露天矿边坡稳定性问题一直是岩土工程领域的一项重要课题,也是涉及矿山企业效益利润与安全高效生产的重大难题。金属与非金属硬岩露天矿山中急倾斜矿体较多,矿体的埋藏条件决定了露天矿边坡的高陡形态。岩体是含有断层、节理等结构面的多裂隙复杂介质,伴随着矿山几十年服务期内的爆破开挖、采矿卸荷作用而质量逐渐劣化,岩体内各点次生应力场的频繁变化调整,节理裂隙可能进一步扩展,导致岩体损伤逐渐增加,开挖扰动对岩体的影响不仅表现为空间上的变化,而且一直伴随着露天采场的下降延伸,具有卸荷意义上的时间效应,是一个不可逆的过程。多裂隙工程岩体的变形及强度理论是岩体力学研究的核心问题,也是非常复杂的难点问题。结合鞍钢大孤山露天铁矿的生产实际,综合应用损伤力学、Monte-Calo随机抽样技术、Hoek-Brown强度理论、Rosenblueth概率矩点估计原理、能量守恒定理和尖点突变等多项理论和方法,对露天矿节理岩体高边坡卸荷损伤与能量突变进行了系统研究,论文的主要成果如下:(1)对大孤山露天铁矿下盘混合岩边坡进行现场勘测与模糊C均值聚类优化分析,确定了岩体2组优势节理组的倾向、倾角、迹长和密度等参数的随机分布特征。应用Monte-Calo模拟技术重构了边坡岩体三维节理网络,并获得了初始损伤张量的概率分布类型与随机参数。(2)通过室内三轴加卸载试验获得了混合岩在高低围压条件下的卸荷力学特性及能量耗散特征,并应用声发射定位技术得到了其卸荷破坏过程中内部细观损伤的演化过程。卸荷破坏超过70%的耗散能均损失在最后加速变形破坏阶段,卸载变形阶段耗散的能量仅20%左右,而加荷破坏约70%左右的能量耗散发生在加载变形阶段,而在加速破坏阶段耗散的能量不足30%。(3)建立了应用节理岩体Kawamoto损伤张量与采动损伤演化模拟来确定扰动系数的分析方法,获得了采动卸荷损伤条件下具有时空变异特征和各向异性的露天矿边坡节理岩体强度,使得节理岩体强度分析时所考虑的因素更全面客观。通过采动损伤模拟获得了大孤山铁矿西南帮下盘边坡节理岩体强度与变形参数的时空演变与各向异性的分布规律。从露天矿开采的时间发展序列来看,随着采深增加,边坡岩体卸荷损伤逐渐加大。空间上则表现为离坡面越近,卸荷损伤越大,局部岩体可能发展至完全损伤状态,但尽管采动引起的应力卸荷效应范围较大,而导致节理开裂扩展、损伤增加的范围却较小,剧烈变化区仅限于距坡面50 m左右范围,而距坡面100 m处的扰动系数仅略有变化。坡面附近岩体的损伤状态受局部台阶边坡结构影响,与局部边坡的潜在剪切滑移带相关。(4)应用Rosenblueth概率矩点估计原理分析确定了边坡岩体损伤张量均值矩阵与标准差矩阵,并基于Hoek-Brown强度参数m、s与岩体质量分类指标GSI的经验关系,应用Monte-Calo随机抽样技术获得了考虑采动卸荷与概率损伤效应的露天矿节理岩体随机强度。进行了考虑采动卸荷与概率损伤效应的露天矿节理岩体边坡的可靠性分析。总体边坡与局部边坡的中心安全系数与可靠指标均表现为随采场逐渐下降而降低的变化趋势;-222 m～-402 m局部运输平台边坡的可靠性的分析结果表明,在计算边坡高度不变的条件下,应用考虑岩体采动损伤的时空变异性随机强度,可以得到伴随采场下移可靠性动态下降的客观变化特征。(5)基于能量原理,分析了露天矿节理岩质边坡弹性应变能、重力势能、动能、耗散能的变化规律,利用尖点突变理论,建立了考虑边坡损伤时空演化的节理岩体边坡失稳的能量判据。阐释了露天矿节理岩体边坡在采动条件下变形破坏的能量演化机制。应用耗散能尖点突变理论获得的边坡安全系数与极限平衡Janbu法基本一致。(6)大孤山铁矿二期扩境剥采岩石条带从-114m下降至-210m时,矿山胶带运输系统-114m翻卸破碎平台边坡在断层与节理岩体卸荷损伤的综合影响作用下,出现了平台开裂与下沉的失稳破坏迹象,应用采动损伤、能量演化和尖点突变等理论与方法对这一过程进行了分析验算,得到了与现场工程实际基本一致的结果。