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节理岩质边坡的稳定性与边坡岩体中的不连续面的关系密切,如节理、裂隙、断层以及软弱夹层等,这些结构面纵横切割,使得岩体的性质与完整岩石有很大的区别,因此开展节理岩质边坡稳定性分析的研究十分必要。
本文以山达克铜金矿露天采场岩质边坡为工程背景,结合矿区基本地质调查资料和岩体结构面的统计资料,使用量纲分析法、基于连续介质离散元法(CDEM)和灰色关联分析方法对影响节理岩质边坡稳定的各因素进行了敏感性分析。根据敏感性分析结果,重点考虑节理弱面对边坡岩体的强度及稳定性的控制作用,使用CDEM研究了不用结构类型边坡的变形规律。为了得到工程界普遍接受和认可的安全系数,本文将仿生学蚁群算法引入到岩体边坡稳定性分析中,使用该启发式搜索算法来搜索边坡最危险滑裂面,并计算安全系数,对边坡稳定性做出评价。
主要研究内容包括以下几方面:
(1)根据矿区地质、水文勘察资料和现场踏勘资料,对矿区边坡的工程地质特性进行简要的归纳和描述,为边坡岩体结构面分级和获取优势结构面提供初步的感性认识。
(2)结合现场踏勘资料,统计总结了采场边坡各安全平台坡面的节理裂隙分布和延伸情况。采用赤平极射投影法划分边坡岩体的优势结构面,为后面的边坡稳定性分析计算提供必要的参考。
(3)以山达克铜金矿矿区地质条件为基础,按规模和性状将采场边坡结构面划分为三个等级。根据岩体的结构特征、结构面的产状与采场边坡方位的空间组合关系,总结出边坡岩体的结构类型,同时分析了采场边坡潜在的破坏模式,为边坡工程的稳定性分析与治理提供了必要的依据。
(4)在节理岩质边坡稳定性影响因素敏感性分析中,灰色关联分析得到各影响因素的关联次序,从而确定各影响因素的主次关系,为边坡稳定性评价和边坡的治理提供可靠的理论依据。
计算得出各影响因素的关联次序为:
边坡坡角>节理产状>节理密度>结构面内聚力>结构面内摩擦角>岩体内聚力>岩体内摩擦角。
(5)结合边坡影响因素敏感性灰关联分析的结果,针对影响边坡稳定性的关键因素——结构面产状,分析研究了不同结构类型边坡的变形破坏规律。计算中充分考虑了边坡岩体结构面的影响,模拟了多组结构面共同切割作用下的块状结构岩质边坡,正倾、反倾层状结构岩质边坡,以及不同参数分布的、含有软弱带夹层的岩质边坡的不同破坏形式和变形规律。
(6)使用FORTRAN程序设计语言,编制适合节理岩质边坡稳定性分析的启发式蚁群算法,并将之应用到山达克露天矿边坡稳定性分析和最危险滑动面搜索中,得到工程界普遍接受和关心的整体安全系数。通过与极限平衡方法得到的边坡滑动面比较,计算结果非常接近,说明本方法可以有效地搜索到岩质边坡最危险滑动面。