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岩质露天矿边坡稳定性及其三维模型预警探讨

日期:2022年01月14日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:0
论文价格:150元/篇 论文编号:lw202201011702508528 论文字数:52545 所属栏目:工程管理论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis
相关标签:工程管理论文

本文是一篇工程管理论文,笔者经过研究,得出以下结论:1.结合岩体结构面特征以及钻孔资料推测出研究区除 F0 断层外,在距离地表35~45m 处以及 116~118m 存在两条潜在滑动面。并通过稳定性分析得到验证。 2.采用极限平衡法和强度折减法分别对各研究区典型剖面进行稳定性分析,对比了 Bishop 法、Janbu 法、Morgenstern~Price  法,得到 Janbu 法求得的稳定性系数最小,可以用作滑坡稳定性系数计算,与露天矿开采标准要求相比较。


第一章 绪论


1.1 研究背景意义

在社会各行各业蓬勃发展的大前提下,矿产的需求量较之前也上升很多。好在科技快速的发展同时也能带动矿山的开采技术,但随之而来的许多安全问题也不容小觑。矿山[1]开采在工业生产的大背景下属于高危行业。其从业人员的死伤率总能引起全社会的广泛关注。矿山资源开采工作十分复杂,在对作业技术有着较高要求的今天,仍会因为地质环境等客观因素造成不可挽回的损失。所以对矿山边坡[2]的治理,应该是投资量最大,延续时间最长的一项工作。在露天矿山的开采中,滑坡[3]隐患始终存在于高陡边坡之中。因此,矿山安全的保障必须从根本出发,研究矿山滑坡滑块的划分、潜在滑动面的确定、监测点布设以及预警体系方案等问题,将监测预警动态化,常态化。解决矿山生产的安全问题,保障矿山效益的可持续发展。

我国地大物博,地质条件相对复杂,尤其在建国初期,为大力发展经济。当时的采矿、开荒垦山现象严重,滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害时常出现。是世界上受地质灾害影响较为严重的国家之一。据中国统计年鉴、国家资源部资料显示,2014 年中国地质灾害发生数量又 10937 起,其中滑坡发生数量8149 起;2015 年中国地质灾害发生数量又 8355 起,其中滑坡发生数量 5668起;2016 年中国地质灾害发生数量又 10997 起,其中滑坡发生数量 8194 起;2017 年中国地质灾害发生数量又 7521 起,其中滑坡发生数量 5524 起;2018年中国地质灾害发生数量又 2966 起,其中滑坡发生数量 1631 起;2019 年中国地质灾害发生数量又 6181 起,其中滑坡发生数量 4220 起;2020 年中国地质灾害发生数量又 7840 起,其中滑坡发生数量 5668 起。可以看出地质灾害数量在逐年减少,但是滑坡占地质灾害的比例依然高居不下。而在 2020 年,我国通过预报而避免发生的地质灾害总计 534 起,保护了可能受伤亡人员18239 人次,避免了直接经济损失 10.2 亿元。由此可见,地质灾害的成功预报有着重大意义,可以从根本上避免人员的伤亡及物资的浪费。


1.2 国内外研究现状

1.2.1 边坡破坏机理研究现状

我国在矿山边坡失稳研究中经历了四个阶段:

起步阶段:  20 世纪 20 年代,格里菲斯(Griffith) [6]在岩体力学中引入了人微裂隙理论。解释了岩体从失稳直至破坏的全过程。至此边坡失稳研究逐步走进大众视野,越来越多的研究者开始从微观方向探求边坡失稳模式。

发展阶段:  20 世纪 50 年代,是我国在工程地质、土力学等方向研究取得了一定进展,但对于岩土体自身的结构特征以及高陡边坡的具体情况研究还需要进一步完善(张悼元[7],1981)。60 年代,我国基建行业正在如火如荼的进行中,这无形之中推动了岩质边坡失稳破坏的深层研究。研究重点开始转向岩体的内部结构的稳定性。孙玉科[8]在 1980 年提出了利用赤平投影法研究岩体结构面进而判断边坡稳定性的方法。王思敬[9]在 1982 年提出地引力概念,使得边坡在地质方向上的破坏研究更深一层。但限于当时科技手段的发展,只是在模型分析中定性分析,未能对该引力进行定量研究。与此同时,国外学者们也在书中提出了岩体结构对边坡稳定性影响较大的观点。这些观点对当时边坡孕育、发展、破坏起到了积极的推动作用。

深入发展阶段:80、90 年代,西部开发和三峡工程的建设[10]对我国边坡稳定性的研究起到了很大的促进作用。当时正值计算机软件的兴起,各种数值模拟方法被广泛的应用于矿山、桥梁、公路等地质模型中。至此,岩质边坡分析进入了全新的定量评价阶段。黄润秋[11]、魏宏森[12]、秦四清[13]等地质学家们将分形理论、非线性理论、突变理论等引入到模型分析之中,取得了大量研究成果。


第二章 研究区边坡工程地质条件


2.1 自然地理

2.1.1 地理位置与交通

研究区所在矿区位于云南省辣子寨村。矿区范围内均为块状、碎块状大理石路面;外部道路多为沥青路面,属于国家二、三级公路,交通较为便捷。

2.1.2 气象水文特征

1、气象

研究区地处北回归线以南,属中亚国家热带地区湿润环境气候,展现了温暖、潮湿、多雨和多雾气候的特点。据云南省气象局资料室 1982 年出版的《云南省地面气候资料》,辣子寨村,年平均气温 16.8℃,极端气温 4.0~32.2℃。年平均降水量 1329.4mm,一般为 1027.3~1776.2mm,5~10 月为雨季,降水量 1175.6mm,约占全年的 88%,历年平均降雨 186d(其中,雨季 131d),日降水量≥5.0mm 降水天数 66.5d(其中,雨季 59d),日最大降雨量达 124.1mm。全年无霜期 336 天,年平均相对湿度 83.7%。主导风向为 SSW 或 SW、南风,年平均风速 2.1m/s,最大风速 17.0m/s(对应风向 NW)。

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2.2 矿区地质概况

2.2.1 地层岩性

据区域资料和前人研究成果可知,矿区出露地层主要为新元古界新寨岩组,少量第四系。

1、新元古界新寨岩组(Pt3x.)

新寨岩组出露于曼家寨一带,依据岩性组合特征的差异划为六个岩段,除五岩段与六岩段为韧性断层接触外,其余岩段间均为次生面理接触(表 2.2)。其间发育大量的脆韧性剪切带。各岩段的岩性组合特征如下:

新寨岩组一岩段(Pt3x.1)岩性组合为浅灰、灰、灰绿色绿泥片岩、绿泥钠长片岩夹少量二云片岩、二云石英片岩、方解石大理岩。 新寨岩组二岩段(Pt3x.2)岩性组合为灰绿、灰白、灰色(含石榴)二云片岩夹少量大理岩、二云石英片岩、石英岩、绿泥(绿帘)矽卡岩。

新寨岩组三岩段(Pt3x.3)岩性组合为灰、灰绿、灰白色块状方解石大理岩、白云石大理岩、绿泥(绿帘)矽卡岩、透辉矽卡岩夹少量二云片岩、二云石英片岩,其间含大量硫化物矿。

新寨岩组四岩段(Pt3x.4)岩性组合为灰绿、浅灰、灰色二云片岩、绿泥片岩夹少量二云石英片岩、绿泥(绿帘)矽卡岩。

新寨岩组五岩段(Pt3x.5)岩性组合为灰绿、灰、浅灰色二云石英片岩夹少量二云片岩、绿泥(绿帘)矽卡岩。

新寨岩组六岩段(Pt3x.6)岩性组合为浅灰、灰白、灰色(含石榴)二云片岩夹少量二云石英片岩、绿泥片岩、(长石)石英岩、方解石大理岩。

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第三章  边坡滑块分析及其稳定性研究 .....................25

3.1 研究区断层分布  ..........................25

3.1.1F0 断层  ...................................26

3.1.2 东西向小断裂  .............................26

第四章  边坡三维数值模拟 ........................................48

4.1 三维数值模型建立  ..................................48

4.2 三维数值模拟研究  ...............................48

第五章  滑坡监测预警传统方法及其改进研究 ................... 65

5.1 滑坡监测  ...............................65

5.1.1 滑坡监测依据  ......................65

5.1.2 研究区监测实施情况  ..................................66


第五章 滑坡监测预警传统方法及其改进研究


5.1 滑坡监测

滑坡作为露天矿开采中最具有安全隐患的地质灾害之一,主要是由于其发生的不确定性,导致不能被及时的监测,并作出预警预防措施。滑坡发生的不确定性主要体现在以下四个方面。

1.发生位置的不确定性。研究区面积较大,即使大量的研究已经划分了滑坡易发区域范围,但是根据研究区分布的大小断层以及分析得出的潜在滑动面,东其仍存在未发生滑动的潜在滑坡体。

2.发生时间的不确定性。滑坡失稳破坏实际上也是岩土体累积受力的过程。其受力的触发条件不同,因此受力情况难以预测。针对滑坡失稳破坏时间的研究已经开展了很多年,而国内外大部分研究成果都是对于破坏后的验证,很难做到事故发横前的时间预报。

3.发生形式的不确定性。滑坡失稳破坏的诱发条件多种多样,其所导致的滑动形式也是不同的。目前常见的滑坡形式有牵引式、推移式、复合式等。降雨、地震、人类工程活动、岩土体自身性质都会导致不同形式滑坡的发生。

4.后果的不确定性。因为滑坡失稳形式、发生时间以及规模难以同时确定。而滑坡失稳破坏的后果又与前者息息相关。因此滑坡的后果是难以预料的。如果在危险区附近有施工人员,那么一旦边坡失稳,后果的严重程度是不言而喻的。

各种因素的不确定性突出了滑坡的危险性,同时也让研究区的监测方案的设计显得尤为重要。本章将对研究区滑坡的监测预警评价方法等做详细的分析研究。


第六章 结论和展望


6.1 主要结论

1.结合岩体结构面特

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