稳定性的影响,并针对不同的设计参数采用不同的优化方法进行边坡优化。矿山的边坡设计参数主要有台阶边坡高度、台阶坡面角、平台宽度以及台阶的组合形式四个要素,并且这四个要素最终决定了大边坡的形态和坡角。对于同样的组合台阶坡面角,增大清扫平台的宽度,即减小安全平台宽度,能够降低矿山的剥离量。在矿山边坡稳定性分析的基础上,采用极限平衡法对士质边坡的边坡角进行优化分析,利用改进的楔形体定性分析方法对结构面产状进行分析并优化了岩质台阶坡面角,利用数值模拟对整体边坡的33个优化方案进行计算分析,最终获得了松树南沟矿区的边坡优化参数。通过地震工况的优化分析以及自然状态下边坡稳定性验算,土质边坡最优边坡角为43°。通过计算分析得到了矿区岩质边坡(Ⅲ区边坡除外)的最优设计参数：3830m以上的安全平台宽度为3m,清扫平台宽度为12m,台阶坡面角为65°；3830m以下的安全平台宽度为3m,清扫平台宽度为10m,台阶坡面角为70°。矿山边坡优化方案有效的减少了矿山的剥离量。矿山边坡设计参数对矿山开采的生产安全和经济效益有极其密切的关系。建立矿山边坡稳定性评价体系,系统地评价边坡的稳定性,并对边坡设计参数进行优化是十分必要的。本研究能够为矿山的安全生产和提高矿山经济效益提供有力的依据,同时为工程地质条件相似矿山的设计提供参考。