多臺階山坡露天礦邊幫穩(wěn)定性分析

內(nèi)容概要

　　本書通過現(xiàn)場試驗、實驗室試驗、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對某山坡露天礦采場邊坡的工作穩(wěn)定性和最終邊坡角進(jìn)行了一系列的研究。
　　本書主要內(nèi)容包括：綜合考慮邊坡的巖體組成、工程地質(zhì)條件以及邊坡高度及形狀等因素，利用邊坡巖體室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗成果，采用極限平衡法和有限元強(qiáng)度折減法計算邊坡靜力穩(wěn)定性分析；并在地震設(shè)防等級為8級，采用El-Centro地震波記錄進(jìn)行了動力穩(wěn)定性計算分析。按照模擬設(shè)計法和校驗設(shè)計法進(jìn)行工作邊坡角設(shè)計，計算獲得了邊坡穩(wěn)定的最大工作邊坡角?？紤]采場邊幫坡面走向，將邊坡大致分為I、Ⅱ、Ⅲ三個區(qū)段，在各區(qū)段選取典型剖面，分析計算得到了各區(qū)段的最終邊坡角。
　　本書適用于采礦工程、安全技術(shù)及工程、巖土工程等相關(guān)領(lǐng)域的科研人員使用，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)研究生和本科生的教學(xué)參考書。

書籍目錄

前言
第1章 露天礦邊坡巖土體的試驗研究
　1.1 引言
　1.2 室內(nèi)試驗研究
　1.2.1 試驗內(nèi)容
　1.2.2 試驗原理
　1.2.3 試驗成果
　1.3 現(xiàn)場試驗
　1.3.1 試驗內(nèi)容
　1.3.2 試驗原理
　1.3.3 試驗方法
　1.3.4 試驗點布置及描述
　1.3.5 試驗成果
　1.4 本章小結(jié)
第2章 露天采場邊坡現(xiàn)場監(jiān)測
　2.1 巖體完整性聲波測試
　2.1.1 聲波測試目的
　2.1.2 聲波測試基本原理
　2.1.3 現(xiàn)場實測情況
　2.2 露天采場生產(chǎn)爆破監(jiān)測
　2.2.1 爆破震動監(jiān)測目的及意義
　2.2.2 建（構(gòu)）筑物破壞的原因和分析
　2.2.3 爆破地震效應(yīng)
　2.2.4 爆破地震效應(yīng)對露天礦的危害
　2.2.5 爆破地震監(jiān)測原理及依據(jù)
　2.2.6 測試系統(tǒng)及發(fā)展
　2.2.7 監(jiān)測資料及結(jié)果分析
　2.2.8 爆破地震效應(yīng)的控制
　2.3 露天采場鉆孔測斜儀深部位移監(jiān)測
　2.3.1 礦山邊坡安全監(jiān)測意義
　2.3.2 地下巖移監(jiān)測網(wǎng)
　2.3.3 測斜儀的工作原理
　2.3.4 主要儀器參數(shù)指針
　2.3.5 地下巖層移動監(jiān)測孔的安裝
　2.3.6 測斜儀的組裝
　2.3.7 測試過程
　2.3.8 測試數(shù)據(jù)采集與整理分析
　2.3.9 減少誤差措施
　2.3.10 現(xiàn)場實測資料
　2.3.11 監(jiān)測結(jié)果
第3章 露天采場邊坡三維穩(wěn)定性分析
　3.1 高邊坡穩(wěn)定性影響因素
　3.1.1 邊坡幾何特征
　3.1.2 地震、爆破
　3.1.3 降水
　3.2 有限單元法基本原理
　3.3 邊坡有限元穩(wěn)定性分析
　3.3.1 計算軟件簡介
　3.3.2 模型建立
　3.3.3 模型單元的劃分
　3.3.4 各部分材料參數(shù)
　3.3.5 計算工況條件
　3.3.6 計算結(jié)果分析
　3.4 本章小結(jié)
第4章 露天采場邊坡二維穩(wěn)定性分析
　4.1 邊坡穩(wěn)定分析的理論方法
　4.1.1 極限平衡理論
　4.1.2 數(shù)值分析（應(yīng)力應(yīng)變）方法
　4.1.3 極限平衡法與強(qiáng)度折減理論
　4.1.4 邊坡動力穩(wěn)定分析方法
　4.1.5 其他分析方法
　4.2 露天礦工作幫極限平衡法穩(wěn)定分析成果
　4.2.1 幾種簡化極限平衡分析法
　4.2.2 極限平衡法穩(wěn)定分析成果
　4.3 礦山工作幫有限元穩(wěn)定分析成果
　4.3.1 模型建立及單元的劃分
　4.3.2 計算工況條件
　4.3.3 主要剖面有限元計算結(jié)果分析
　4.4 本章小結(jié)
第5章 露天采場工作邊坡角的計算
　5.1 概述
　5.2 露天礦邊坡設(shè)計方法
　5.2.1 模擬設(shè)計方法
　5.2.2 校驗設(shè)計方法
　5.2.3 優(yōu)化設(shè)計方法
　5.3 模擬設(shè)計法成果
　5.3.1 國內(nèi)外露天礦設(shè)計成果
　5.3.2 露天采場邊幫模擬法設(shè)計成果
　5.4 校驗設(shè)計法計算成果
　5.4.1 模型建立及單元的劃分
　5.4.2 計算工況條件
　5.4.3 主要剖面有限元校驗計算結(jié)果
　5.5 本章小結(jié)
　5.5.1 結(jié)論
　5.5.2 建議
第6章 露天采場最終邊坡角的計算
　6.1 計算區(qū)段劃分與計算剖面選取
　6.2 模型建立及單元的劃分
　6.3 計算工況條件
　6.3.1 邊界條件
　6.3.2 荷載條件
　6.3.3 計算工況
　6.4 主要剖面有限元計算結(jié)果分析
　6.5 本章小結(jié)
　6.5.1 結(jié)論
　6.5.2 建議
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：第1章  露天礦邊坡巖土體的試驗研究 1.1  引 言 研究區(qū)域位于川北高原，面積約7km2，礦區(qū)交通較為方便，區(qū)內(nèi)地質(zhì)地貌復(fù) 雜。地處岷山山脈北段之東部，龍門山脈的西部。礦區(qū)處在復(fù)向斜地帶，西、北、南 三面均有明顯的斷裂帶。屬第四紀(jì)以來新構(gòu)造運動強(qiáng)烈運動的地區(qū)和西部地區(qū)。 當(dāng)?shù)氐孛惨愿呱綖橹?，兼有部分山原和零散平壩，地勢西北高東南低。高山主要分 布在西北、西南、南部與北部地區(qū)。地表海拔多在3000～4000m之間，最高峰海拔 4764m，最低處海拔1160m。大地貌屬深山切割高山，谷深流急，谷坡陵峻。凍土 深度為10cm，區(qū)域地震烈度為8  度。礦區(qū)礦床在川、甘邊界南側(cè)，屬高寒山區(qū)，海 拔高程+2700～+3725m，相對高差1000余米，礦區(qū)盤山公路約6km。 研究露天礦邊坡穩(wěn)定性之前必須查清邊坡巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)，邊坡巖土 體物理力學(xué)參數(shù)是進(jìn)行邊坡工程穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)，直接影響到邊坡穩(wěn)定分析結(jié)果。 因此，正確選取巖土體參數(shù)成為邊坡穩(wěn)定分析的首要工作。按照《建筑邊坡工程技 術(shù)規(guī)范》（GB50330―2002）第4.5條、《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》（SL386― 2007）第4.3條的規(guī)定，邊坡巖體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定應(yīng)遵守下列規(guī)定： （1） 1級邊坡宜采用現(xiàn)場試驗、室內(nèi)試驗、反演分析和工程地質(zhì)模擬等方法， 綜合分析確定抗剪強(qiáng)度指標(biāo)； （2） 2級邊坡可采用室內(nèi)試驗、反演分析和工程地質(zhì)模擬等方法，綜合分析確 定抗剪強(qiáng)度指標(biāo)； （3） 3級邊坡可采用反演分析和工程地質(zhì)模擬法確定巖體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，必 要時可進(jìn)行室內(nèi)試驗。 針對研究礦區(qū)露天采場邊坡工程地形條件復(fù)雜，邊坡巖土體性質(zhì)不均一的特 點，邊坡巖土體參數(shù)的選取采用現(xiàn)場試驗與室內(nèi)試驗結(jié)合的辦法，盡量綜合考慮可 能存在的不利因素，按照《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021―2001）、《建筑地基基礎(chǔ) 設(shè)計規(guī)范》（GB50007―2002）、《工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50266―99）、《水 利水電工程巖石試驗規(guī)程》（SL264―2001）的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行現(xiàn)場試驗和室內(nèi) 試驗。 1.2 室內(nèi)試驗研究 1.2.1 試驗內(nèi)容 巖石物理特性，天然及飽和單軸抗壓強(qiáng)度，巖石變形特性，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。 1.2.2 試驗原理 按照《工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50266―99）、《水利水電工程巖石試驗 規(guī)程》（SL  264―2001）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行試驗： 巖石塊體的密度試驗可采用量積法、水中稱量法或蠟封法。 巖塊單軸抗壓強(qiáng)度試驗需要將巖石制成規(guī)則試件，巖石單軸抗壓強(qiáng)度為 R ＝P/A 式中，R―― 巖石單軸抗壓強(qiáng)度（MPa）； P――試件破壞荷載（N）； A――試件截面積（mm2  ）  。 巖塊單軸壓縮變形試驗可分為電阻應(yīng)變片法和千分表法。千分表法縱向應(yīng)變 與橫向應(yīng)變按下式計算： εh ＝ Σ 4 1 （uh -uh0） 4 L εd＝ Σ4 1 （ud-ud0） 2 D 式中，εh―― 縱向應(yīng)變；εd ―― 橫向應(yīng)變；uh ―― 縱向測表讀數(shù)（mm）；ud ―― 橫向測表讀數(shù)（mm）；uh0 ―― 縱向測表初始讀數(shù)（mm）；ud0 ―― 橫向測表初始讀數(shù)（mm）；L ―― 縱向測量標(biāo)距（mm）；D ―― 試件直徑、橫向測量標(biāo)距（mm）。彈性模量、變形模量和泊松比按下式計算：EC ＝ σb-σaεhb - εhaμC ＝ εdb- εdaεhb - εhaE50 ＝ σ50εh50μ50 ＝ εd50εh50式中， EC ――  巖石彈性模量（MPa）；μC ―― 巖石彈性泊松比；σa ―― 應(yīng)力與縱向應(yīng)變關(guān)系曲線上直線段起始點的應(yīng)力值（MPa）；σb ―― 應(yīng)力與縱向應(yīng)變關(guān)系曲線上直線段終點的應(yīng)力值（MPa） ；εha ―― 應(yīng)力為σa  的縱向應(yīng)變值；εhb ―― 應(yīng)力為σb  的縱向應(yīng)變值；εda ―― 應(yīng)力為σa  的橫向應(yīng)變值；εdb ―― 應(yīng)力為σb  的橫向應(yīng)變值；E50 ―― 巖石變形模量，即割線模量（MPa）；σ50 ―― 抗壓強(qiáng)度50 % 的應(yīng)力值（MPa）；εh50 ―― 應(yīng)力為σ5 0 時的縱向應(yīng)變值；εd50 ―― 應(yīng)力為σ50 時的橫向應(yīng)變值；μ5 0 ―― 與εd50 和εh50 相應(yīng)的泊松比。巖塊三軸壓縮試驗采用圍壓三軸試驗（即σ1≥σ2＝σ3或σ ≤σ2＝σ3）。根據(jù)軸向應(yīng)力σ1及相應(yīng)的側(cè)向應(yīng)力σ3，在σ1-σ3坐標(biāo)內(nèi)用最小二乘法繪制最佳關(guān)系曲線，在最佳關(guān)系曲線上選定若干組對應(yīng)值，在剪應(yīng)力τ與正應(yīng)力σ坐標(biāo)圖上以（σ1+σ3）/2 為圓心，以（σ1-σ3）/2為半徑繪制莫爾應(yīng)力圓，根據(jù)莫爾-庫侖強(qiáng)度理論確定三軸應(yīng)力狀態(tài)下巖石的抗剪強(qiáng)度參數(shù)值。1.2.3 試驗成果通過對巖石巖性、結(jié)構(gòu)、顏色的分析，將巖樣分為6組，分別編號1#～6#，各組巖樣物理力學(xué)室內(nèi)試驗成果如表1.1所示。室內(nèi)試驗委托長江水利委員會長江科學(xué)院重慶巖基研究中心進(jìn)行。1.3  現(xiàn)場試驗1.3.1  試驗內(nèi)容直剪試驗（抗剪強(qiáng)度、C）、地基靜載荷試驗（土的變形模量、地基承載力）。1.3.2  試驗原理直接剪切試驗是測定土的抗剪強(qiáng)度的最簡單的方法，它所測定的是土樣預(yù)定剪切面上的抗剪強(qiáng)度。直剪試驗所使用的儀器稱為直剪儀，按加荷方式的不同，直剪儀可分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種。前者是以等速水平推動試樣產(chǎn)生位移并測定相應(yīng)的剪應(yīng)力；后者則是對試樣分級施加水平剪應(yīng)力，同時測定相應(yīng)的位移。直剪試驗安裝如圖1.2所示，試驗時，由杠桿系統(tǒng)通過加壓活塞和透水石對試樣施加某一法向應(yīng)力s，然后等速推動下盒，使試樣在沿上下盒之間的水平面上受剪直至破壞，剪應(yīng)力τ的大小可借助與上盒接觸的量力環(huán)測定。試驗中通常對同一種土取3～4個試樣，分別在不同的法向應(yīng)力下剪切破壞，可將試驗結(jié)果繪制成抗剪強(qiáng)度τ與法向應(yīng)力s之間的關(guān)系。對于砂性土，抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力之間的關(guān)系是一條通過原點的直線，直線方程可用庫侖公式表示；對于黏性土，抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力之間也基本成直線關(guān)系，該直線與橫軸的夾角為內(nèi)摩擦角，在縱軸上的截距為黏聚力C，直線方程亦可用庫侖公式表示，如圖1.1所示。庫侖公式為τf ＝C + σtan現(xiàn)場直剪試驗示意圖如圖1.2所示。地基靜荷載試驗原理就是通過荷載試驗或旁壓試驗所測得地基沉降（或土的變形）與壓力之間近似的比例關(guān)系，從而利用地基沉降的彈性力學(xué)公式來反算土的變形模量以及確定承載力的標(biāo)準(zhǔn)。試驗設(shè)備安裝實例如圖1.3所示。1.3.3  試驗方法1.直剪試驗方法試驗依照《巖土工程勘察規(guī)范》（ GB 50021―2001）的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，采用平推法。1）  法向荷載施加按最大法向荷載大致5等分的1～5 倍分別施加于5塊試體，每級荷載分四次等量施加，每加一次法向荷載，間隔5min測讀一次法向變形，即可施加下一級荷載。最后一級荷載施加后，仍按上述時間讀數(shù)，當(dāng)法向變形達(dá)到相對穩(wěn)定時，可開始施加剪切荷載。2）  剪切荷載施加（1） 開始按預(yù)估最大剪切荷載的7%（或10%）分級等量施加，巖體按5～10min，土體按30s施加一級剪切荷載，當(dāng)剪切變形急劇增長或剪切變形達(dá)到試體尺寸的1/10 時可終止試驗。（2） 根據(jù)剪切位移大于10mm 時的試驗成果確定殘余抗剪強(qiáng)度，需要時可沿剪切面繼續(xù)進(jìn)行摩擦試驗。將剪切荷載分2～3級卸荷至零。3）   試塊描述試驗結(jié)束后，翻轉(zhuǎn)試體，測量實際剪斷面積，描述剪斷面的破壞情況、擦痕的分布和長度、結(jié)構(gòu)面性質(zhì)，測定剪斷面的起伏差等。2.靜荷載試驗方法（1）  采用液壓千斤頂加荷，用壓力表測量試驗荷載，荷載反力由堆載提供，重量滿足試驗要求。沉降量用四個對稱的百分表測量，測表支架點安置在不受變形影響的位置。（2）  試驗按《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021 ― 2001）、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007―2002）的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。試驗前在承壓板底面鋪上一層厚度不超過20mm的砂墊層并鑿平。放上承壓板（邊長為500mm，面積為0.25m2 ），最大載入量不應(yīng)小于設(shè)計要求的兩倍，每加一級荷載后待沉降速率達(dá)到相對穩(wěn)定后再施加下一級荷載。每級荷載施加后，按間隔10min 、10min、10min、15min、15min，以后每隔30min測讀一次沉降量，當(dāng)連續(xù)兩小時內(nèi)，每小時的沉降量小于0.1mm時，則認(rèn)為在該級荷載下的沉降已趨于穩(wěn)定，再施加下一級荷載。試驗終止條件：①  承壓板周圍的土體出現(xiàn)明顯的側(cè)向擠出。

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