抚顺西露天矿北帮泥质边坡浸水破坏规律及治理方案研究

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抚顺西露天矿于2019年6月闭坑,不再进行开采。为了最大化保持“亚洲第一大露天矿”的奇特地貌以及秉承“山水林田湖草是一个生命共同体”理念,拟对抚顺西露天进行充水处理。北帮主要由绿色泥岩和褐色页岩互层构成,部分互层交界面受边坡水压作用,形成泥化夹层,极易产生滑动,引起边坡大变形。绿色泥岩含有蒙脱石等黏土矿物,这种矿物具有双电层结构。极易吸附氢离子,随含水率增加,连结力变小,容易发生膨胀崩解,因此在常年的风化作用以及开挖扰动下使得这两种软岩表面变得十分破碎,导致北帮边坡自开采以来发生大大小小滑坡100余次。泥岩边坡充水容易发生崩解且容易诱发地震,发生滑坡,引起地面变形,影响周边建筑和居民的安全,严重时可使得整个矿坑发生大规模垮塌,造成极其严重的社会影响和经济损失。针对此问题,本文对抚顺西露天矿进行详细的地质勘查,研究泥岩浸水后的破坏形态和力学性质变化,针对不同工况进行边坡稳定性计算,对抚顺西露天矿闭坑充水后的边坡治理提出可行的方案。本文的主要工作如下:(1)通过地质调查、地质钻孔、物探以及渗透性分析得察明边坡岩性、岩体构造、断层位置、软弱互层层位以及卸荷带范围。(2)在详细了解滑面的确切位置以及滑动破坏的外力因素基础下,利用Slope软件对卸荷带上下部两个滑坡分别进行了参数反分析,得到岩体破坏时极限平衡状态下的岩体力学参数。下部参数作为正常条件下边坡的岩体参数,由于上部滑坡体岩体十分破碎,受暴雨影响泥化严重,因此作为浸水后边坡的岩体参数。(3)自主研发了一种单侧浸水,其余5侧加载的压力机来模拟充水边坡情况(单侧浸水,其余5侧受围压影响)下泥岩浸水后的力学性质和破坏形态。发现浸水后岩样被软化,首先在中部发生破坏,更容易形成新的裂纹,多行成小的破碎块体。在一定的围压范围内,随着围压的增加,水对泥岩强度的影响降低;水对泥岩内聚力的弱化远大于摩擦角。(4)通过数值模拟方法对北帮E1000剖面进行了充水过程中边坡破坏过程的分析,发现在水的浸润作用下,边坡会出现滑坡高程不断上升的渐进式破坏:形式有三种,第一种是因为基底软化崩解导致失稳,称为侵蚀区;第二种是底部出现空化陡坎后发生失稳;第三种是空化陡坎影响较弱下的边坡失稳。结合抚顺西露天矿充水条件下边坡可能出现的滑坡问题,提出了分阶段回填及削坡的综合治理方案。
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