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大冶铁矿露天采场岩质边坡稳定性评价体系与分析方法研究

罗勇  
【摘要】:大冶铁矿是国内著名的铁矿山,经过50余年的开采,目前已经形成长度和宽度以及坡脚都较为罕见的高陡岩质边坡。由于露天采场地质构造复杂,节理裂隙发育,边坡岩体风化蚀变强烈,伴随着从露天转入地下的开采,边坡在不断地向采场深部延伸的过程中,时常出现规模不等的滑塌变形破坏。尤其是东露天采场北帮受F9断层及其分支断层控制发育形成的尖F9滑坡及其坡脚周围的塌陷区,直接威胁到大冶铁矿东露天采场采坑底部开采人员设备的安全,并影响了下一步矿山公园的建设。因此通过建立大冶铁矿露天采场岩质边坡稳定性评价体系,对岩质边坡的稳定性现状进行分析与预测具有重要的意义。 本文在充分研究前人资料与研究成果的基础上,针对大冶铁矿东露天采场边坡实际情况,建立了大冶铁矿岩质边坡稳定性评价体系,并以典型坡段Ⅵ区为例,运用评价体系对该区岩质边坡稳定性现状进行了分析与预测。论文的主要研究工作与结论主要有以下几点: (1)大冶铁矿边坡工程地质环境研究。通过现场工程地质勘察与室内资料分析等手段研究大冶铁矿岩质边坡的区域地质环境,地质构造、岩体结构等。并针对东露天采场狮子山北帮Ⅵ区的工程地质特征、地下开采和地面塌陷情况进行了调查与分析,为边坡岩体结构分析和变形破坏数值模拟研究提供依据。 (2)岩质边坡稳定性评价体系与分析方法研究。对岩质边坡的稳定性影响因素进行了详细的分析,对岩质边坡的破坏模式进行了分析与研究,对岩质边坡进行结构分类、采用不同指标对边坡的破坏模式进行分析,建立岩质边坡的稳定性评价体系,阐述边坡稳定性分析的各种方法及优缺点。 (3)大冶铁矿岩质边坡稳定性评价体系建立。通过对Ⅵ区岩质边坡的形态特征、规模等进行分析,确定影响边坡稳定性的主要因素为地层岩性、地质构造与地下采矿,对各因素进行分类并计算三个指标的权重值,根据岩质边坡的稳定性评价体系建立大冶铁矿岩质边坡稳定性评价指标体系与稳定性评价体系。 (4)大冶铁矿Ⅵ区岩质边坡稳定性分析。 根据大冶铁矿岩质边坡稳定性评价体系,针对三种主要因素分别采用相应的分析方法来分析Ⅵ区岩质边坡的稳定性。①采用赤平投影法分析岩体结构特征;分析结果表明该区节理面大多数与坡面近直交,对坡体稳定性影响小,节理J4、J5和J6为潜在不利于坡体稳定的结构面,F9断层是该区边坡的主要软弱面,对边坡的稳定性影响较为不利;②采用FLAC3D模拟边坡在地下开采过程中其应力应变和塑性区变化;原始状态下,边坡的最大主应力为15MPa,最小主应力为12.5MPa;地下开采▽-60m、▽-84m、▽-120m三个水平矿段时,边坡的最大主应力从27.6MPa一直增加到32.4MPa,最小主应力一直为0,剪应力先增大后减小,随着采深增加围岩的采动应力先剧增,但到一定深度与范围之后增幅减缓;回填使边坡塑性区范围缩小,表明回填体对边坡稳定有利,但低强度的回填体对降低围岩塑性区的范围作用较小,采深增加,发生屈服的弹性区域在左右侧呈对称分布并逐渐扩大,剪切破坏集中在断层破碎带和开挖空区两侧底角,拉伸破坏集中在露天坑底的边坡面上,断层破碎带完全处于塑性状态;③采用GEO-SLOPE软件自动搜索了最危险滑动面,并计算了目前Ⅵ区边坡的稳定性系数值。


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