武汉钢铁集团矿业有限责任公司大冶铁矿是武钢公司一个主要铁矿资源基地。现已转为地下开采，地下开采是在已形成的高陡边坡下进行，其中南帮大理岩边坡高度为188m，边坡角39～43°，北帮闪长岩边坡高度为432m，边坡角43～46°。采用无底柱分段崩落采矿法生产。无底柱分段崩落法是将阶段用分段回采巷道划分为若干分段，各分段不设放矿的底部结构，不留任何矿柱，由上向下逐个分段进行回采，随后由崩落围岩填充采空区，随开采深度的增加，形成地表塌陷坑。可以预计，这种不保护地表的采矿方法，必使南、北帮边坡发生严重破坏和塌陷，暴雨季节的地表径流直接涌入地下采场。同时，已形成的高陡边坡将作为地下采场一种边界约束条件，使采场压力显现规律和通常条件下的完全不同。业已发现，露天坑底地下采矿已经导致了大面积的地表塌陷。塌坑周围纵横裂缝发育，随时有扩大发展趋势。因此在超高陡边坡露天转地下开采条件下，崩落法地下开采直接影响了边坡的稳定性。一旦边坡失稳，其崩塌量是惊人的，不仅威胁地下开采的安全，而且带来严重的地质灾难。 论文结合实际研究露天边坡在地下采动过程中的变形机理，从而制定出有效的边坡治理和防治措施，不仅对大冶铁矿露天转地下工程的安全开采具有重要的现实意义，而且对相似工程的高边坡建设都有着重要的参考价值。 论文首先通过现场工程勘察手段结合已有地质资料对采区高陡边坡岩体的工程地质及物力力学性质进行研究；其次采用数值模拟方法对地下开采不同深度下边坡的变形机理进行研究；最后应用极限平衡法以及现场监测结果对数值模拟法的研究结论进行对比验证与评价，以验证数值模拟结果的正确性及合理性。 论文研究区域为地下开采对应的狮子山 26-30 勘探线之间，数值模拟计算选择3个剖面，采用CAD和ANSYS软件建立三维弹塑性模型，采用FLAC-3D 软件进行分析计算，通过模拟，研究地下开采-48m水平、-60m水平、-72m水平、-84m 水平以及-96m 水平不同开采深度情况下，边坡的应力场、位移场及塑性区的分布情况及变化规律。 研究得出以下结论： 1．建立狮子山采区26-30 勘探线之间高陡边坡三维数值模拟计算模型； 2．得到在地下开采过程中，露天边坡的变形机理： 模型开挖过程中的最大和最小主应力变化不大，基本沿边坡以层状的规律分布，随着深度的增加，应力增大。在边坡部位总体上表现为最大主应力的方向基本平行于坡面，最小主应力的方向基本垂直于坡面。开挖过程中，围岩在初始应力场的作用下向开挖临空面方向移动，产生不均匀变形，改变了应力场的空间分布特征，在个别边坡坡角处出现了应力集中区，导致了小范围的边坡滑塌破坏。 随着开挖深度的增加，拉应力区和剪应力区增大，开挖至-48m 水平塑性区面积达到最大，稳定性系数值为1.21，说明整个边坡处于极限平衡状态。回填体一是改善了岩体的受力状态，二是有效限制了边坡岩体的水平和垂直方向的位移，起到了提高边坡稳定程度的作用。 在开挖过程中，边坡及边坡附近围岩中出现了厚度不等的塑性破坏区，比较而言，以个别边坡坡角和断层部分塑性破坏较为严重。这些部位常常也是最大主应力集中、最小拉应力集中区。在边坡附近以张拉性破坏为主，而在开挖巷道周边主要以剪切性破坏为主。通过分析追踪记录的边坡顶部、腰部和坡脚9个点 X、Y、Z 方向位移随迭代步骤地变化情况，得到了边坡追踪点位移变形曲线和位移速率曲线。分析其变化规律得出：在开挖过程中，位移是不断增大的，但其位移的增量是不断减小的。 3．数值模拟得到的不同开采水平下的稳定性系数值分别为：1.21，1.55，1.48，1.33，1.33，1.31。均大于大冶铁矿安全系数的许用值1.2，证明大冶铁矿在模拟的开采水平条件下尚处于稳定状态。 4．通过极限平衡法与变形监测结果对数值模拟结果的对比分析得到： 极限平衡法求得的稳定性系数在1.261～1.563 之间，均大于许用系数，与数值模拟的结果是一致的：变形监测的结果比数值模拟所得边坡监测点的位移结果偏大，但其数值范围相差不是很大，说明数值模拟结果较为接近实际情况。