多臺(tái)階山坡露天礦邊幫穩(wěn)定性分析

內(nèi)容概要

　　本書(shū)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)某山坡露天礦采場(chǎng)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(shū)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(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果，采用極限平衡法和有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算邊坡靜力穩(wěn)定性分析；并在地震設(shè)防等級(jí)為8級(jí)，采用El-Centro地震波記錄進(jìn)行了動(dòng)力穩(wěn)定性計(jì)算分析。按照模擬設(shè)計(jì)法和校驗(yàn)設(shè)計(jì)法進(jìn)行工作邊坡角設(shè)計(jì)，計(jì)算獲得了邊坡穩(wěn)定的最大工作邊坡角?？紤]采場(chǎng)邊幫坡面走向，將邊坡大致分為I、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)區(qū)段，在各區(qū)段選取典型剖面，分析計(jì)算得到了各區(qū)段的最終邊坡角。
　　本書(shū)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(zhuān)業(yè)研究生和本科生的教學(xué)參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

前言
第1章 露天礦邊坡巖土體的試驗(yàn)研究
　1.1 引言
　1.2 室內(nèi)試驗(yàn)研究
　1.2.1 試驗(yàn)內(nèi)容
　1.2.2 試驗(yàn)原理
　1.2.3 試驗(yàn)成果
　1.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
　1.3.1 試驗(yàn)內(nèi)容
　1.3.2 試驗(yàn)原理
　1.3.3 試驗(yàn)方法
　1.3.4 試驗(yàn)點(diǎn)布置及描述
　1.3.5 試驗(yàn)成果
　1.4 本章小結(jié)
第2章 露天采場(chǎng)邊坡現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)
　2.1 巖體完整性聲波測(cè)試
　2.1.1 聲波測(cè)試目的
　2.1.2 聲波測(cè)試基本原理
　2.1.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)情況
　2.2 露天采場(chǎng)生產(chǎn)爆破監(jiān)測(cè)
　2.2.1 爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)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(duì)露天礦的危害
　2.2.5 爆破地震監(jiān)測(cè)原理及依據(jù)
　2.2.6 測(cè)試系統(tǒng)及發(fā)展
　2.2.7 監(jiān)測(cè)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(chǎng)鉆孔測(cè)斜儀深部位移監(jiān)測(cè)
　2.3.1 礦山邊坡安全監(jiān)測(cè)意義
　2.3.2 地下巖移監(jiān)測(cè)網(wǎng)
　2.3.3 測(cè)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(dòng)監(jiān)測(cè)孔的安裝
　2.3.6 測(cè)斜儀的組裝
　2.3.7 測(cè)試過(guò)程
　2.3.8 測(cè)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(chǎng)實(shí)測(cè)資料
　2.3.11 監(jiān)測(cè)結(jié)果
第3章 露天采場(chǎng)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(jì)算軟件簡(jiǎn)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(jì)算工況條件
　3.3.6 計(jì)算結(jié)果分析
　3.4 本章小結(jié)
第4章 露天采場(chǎng)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(dòng)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(jiǎn)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(jì)算工況條件
　4.3.3 主要剖面有限元計(jì)算結(jié)果分析
　4.4 本章小結(jié)
第5章 露天采場(chǎng)工作邊坡角的計(jì)算
　5.1 概述
　5.2 露天礦邊坡設(shè)計(jì)方法
　5.2.1 模擬設(shè)計(jì)方法
　5.2.2 校驗(yàn)設(shè)計(jì)方法
　5.2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
　5.3 模擬設(shè)計(jì)法成果
　5.3.1 國(guó)內(nèi)外露天礦設(shè)計(jì)成果
　5.3.2 露天采場(chǎng)邊幫模擬法設(shè)計(jì)成果
　5.4 校驗(yàn)設(shè)計(jì)法計(jì)算成果
　5.4.1 模型建立及單元的劃分
　5.4.2 計(jì)算工況條件
　5.4.3 主要剖面有限元校驗(yàn)計(jì)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(chǎng)最終邊坡角的計(jì)算
　6.1 計(jì)算區(qū)段劃分與計(jì)算剖面選取
　6.2 模型建立及單元的劃分
　6.3 計(jì)算工況條件
　6.3.1 邊界條件
　6.3.2 荷載條件
　6.3.3 計(jì)算工況
　6.4 主要剖面有限元計(jì)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(yè)：第1章  露天礦邊坡巖土體的試驗(yàn)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(mén)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(lái)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)的地區(qū)和西部地區(qū)。 當(dāng)?shù)氐孛惨愿呱綖橹鳎嬗胁糠稚皆土闵⑵綁危貏?shì)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(duì)高差1000余米，礦區(qū)盤(pán)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(jì)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(jí)邊坡宜采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)、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(jí)邊坡可采用室內(nèi)試驗(yàn)、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(jí)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(shí)可進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。 針對(duì)研究礦區(qū)露天采場(chǎng)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(diǎn)，邊坡巖土體參數(shù)的選取采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)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(jì)規(guī)范》（GB50007―2002）、《工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50266―99）、《水 利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》（SL264―2001）的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi) 試驗(yàn)。 1.2 室內(nèi)試驗(yàn)研究 1.2.1 試驗(yàn)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(yàn)原理 按照《工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50266―99）、《水利水電工程巖石試驗(yàn) 規(guī)程》（SL  264―2001）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)： 巖石塊體的密度試驗(yàn)可采用量積法、水中稱(chēng)量法或蠟封法。 巖塊單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)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(yàn)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(jì)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(cè)表讀數(shù)（mm）；ud ―― 橫向測(cè)表讀數(shù)（mm）；uh0 ―― 縱向測(cè)表初始讀數(shù)（mm）；ud0 ―― 橫向測(cè)表初始讀數(shù)（mm）；L ―― 縱向測(cè)量標(biāo)距（mm）；D ―― 試件直徑、橫向測(cè)量標(biāo)距（mm）。彈性模量、變形模量和泊松比按下式計(jì)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(xiàn)上直線(xiàn)段起始點(diǎn)的應(yīng)力值（MPa）；σb ―― 應(yīng)力與縱向應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)上直線(xiàn)段終點(diǎn)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(xiàn)模量（MPa）；σ50 ―― 抗壓強(qiáng)度50 % 的應(yīng)力值（MPa）；εh50 ―― 應(yīng)力為σ5 0 時(shí)的縱向應(yīng)變值；εd50 ―― 應(yīng)力為σ50 時(shí)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(yàn)采用圍壓三軸試驗(yàn)（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(xiàn)，在最佳關(guān)系曲線(xiàn)上選定若干組對(duì)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(kù)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(yàn)成果通過(guò)對(duì)巖石巖性、結(jié)構(gòu)、顏色的分析，將巖樣分為6組，分別編號(hào)1#～6#，各組巖樣物理力學(xué)室內(nèi)試驗(yàn)成果如表1.1所示。室內(nèi)試驗(yàn)委托長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院重慶巖基研究中心進(jìn)行。1.3  現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)1.3.1  試驗(yàn)內(nèi)容直剪試驗(yàn)（抗剪強(qiáng)度、C）、地基靜載荷試驗(yàn)（土的變形模量、地基承載力）。1.3.2  試驗(yàn)原理直接剪切試驗(yàn)是測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度的最簡(jiǎn)單的方法，它所測(cè)定的是土樣預(yù)定剪切面上的抗剪強(qiáng)度。直剪試驗(yàn)所使用的儀器稱(chēng)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(dòng)試樣產(chǎn)生位移并測(cè)定相應(yīng)的剪應(yīng)力；后者則是對(duì)試樣分級(jí)施加水平剪應(yīng)力，同時(shí)測(cè)定相應(yīng)的位移。直剪試驗(yàn)安裝如圖1.2所示，試驗(yàn)時(shí)，由杠桿系統(tǒng)通過(guò)加壓活塞和透水石對(duì)試樣施加某一法向應(yīng)力s，然后等速推動(dòng)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(cè)定。試驗(yàn)中通常對(duì)同一種土取3～4個(gè)試樣，分別在不同的法向應(yīng)力下剪切破壞，可將試驗(yàn)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(duì)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(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，直線(xiàn)方程可用庫(kù)侖公式表示；對(duì)于黏性土，抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力之間也基本成直線(xiàn)關(guān)系，該直線(xiàn)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(xiàn)方程亦可用庫(kù)侖公式表示，如圖1.1所示。庫(kù)侖公式為τf ＝C + σtan現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)示意圖如圖1.2所示。地基靜荷載試驗(yàn)原理就是通過(guò)荷載試驗(yàn)或旁壓試驗(yàn)所測(cè)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(lái)反算土的變形模量以及確定承載力的標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)設(shè)備安裝實(shí)例如圖1.3所示。1.3.3  試驗(yàn)方法1.直剪試驗(yàn)方法試驗(yàn)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(jí)荷載分四次等量施加，每加一次法向荷載，間隔5min測(cè)讀一次法向變形，即可施加下一級(jí)荷載。最后一級(jí)荷載施加后，仍按上述時(shí)間讀數(shù)，當(dāng)法向變形達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，可開(kāi)始施加剪切荷載。2）  剪切荷載施加（1） 開(kāi)始按預(yù)估最大剪切荷載的7%（或10%）分級(jí)等量施加，巖體按5～10min，土體按30s施加一級(jí)剪切荷載，當(dāng)剪切變形急劇增長(zhǎng)或剪切變形達(dá)到試體尺寸的1/10 時(shí)可終止試驗(yàn)。（2） 根據(jù)剪切位移大于10mm 時(shí)的試驗(yàn)成果確定殘余抗剪強(qiáng)度，需要時(shí)可沿剪切面繼續(xù)進(jìn)行摩擦試驗(yàn)。將剪切荷載分2～3級(jí)卸荷至零。3）   試塊描述試驗(yàn)結(jié)束后，翻轉(zhuǎn)試體，測(cè)量實(shí)際剪斷面積，描述剪斷面的破壞情況、擦痕的分布和長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)面性質(zhì)，測(cè)定剪斷面的起伏差等。2.靜荷載試驗(yàn)方法（1）  采用液壓千斤頂加荷，用壓力表測(cè)量試驗(yàn)荷載，荷載反力由堆載提供，重量滿(mǎn)足試驗(yàn)要求。沉降量用四個(gè)對(duì)稱(chēng)的百分表測(cè)量，測(cè)表支架點(diǎn)安置在不受變形影響的位置。（2）  試驗(yàn)按《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021 ― 2001）、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007―2002）的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。試驗(yàn)前在承壓板底面鋪上一層厚度不超過(guò)20mm的砂墊層并鑿平。放上承壓板（邊長(zhǎng)為500mm，面積為0.25m2 ），最大載入量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)要求的兩倍，每加一級(jí)荷載后待沉降速率達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后再施加下一級(jí)荷載。每級(jí)荷載施加后，按間隔10min 、10min、10min、15min、15min，以后每隔30min測(cè)讀一次沉降量，當(dāng)連續(xù)兩小時(shí)內(nèi)，每小時(shí)的沉降量小于0.1mm時(shí)，則認(rèn)為在該級(jí)荷載下的沉降已趨于穩(wěn)定，再施加下一級(jí)荷載。試驗(yàn)終止條件：①  承壓板周?chē)耐馏w出現(xiàn)明顯的側(cè)向擠出。

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