本文对露天矿复合边坡的形成与变形机理进行了研究。边坡变形主要由岩体自重的竖向作用和堆载引起的附加荷载效应引起。研究认为,露天开采过程中开挖堆载引起的不平衡应力和位移是影响露天矿产资源安全开采的关键。根据复合边坡的形成特点,开采深度的不断增大和外排高度的协同增加造成复合边坡结构一直处于动态发展的过程。复合边坡的时效稳定性是影响露天矿安全生产的重要条件,因此,在采场开挖和外排堆载的工程计划基础上,结合所有的因素建立复合边坡角计算公式,根据排土场堆载高度建立附加荷载计算公式,并对排土场堆载之后产生的主动楔排在复合边坡深度上的分布规律进行了建模分析。从分析结果可以看出,复合边坡的整体角度由排土场高度、开采深度和外排位置这几个关键参数决定,并且在外排附加荷载产生的主动压力楔的滑移面逐渐偏转至边坡的边缘。通过分析和数值模拟,进一步建立了露天矿边坡荷载条件和几何参数对复合边坡应力场和安全系数的影响关系。数值模拟结果表明,增大边坡开挖深度和角度会导致复合边坡的地质应力场应力增加,外排堆载造成的边坡沉降量增大和外排安全范围减小。数值模拟分析的过程中突出了外排堆载位置对于边坡稳定性影响的敏感性,在采用极限平衡法进行二维分析的时候经常被忽略的外排堆载产生的附加应力。通过理论分析建立了复合边坡关键几何参数对安全系数的影响规律。这些关键参数间的相互作用和耦合效应对复合边坡的稳定性的影响极为显著,合理的参数选取可以提高边坡的安全系数,如果选择不当则会大大降低边坡的安全系数。从分析结果可以看出,单独增大边坡高度和角度所形成的复合边坡稳定性比同时增大边坡高度和角度时的稳定系数要高。采场边坡角和开挖深度与排土场堆载产生的耦合作用会进一步降低边坡安全系数,但合理的进行排土场位置选择会进一步提高边坡稳定性。造成这种现象的主要原因有降低排土场高度、增大排土场与采场的距离可以有效的降低排土场下部应力楔的大小,并且拉长滑移面的长度。此外,结果表明还表明,排土场堆载位置增大对于复合边坡安全系数的提升机理在于增长了潜在最危险滑动面和应力楔的面积。因此,排土场边坡的位置在复合边坡形成的过程中,对于提高其稳定性起着直观重要的作用。反复开挖和排弃导致软弱层内部应力重新分布,形成不均衡载荷,从而加剧了软弱层的变形和破坏。论文根据软弱层的力学模型和强度参数,通过数值模拟确定软弱层角和厚度对软岩边坡的影响,进而揭示软弱层对软岩边坡发育的影响规律。结果表明,软弱层倾角和厚度是影响边坡稳定性的关键因素。在弱层影响规律的基础上,对胜利露天煤矿的排土条件进行了综合分析,并在数值模拟的基础上,根据分析不同排土位置复合边坡的稳定系数,得出排土边缘距采场的临界安全距离。该研究对于了解复合边坡关键几何参数对露天矿边坡安全系数和应力场的影响具有指导作用。论文形成的科学高效的复合边坡参数设计理论和方法,对降低露天矿开采成本,提高生产安全性具有重要意义。