露天矿边坡失稳是一个复杂的非线性变化过程,在运营及开挖过程中,安全稳定问题至关重要,关系到人民生命财产安全和环境保护评价。从多方面多角度深入开展岩土工程稳定性研究与风险评价,具有重要的理论价值和实际意义。本文以江西省九江市城门山露天矿开挖边坡为工程背景,针对现有边坡稳定性研究方法,运用现场实测、理论分析、试验研究、数值模拟与监测调研的综合手段,基于地球物理勘探、能量原理、有限元强度折减法、突变理论、熵理论等,对边坡工程的破坏模式、力学机制、能量规律、动态稳定等问题开展深入的研究,建立有效的多模型综合稳定评价方法,揭示其变形破坏的演化特征和失稳机理。主要进行了以下方面的研究:(1)在深刻认识地质环境与EH-4地质环境勘探基础上,通过有限元与有限差分程序,建立了含断层带、多地层的复杂三维地质模型,采用多区域的特征测点、单元的布控、追踪,进行位移、速度、塑性屈服的时间与空间演化特征分析,动态演示预测了矿区边坡易失稳风险区段的灾变过程,并结合位移矢量角指标,共同阐释了边坡系统平衡稳定与临滑失稳的变化特征。(2)基于能量原理推导边坡系统各类能量判据,进行有限差分用户子程序的二次开发,Fish语言编制能量程序源代码,充分利用计算机的可视化功能,详细展现了重力势能、弹性应变能、动能,以及耗散能的时空演化特征及其之间的转化规律。从能量的角度,分析了边坡"无序"、"有序"的"自组织"演化特征与复杂的内在变化反应,以及具有"耗散结构"的能量耗散与转化的效率、特点趋势。并提出局部能量释放率指标,直接反映了不同特征区域的能量吸收、释放、转移等复杂的动态能量变化规律。(3)基于突变理论,推导了位移与能量的尖点突变模型,建立起位移、能量的突变判据与判别实现流程,进行边坡系统的稳态与能量突变分析,并与常规失稳判据对比,具有较好的统一性与一致性。(4)依据开挖方案,分析了三期边坡工程开挖全过程的卸荷变形与应力释放特点,塑性区与稳定性的动态特征、变化趋势,以及各类能量场的时、空动态,并结合能量释放率指标与岩石破裂过程,阐释了能量间的内在转化规律与耗散作用机制。模拟预测了开挖灾变的风险垮塌区,并结合已有的智能监控调度系统,有利于全方位地进行三期开挖的安全监测、监控调度与维稳避险指导。(5)基于熵理论,提出了几种新的边坡稳态评价方法:模糊相对隶属模型、熵权-模糊集对分析、态势迁跃与联系熵法、滑坡总熵判别法,并与基于能量演化突变的有限差分数值模型进行综合对比、相互验证,具有较好的一致性,逻辑性强,信息利用率高,结果直观准确,为边坡稳定性评价提供了多种新途径。