辽宁某露天铁矿西帮高边坡反倾岩层变形机理与控制对策研究

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露天开采是主要的矿产资源开采方式,随着矿山进入深凹开采阶段,往往会形成高陡边坡。高陡的边坡在工程扰动和自然因素的共同作用下,容易失稳,进而发生边坡、塌落、倾倒等破坏,对边坡范围内的人员及设备产生严重的威胁。研究区西帮边坡岩层反倾导致平台及台阶形成多级反阶台坎,因此分析反倾岩层的变形机理、破坏模式、稳定性及控制对策,对于保证矿山生产安全有重要意义。本文对矿山已发生滑坡、结构面发育与工程地质等做了详细的调查,研究区边坡岩层反倾,且岩层中存在侵入岩。并针对结构面的分布、规模、力学特征做了详细的研究,由此分析反倾边坡的变形机理,给出导致其变形的力学条件和相关的影响因素。建立相应反倾岩层变形模式下的计算模型,求解其稳定性系数,从而指导矿山正常运行。主要研究内容和研究成果如下:(1)通过收集该矿山已有的工作资料和现场调查成果,对各区结构面进行调查,初步判断边坡变形控制因素主要为地层结构、断层构造。坡体上部受力面积大,荷载重,下部受力面积小应力集中,岩体沿反倾结构面挤压错动,上部第四系地层受其错动顺势开裂变形。(2)根据其力学效应对测得的结构面进行分级,运用赤平投影图解法考虑边坡岩体结构类型、破碎程度、结构面的发育程度和大型不连续面的组合关系对边坡进行破坏模式判定,为进一步定量研究边坡的稳定性提供科学依据。(3)通过极限平衡和数值模拟两种方法,运用SLIDE软件建立了准确可靠的地质分析模型,计算边坡在降雨、地下水和地震等不同荷载组合下的边坡稳定性,运用MIDAS GTX NX有限元软件得到边坡反倾岩层破坏的位移分布、应力分布、塑性分布,展示了边坡的破坏形态,为采矿安全生产提供基础依据。(4)结合数值分析的结果,对该边坡进行削坡+监测+锚杆加固的综合治理方案设计。并运用SLIDE软件对加固后的组合边坡进行了稳定性计算,加固后边坡安全系数远大于安全系数限值,综合治理后边坡处于稳定状态。
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