露天矿边坡分析与控制ppt课件.ppt

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1、露天矿边坡稳定分析与控制露天矿边坡稳定分析与控制卓越工程师教育培养计划配套教材第五章第五章 弓长岭露天矿何家采区边坡优化设计弓长岭露天矿何家采区边坡优化设计 弓长岭矿业公司露天铁矿何家采区是鞍钢集团矿业公司主力采区之一，年产近四百多万吨铁矿石。虽然近期何家采区边坡工程没有发生大规模滑坡事故，但随着采深的增加，处于河床部位的上盘固定边坡的稳定性问题将凸显出来。2009年春季开始，上盘边坡上部土体出现了大面积的滑移，造成处于不稳定滑坡体的212m铁路线及其直流接触网被破坏，严重影响矿石输出，迫使矿山于2009年6月份对铁路进行移设，如图5.1所示。如果边坡出现进一步滑移，使得212m水平铁路全部报

2、废。图图5.1 5.1 上盘边坡上盘边坡212铁路线平台滑移情况铁路线平台滑移情况 为了确保露天矿安全生产的目标，需要开展对何家采区上盘边坡进行稳定性研究，为了保障弓长岭矿业公司露天铁矿何家采区上盘边坡工程的安全稳定，避免出现重大人员伤亡及被迫停产的被动局面，必须对上盘边坡整体稳定性进行分析，提出并采取综合有效的措施进行预测和防治。因此，开展“何家采区上盘边坡稳定性研究与边坡结构优化设计”，对保证露天矿的正常生产、避免重大事故的发生具有特别重要的意义。 弓长岭矿业公司露天铁矿位于辽宁省辽阳市弓长岭区岭东，西北距辽阳市火车站直距31.6公里，西南距鞍山火车站直距43.8公里，矿区地理座标东经12

3、330，北纬4106。矿区交通极为方便，辽（辽阳）溪（本溪）铁路从矿区西北端安平站通过矿区有专用宽轨铁路与辽溪线相接，由矿区到辽阳、鞍山、本溪有柏油路相通。矿区内属低山丘陵地貌。位于长白山山系西南部支脉千山山脉的西北部，除西北方为大的冲积平原外，大部分属于山岳地带，为壮年晚期地形，山脉走向一般为北东走向，部分为北西走向，山峰高度一般为海拔260500m，最高山峰海拔565m（高山）。最低处河床标高为220224m，相对比高339341m。山脉坡度不甚大，多为1020，剥蚀比较强烈，山谷多呈“U”字型。一、矿区自然地理特征一、矿区自然地理特征 区域范围：东起蓝河、西至汤河沿、南起周家东沟、北至安

4、平，东西长20公里，南北宽18.5公里，面积约370平方公里。1、地层本区为中国辽宁古陆基的一部分，所以出露本区之地层，以前震旦纪及震旦纪的变质岩系为主，并有小部分寒武纪、奥陶纪及石炭二叠纪岩层。本区域内还有不同时代侵入的岩浆岩以及大规模混合岩化作用而形成的混合岩和许多大小不等的酸中基性的岩脉侵入岩。出露于本区内的前震旦纪的岩石为本区最古老的地层，即所谓的“鞍山群”。铁矿层含于此鞍山群之内。鞍山群地层层序自上而下为：见书P93二、二、 区域地质区域地质 2、构造本区地层主要为古老的变质岩系所构成，它们受到吕梁及燕山运动时期的造山运动的影响，因而其构造很复杂。鞍山群地层区的古构造：在吕梁运动中或

5、在其稍后，由于大规模弓长岭花岗岩的侵入，致使将完成的大复背斜两翼互相有所脱落，西南翼又受到强大推动作用，向东南有所转动，成为今日的布局。弓长岭一矿区、二矿区、三矿区原是一个矿层，因为相互转动成为鼎足之势。二矿区为大复背斜的东北翼，一、三矿区为大复背斜的东南翼。东北翼内的高角度逆断层倾角与岩层的倾角有时一致，有时稍陡或稍缓，从而造成铁矿层有时受到切削或重叠现象；一、三矿区岩层走向北东50-90，倾斜东南10-50。 有向斜及背斜构造，它们的轴向是朝东南倾落。在一、三矿区与二矿之间存在的大规模数条横向平推断层走向北东30-60，倾斜北西60-80。在一矿区内有西北向的正断层，而在三矿区内有东北向的

6、逆断层。发育在震旦纪地层的褶皱构造：褶皱为背斜两冀走向北东并向西南倾落，为北西或南西10-30倾斜的波形缓倾角。在三矿区东北部有相同于上述轴向的大向斜构造。 一般的原始地貌是“背斜成山，向斜成谷。”但地貌形态往往“背斜成谷，向斜成山”，因为向斜地质坚 硬，不易侵蚀，而背斜则岩性脆弱，易被侵蚀当岩层弯曲方向相反时,要用以下方法判断：向斜:指的是岩层向下弯曲,主要的判断方法是内新外老,在一水平面上,中间是新岩层,而两边是老岩层。背斜:指的是岩层向上弯曲,主要的判断方法是内老外新,在一水平面上,中间是老岩层,而两边是新岩层。 问：图上属于背斜还是向斜？ 分布在弓长岭铁矿床南帮的岩层，目前揭露主要为前

7、震旦系鞍山群变质岩系，其次为鞍山群茨沟组铁矿及第四系山坡堆积物及冲积层。5.2.3 矿区地质矿区地质5.2.4 矿区构造矿区构造 弓长岭一矿区位于区域二级构造单元的弓长岭背斜南西翼。一矿区内两个上、下近于平行的铁矿层与其围岩构成一个缓倾斜的复式向斜。由四个向斜和三个背斜形成一个波浪式的褶皱构造。复式向斜轴向为北3050西，向南东倾伏，轴倾角2030。 区内褶皱构造按褶皱轴向与岩层走向的关系，可分成纵向褶皱与横向褶皱。本区的断裂构造按与岩层走向的关系基本可分为三组，即走向断层、斜交断层与横断层。 矿床由于构造运动的影响，普遍存在大小不等的构造，平行和斜交矿体走向。该断裂比褶皱构造稍晚之产物所充填

8、，故与地下水关系并非密切，但由于矿床受构造和区内大片混合岩侵入影响，使坚硬岩石产生节理裂隙，成为地下水的良好通路和聚集带。矿区出露的含水层主要以前震旦系鞍山群变质岩系的含铁矿石英岩为主，次为混合岩，钓鱼台组石英岩及第四系层。上盘边坡在开挖176m台阶时，边坡了渗水现象。在边坡底部开挖的集水池范围很大，每天都需要及时排水。到今年2010年，开挖到152m和140m台阶时，上盘边坡表面已没有渗水现象，底部集水池渗水量也很少，范围很小。主要原因是原河床下在176m水平左右存在弱含水层，经过一段时间的排水，地下水量减少。地下水对边坡稳定性影响程度逐渐减轻。5.2.5 水文地质水文地质 弓长岭露天铁矿何

9、家采区年设计生产能力400万吨，根据矿体赋存条件、自然地形和矿山开采设计的要求将露天矿采场边坡分成三个区域：I区：包括采场上盘和东、西端帮，长度约1850m，露天底标高为+8m和+56m，露天顶标高为+200m，边坡岩体主要为层状分布的片岩和矿体。区：主要为采场下盘9线以东，长度为750m，露天底标高为+8m，露天顶标高为+330m，边坡岩体主要为片岩和贫矿体。区：主要为采场下盘的9线以西，长度为800m，露天底标高为+56m，露天顶标高为+320m，边坡岩体主要为矿体地板围岩、即片岩和贫矿体。研究的重点为采场的上盘边坡，目前采场最低开采水平为140米左右，根据上盘的边坡结构及岩体特征将上盘边

10、坡划分为I区、II区、III区三个工程地质分区，如图5.2。5.2.6上盘边坡工程地质分区与节理裂隙调查上盘边坡工程地质分区与节理裂隙调查I区II区III区图图5.25.2上盘边坡分区图上盘边坡分区图 弓长岭露天铁矿何家采区年设计生产能力400万吨，根据矿体赋存条件、自然地形和矿山开采设计的要求将露天矿采场边坡分成三个区域：I区：包括采场上盘和东、西端帮，长度约1850m，露天底标高为+8m和+56m，露天顶标高为+200m，边坡岩体主要为层状分布的片岩和矿体。区：主要为采场下盘9线以东，长度为750m，露天底标高为+8m，露天顶标高为+330m，边坡岩体主要为片岩和贫矿体。区：主要为采场下盘

11、的9线以西，长度为800m，露天底标高为+56m，露天顶标高为+320m，边坡岩体主要为矿体地板围岩、即片岩和贫矿体。研究的重点为采场的上盘边坡，目前采场最低开采水平为140米左右，根据上盘的边坡结构及岩体特征将上盘边坡划分为I区、II区、III区三个工程地质分区，如图5.2。5.2.6上盘边坡工程地质分区与节理裂隙调查上盘边坡工程地质分区与节理裂隙调查5.3.1钻孔勘探及技术要求1、基本任务：孔勘探应基本查明边坡深部地层地质构造，岩体完整程度，节理裂隙及破碎带分布状况，进行岩石及结构面试验，为整体稳定性评价提供深部地层的地质资料和建议。2、技术要求：本次预计钻探2个孔，孔径为75mm，全部孔

12、均为取心钻探。施工中根据岩层走向，本次采用垂直钻孔钻进。岩芯采取率一般不低于90，破碎地带的岩芯采取率不得低于75，随钻机及时进行钻孔编录和参数统计，量测RQD指标，并按时完成钻探任务并提交钻孔柱状图。每个孔取在不同深度取有代表性的岩芯57组进行岩块物理力学参数试验，并提交试验成果。对岩心进行照相保存。根据钻孔揭露的地下水状况，选择合适的试验方法，进行水文试验。3、执行技术规范标准、岩土工程勘察规范（GB50021-2001）、建筑工程地质钻探技术标准（JGJ87-92）、岩心钻探规程（DE/T0091-94）、工程岩体试验方法标准（GB/T50266-99）、建筑抗震设计规范（GB50011

13、-2001）、煤和岩石物理力学性质测定方法（GB/T23561.6-2009）、工程岩体分级标准（GB50218-94）5.3 钻孔勘探与试验钻孔勘探与试验5.3.2钻孔布设与施工1、钻孔布设布设原则：按照露天矿边坡工程钻探规范，边坡钻探钻孔力求做到穿越边帮高度1213之间，终孔深度应穿越最终边坡圆弧型破坏潜在破裂面以下（自终了坡脚上延30左右），并尽可能穿越更多不同岩性地层和结构面。根据上述要求，由相关各方在实际施工中进行调整确定。2、钻孔倾角：根据岩层走向，为保证岩芯裂隙的调查量测，施工采用垂直直孔钻进，孔径75mm。孔号孔口坐标孔口标高（m）孔底标高（m）钻孔进尺（m）ZK1X=-332

14、2.014Y=4746.820157.14146.5110.6ZK2X=-3406.501Y=4521.485169.63929.5140.1表表5.15.1边坡勘察钻孔基本数据表边坡勘察钻孔基本数据表 3、钻孔取芯本次钻进采用双管单动绳索取芯，岩芯采取率达到100。量测岩体裂隙密度和RQD指标。根据边坡稳定性研究的需要和现场实际作业条件，在上盘边坡14线和15线之间158平台布设了ZK1钻孔，在10线附近的170米平台布设了ZK2钻孔。野外地质勘察施工，完成工程钻孔2个，单孔深度110m140m，总进尺251米，边坡勘察钻孔孔位、孔口标高与孔底标高等见表5.1和图5.8图5.9。在对岩体水文

15、地质试验及室内岩石试验分析结果整理的基础上，结合鞍山地区经验值，对勘察场地进行了工程岩体结构类型和工程岩体质量级别的划分，并对各种测试、试验数据进行综合分析整理，绘制完成边坡钻探工程地质柱状图等图表和工程勘察报告编制工作。156.7204.82125.3.3水文地质试验水文地质试验为了解岩层的含水性与渗透性，获取有关水文地质参数，根据钻探揭露地层及地下水位具体情况采取不同的水文试验方法。1、水文地质试验方法的选取（1）、地下水位测定、孔内地下水水位用万用表、双股电线观测。、钻探过程中作简易水位观测。、在水文试验前后均进行了稳定水位观测。（2）、试验方法的选定钻探中分别进行压水试验，利用定时间内

16、在钻孔中压入的水量和压力大小的关系，计算岩体相对透水性和定性了解岩体裂隙发育程度，不受岩体中有无地下水的限制。2、水文地质试验-压水试验本次钻探钻孔水文地质试验采用压水试验方法测取渗透系数K值具有很高的精度，压水试验分别在二个钻孔（ZK1ZK2）中进行，测定钻孔岩体渗透性。本次进行了6次（各3段）压水试验，取得了不同深度岩体的渗透系数值，了解岩体透水性。结果见表5.3。5.3.3水文地质试验水文地质试验孔号孔口标高试验段标高（m）岩组渗透系数（cm/s）ZK1157.14m40.331.8混合花岗岩4.6310-478.672.4假象赤铁石英岩、片岩7.1810-5110.6104.2磁铁石英

17、岩2.2310-5ZK2169.64m30.223.4混合岩5.310-486.880.5铁矿层与片岩互层带4.710-5102.495.5铁矿层与片岩互层带2.310-4表表5.3 5.3 水文地质压水试验综合成果表水文地质压水试验综合成果表 钻孔水文地质试验揭示的地层含水性及透水性变化较大。钻孔揭露岩体渗透性主要受节理裂隙控制，分析试验所取得的渗透系数值，结合岩芯状况，片岩、混合岩节理裂隙发育可达弱透水等级，石英岩应为微透水等级。钻探施工在8月份，地下水位与大气降水、采场下部采掘等因素有关，采区地下水位处于动态变化中。5.3.4 岩石物理力学性质试验岩石物理力学性质试验 对现场取样和钻孔岩

18、芯进行了岩石力学参数的试验，试验项目比重、密度、吸水率、单轴抗压试验、抗剪断试验和压缩变形试验，获得了钻孔各区段岩石试件的密度、空隙率、抗压强度、抗剪断将、弹性模量和波松比等物理参数。综合各试件的试验结果进行平均和统计。5.3.5钻孔电视观测钻孔电视观测 为了更真实了解钻孔中岩层节理裂隙发育程度和规律，研究采用JL-IDOI（A）智能钻孔电视成像仪进行观测。该仪器适用于工程地质、水文地质、地质找矿、岩土工程、矿山等部门；适用于垂直孔、水平孔和倾斜孔（俯角、仰角），锚索（杆）孔、地质钻孔和混凝土钻孔等各类钻孔，可形成数字化钻孔岩芯，永久保存，特别适合于无法取得实际岩芯的破碎带地层； 钻孔共揭露裂

19、隙30多条，石英岩40多层，破碎区多处。列出具有代表性的裂隙6条，石英岩6层，严重破碎区2处。裂隙数目以靠近地表居多，裂隙倾向范围75.1281.7，倾角范围46.880.6，平均在50左右；裂隙宽度范围1.76cm6.24cm，平均为2cm左右。石英岩层倾向范围15.1216.0，倾角范围59.384.2，最大厚度达20.9cm左右。破碎区范围5.5m14m。5.4.1边坡稳定性的FLAC数值模拟FLAC（Fast Langrangian Analysis Of Continua）是美国（Itasca Consulting Group Inc.）公司基于显式拉格朗日有限差分算法开发的岩土工程

20、数值模拟程序，在分析岩土工程结构的弹塑性力学行为、模拟施工过程等方面有其独到的优点，尤其在发生塑性流动或失稳的情况下FLAC可以很方便地模拟岩土结构从弹性到塑性屈服、失稳破坏直至大变形的全过程，这是其它一些连续介质数值方法无法比拟的。FLAC具有多种本构模型，程序还设有界面单元可以模拟断层、节理和摩擦边界的滑动、张开和闭合行为，支护结构，如抗滑桩、锚杆、支架等与围岩的相互作用也可以在FLAC中进行模拟。1、FLAC程序简介 美国明尼苏达大学和美国Itasca Consulting Group Inc.开发的二维有限差分计算程序FLAC2D 主要适用模拟计算地质材料和岩土工程的力学行为，特别是材

21、料达到屈服极限后产生的塑性流动。由于FLAC程序主要是为岩土工程应用而开发的岩土力学计算程序，程序中包括了反映地质材料力学效应的特殊计算功能，可计算地质类材料的高度非线性（包括应变硬化/软化）、不可逆剪切破坏和压密、粘弹（蠕变）、孔隙介质的应力渗流耦合、热力耦合以及动力学行为等。 FLAC2D程序设有多种本构模型：各向同性弹性材料模型、横观各向同性弹性材料模型、莫尔-库仑弹塑材料模型、应变软化/硬化塑性材料模型、双屈服塑性材料模型、节理化模型和空单元模型等，可用来模拟地下硐室的开挖和露天矿开采。2、模型的建立建立合理的、正确的数学和力学模型是数值分析的首要任务，模型设计的正确与否，是能否获得数

22、值分析准确结果的前提和基础。模型的设计，必须遵循下列原则：（1）、影响露天矿边坡稳定性的因素较多，包括地质因素和生产技术要素，构建FLAC模型时，必须分清各影响因素的主次，并进行合理的抽象、概化。所以，在模型设计时，必须突出主要因素，并尽可能的考虑其他因素。（2）、任何边坡工程都有时空特性，所以模型的设计必须能够体现伴随台阶逐渐延伸对边坡稳定性的影响这一动态过程。（3）、模型乃是实体的简化而不是失真的实体，设计的模型尽量要与实际相符，并尽可能地体现岩层的物理力学特性，如由于岩层节理、裂隙、断层而导致的岩体的不均匀性、不连续性等。2、模型的建立（4）、岩土工程问题实质上是半无限问题，由于受计算机

23、内存的限制，模拟时只能考虑一定的影响范围。因此，建立模型时必须考虑边界条件。（5）、模型的设计，应尽可能便于模拟计算。在考虑模拟范围时，既要能全面地体现各岩层的受力特性，又要顾及计算机的内存和运行速度。由于弓长岭何家采区开采范围较大，并且整个采场在环线方向上的变形很小，可忽略不计，故根据地质条件和边坡形态，选择位于上盘边坡三个分区中三个典型剖面做力学分析，采用平面应变的力学模型，即垂直于计算剖面方向的变形为零。取模型宽度为498m，高度从水平-100m起，一直模拟到地表，高度为312m。计算模型共有22446个平面单元，局部地方（开采区域）网格加密。模型底面限制水平和垂直两个方向上移动，模型两

24、侧限制水平方向移动。2、模型的建立岩石力学实验表明：当荷载达到屈服极限后，岩体在塑性流动过程中，随着变形仍保持一定的残余强度。本文计算采用理想弹塑性本构模型摩尔-库仑（Mohr-Coulomb）屈服准则。图5.10为计算剖面的水平位置图，取三个剖面分别代表三个不同区域。I剖面代表区域一，II剖面代表区域二，III剖面代表区域三。剖面II、剖面III分别穿过钻孔1和钻孔2.钻孔-1钻孔-2剖面剖面剖面剖面剖面剖面2、模型的建立混合岩混合岩、片岩、赤铁贫矿（薄层）片岩磁铁矿片岩现状水平128m水平104m水平80m水平56m水平32m水平8m水平147m水平第四系土层图图5.115.11计算剖面计

25、算剖面I模型模型2、模型的建立 图图5.11-图图5.13为各计算剖面的计算模型，分别为设计模型和现为各计算剖面的计算模型，分别为设计模型和现状模型。根据现场踏勘岩体裂隙发育情况和荷载抗压强度均值及其状模型。根据现场踏勘岩体裂隙发育情况和荷载抗压强度均值及其离散程度，参考弓长岭铁矿床一矿区何家采区补充勘探地质报离散程度，参考弓长岭铁矿床一矿区何家采区补充勘探地质报告，并通过其它露天矿边坡稳定分析的工程类比，计算所用的岩告，并通过其它露天矿边坡稳定分析的工程类比，计算所用的岩体力学参数见表体力学参数见表5.8。地层密度（kg/m3）粘聚力（MPa）内摩擦角（）抗拉强度（MPa）弹性模量（MPa）

26、泊松比第四系覆土20000.028170.0260.30混合岩（强风化）26000.375310.211800 0.25片岩26000.27534.50.213500 0.25混合岩、片岩、赤铁贫矿（薄层）28000.325330.512000 0.25磁铁矿33002.50032.5215000 0.20表表5.8 FLAC5.8 FLAC数值模拟计算选用的岩体力学参数数值模拟计算选用的岩体力学参数2、模型的建立 数值模拟计算过程如下：数值模拟计算过程如下：（1）根据各剖面形状，划出网格，形成现状及开采台）根据各剖面形状，划出网格，形成现状及开采台阶形状。考虑微机计算能力和精度要求局部地方（

27、开挖阶形状。考虑微机计算能力和精度要求局部地方（开挖区域）加密到单元。区域）加密到单元。（2）给计算模型加上约束，分别给铁矿石和岩体赋予）给计算模型加上约束，分别给铁矿石和岩体赋予相应的强度、变形参数值，在自重作用下形成初始应力相应的强度、变形参数值，在自重作用下形成初始应力场，得到台阶上各监测点的水平位移、垂直位移随模拟场，得到台阶上各监测点的水平位移、垂直位移随模拟开采进行的变化过程。计算开采进行的变化过程。计算20000时步。时步。（3）把形成初始应力场时的位移场重归为零，一次性）把形成初始应力场时的位移场重归为零，一次性形成开采现状，计算形成开采现状，计算10000时步，达到现状平衡。

28、然后时步，达到现状平衡。然后开始模拟开采过程，每个台阶一次性分层开采，每步开开始模拟开采过程，每个台阶一次性分层开采，每步开挖深度大约挖深度大约24m。每次模拟开采计算。每次模拟开采计算5000时步，各步时步，各步骤都形成数据文件，直到形成最终境界。骤都形成数据文件，直到形成最终境界。（4）分别模拟各开采进程。整理数据，分析结果。）分别模拟各开采进程。整理数据，分析结果。 5.4.25.4.2边坡稳定性极限平衡分析边坡稳定性极限平衡分析 从工程实用观点看，计算方法中无论采用何种假定并不影响最后求得的稳定安全系数值。本论文将采用四种方法来寻找安全系数解集中的最小值，这个最小值就是边坡稳定安全系数

29、。（一）计算剖面边坡稳定性 根据弓长岭露天矿上盘边坡范围及周边地质条件，选取了三个剖面进行稳定性计算。 本次边坡稳定性计算与分析所采用的岩土物理力学性质指标见表5.8。 图5.14为上盘边坡-剖面开挖156m、92m、8m水平时稳定性极限平衡计算滑面计算图，图5.15和图5.16为边坡剖面开挖到三个水平强度和抗剪强度分布度图，表5.95.11为三个剖面的稳定性计算结果。 5.4.25.4.2边坡稳定性极限平衡分析边坡稳定性极限平衡分析 （a a） 开挖至开挖至156m156m（b b）开挖至）开挖至92m92m（c c）开挖至开挖至8m8m 边坡的稳定性系数是判断边坡稳定最重要的边坡的稳定性系

30、数是判断边坡稳定最重要的参数，利用极限平衡法和参数，利用极限平衡法和FLACFLAC数值模拟都可以计数值模拟都可以计算边坡的稳定性系数，下表为各剖面计算的稳定算边坡的稳定性系数，下表为各剖面计算的稳定性系数值总表。性系数值总表。剖面稳定性系数现状（156m水平）开挖到铁矿水平 开挖到8m水平数值模拟极限平衡数值模拟极限平衡数值模拟极限平衡剖面I计算系数2.82.5681.631.7161.681.715折减系数2.141.961.251.311.291.31剖面II计算系数2.332.0331.441.3261.441.325折减系数1.781.551.101.021.101.02剖面III计

31、算系数3.263.2281.922.0461.932.215折减系数2.492.471.471.561.481.69表表5.18 5.18 数值模拟和极限平衡计算的边坡稳定性系数数值模拟和极限平衡计算的边坡稳定性系数注：折减安全系数是指按爆破震动折减注：折减安全系数是指按爆破震动折减10%10%（KZ Z=0.1=0.1）和地下水折减和地下水折减15%（KS S=0.15=0.15）。）。 表中的计算系数是指通过数值模拟和极限平衡获表中的计算系数是指通过数值模拟和极限平衡获得的边坡稳定性系数，这里没有考虑下雨入渗和爆破得的边坡稳定性系数，这里没有考虑下雨入渗和爆破震动，折减系数是在原稳定性系数

32、基础上按照传统的震动，折减系数是在原稳定性系数基础上按照传统的爆破震动折减爆破震动折减10%10%（KZ=0.1KZ=0.1）和地下水折减）和地下水折减15%15%（KS=0.15KS=0.15）获得。）获得。 从表中可以看出，三个剖面的稳定性系数不尽相从表中可以看出，三个剖面的稳定性系数不尽相同。其中剖面同。其中剖面I I、剖面、剖面IIIIII在开采过程中直至降到在开采过程中直至降到8m8m水水平，边坡的稳定性折减系数都大于平，边坡的稳定性折减系数都大于1.21.2。但剖面。但剖面IIII降降到到80m80m水平和水平和8m8m水平时，边坡的稳定系数大概只有水平时，边坡的稳定系数大概只有1

33、.31.3左右，如果加上爆破折减和雨水折减，稳定性系数只左右，如果加上爆破折减和雨水折减，稳定性系数只有有1.021.02，接近于滑坡边缘。，接近于滑坡边缘。 因此在开挖过程中对剖面因此在开挖过程中对剖面IIII附近边坡需要采取一附近边坡需要采取一定的措施，提高边坡的稳定性，如靠帮时采取减震爆定的措施，提高边坡的稳定性，如靠帮时采取减震爆破，减少雨水的入渗或降低一定的边坡角。破，减少雨水的入渗或降低一定的边坡角。 5.5.15.5.1概述概述 弓长岭露天铁矿何家采区上盘开采水平至156m，受山体地质结构和地下水等因素影响，1417线178m以上边坡滑塌，东西延展长度约300m，导致212m铁路

34、线一幅地基破坏，滑坡顶部周界基本呈弧形，张裂下沉0.41.2m，最下部剪出口呈一定厚度，基本在178180m标高，坡面起伏不平，大部分平台缺失，危岩裸露。现有滑坡体为表层风化岩、第四系坡洪积、回填石，垂直于滑坡主方向张裂缝平行发育，在各种不利条件下，滑体后缘仍可能向后发展，造成现有剩余两条铁路运输线部分处于危险状态，特别是随采深不断加深，不但对采区矿石运输构成很大威胁，更为严重的是一旦破坏将直接滑塌至采场，造成人员和经济损失，影响正常剥采生产。 调查分析影响边坡稳定性的主导因素与演变规律，针对潜在变形破坏的形成机制及发展趋势，进行边坡稳定性分析，在此基础上提出了边坡整治初步设计方案。 5.5.

35、25.5.2边坡工程地质特征（略）边坡工程地质特征（略） 5.5.35.5.3滑塌现状及机制滑塌现状及机制 本次滑塌属于牵引式滑坡，具体表现为下部156m台阶开采靠帮，坡度陡，应力集中，台阶坡岩体破碎松散，出现台阶局部沿结构面的坍塌，牵引上覆第四系及回填路基座错下沉。从立面上看，本次变形滑坡可分为两段，西半段1415（+30）线和东半段15（+30）17线，如图5.23。 西半段：168m180m水平局部滑塌，168平台缺失，上部岩土体在下部支撑下降情况下，出现滑移沉降，形成边帮一坡到顶态势，表层持续变形，牵引上部松散体开裂滑移。 东半段：168m180m水平台阶岩体崩塌，后方岩体失去支撑而陡

36、倾临空，向坑内出现变形，上部岩土体扰动后出现座错变形，为潜在滑坡体。西段滑塌、东段变形共同叠加作用，反映到212m水平在15（+30）16线张裂、下沉变形至铁路路基。 根据现场调查，上述变形滑塌为浅表性滑移，滑坡体下部厚度小（8m），形成倒三角形态，潜在滑移及坍塌总方量在810万m3，对下部安全剥采、运输构成极大危害。 因此必须采取措施消除安全隐患，而考虑改变铁路运输线仅仅避免了运输的安全，但滑体对下方的正常靠帮开采生产危害并不能消除。因此治理加固同时可以保证运输通道的正常运行，又可提高深部开采边坡稳定安全程度。 5.5.35.5.3滑塌现状及机制滑塌现状及机制 图图5.23 5.23 何家采

37、区上盘变形滑塌总体分布图何家采区上盘变形滑塌总体分布图 5.5.45.5.4滑体位移监测滑体位移监测 滑体位移监测工作的主要任务是针对何家采区上盘边坡地质环境和工程地质特征，确定变形关键部位，突出重点，建立完整的监测剖面和长期的监测网。 滑体位移监测采用对地表埋桩观测的方法，地表位移采用全站仪监测边坡岩体的绝对位移变化情况，通过定期、长期观测，分析边坡变形移动趋势，同时判定边坡稳定程度与降雨、爆破的相关性。 图5.24为滑体监测点水平布置图，根据现场滑体情况和条件，布置了三条测线，1#测点和2#测点组成一条测线，3#测点和4#测点组成一条测线。5#测点单独成为一条测线。 图5.25-图5.36

38、为三条测线上各测点水平位移和垂直位移的监测结果，以2010年4月初为基准点，在两个月时间内累计的水平位移量和垂直位移量都达到了400-700mm水平，总体而言，200m平台的位移量比212m铁路线平台更大一些。从位移量来看，滑体处于滑移边缘，应尽量提早进行边坡的治理工作。 5.5.45.5.4滑体位移监测滑体位移监测 图图5.24 5.24 滑体监测点水平布置图滑体监测点水平布置图 5.5.45.5.4滑体位移监测滑体位移监测 图图5.25 1#5.25 1#、2#2#测点水平位移监测结果测点水平位移监测结果 5.5.45.5.4滑体位移监测滑体位移监测 图图5.26 1#5.26 1#、2#

39、2#测点水平累计位移监测结果测点水平累计位移监测结果 5.6.1 5.6.1 露天矿边坡稳定性影响因素露天矿边坡稳定性影响因素（略）（略）5.6.2 5.6.2 边坡治理对策边坡治理对策 根据何家采区上盘边坡开挖现状和勘察报告对边坡稳定性的主导结构面分布与演变规律，针对潜在变形破坏的形成机制及发展趋势，进行边坡稳定性定性评价分析，在此基础上考虑了边坡防治对策方案。1、锚索加固 何家采区上盘边坡岩层主要由片岩和混合岩组成，岩体强度低，节理裂隙结构面十分发育，结构面光滑、延展好，受风化、地下水、降水等淋滤作用，造成岩体结构面和岩脉的强度软化，抗剪强度降低，自稳能力降低，易造成突发性的边坡滑塌破坏。

40、局部岩体松散破碎十分严重，部分位置存在滑坡危险。 预应力锚索加固治理边坡变形是最有效的一种工程措施，其通过施加外力来改变滑体的力学平衡条件，以达到抵抗其变形破坏的目的。采场软弱结构面发育，结构面的抗滑力与作用于结构面的正应力大小密切相关。通过预应力锚索来增加结构面的正应力，从而使潜在失稳的岩体保持稳定。 5.6.2 5.6.2 边坡治理对策边坡治理对策 2、降低边坡角 削坡减载是提高边坡稳定性的重要方法，但由于212m铁路线平台比较狭窄，大规模的削坡减载不现实。而且单纯削坡有可能形成新的滑体。因此对II剖面适当降低坡面角或增加平台宽度，降低边坡角也是提高边坡稳定性的重要手段。对于上盘边坡，原设

41、计最终边坡角47o，阶段坡面角65o，安全平台宽度5m，清扫平台和汽车运输平台宽度为13m。而目前的边坡角如下表：剖面剖面I剖面II剖面III设计 现状设计 现状 设计现状边坡角 43 3742 36 4337表表5.19 5.19 边坡角边坡角 5.6.2 5.6.2 边坡治理对策边坡治理对策 2、降低边坡角 从表中可以看出，边坡从坡顶的212m水平铁路线到目前的坑底152m和140m水平，三个剖面的设计边坡角为43o左右，而开采现状的边坡角为37o左右。而且阶段的坡面角都达不到设计65o，实际为55o左右。从数值计算和极限平衡计算来看，剖面II目前的稳定性系数为1.55，如果开挖按照坡面角

42、65o，挖到铁矿92m水平时，稳定性系数降到1.02左右。因此如果按照目前的坡面角55o，开挖到铁矿92m水平和坑底8m水平时，稳定性系数达到1.2。满足固定帮边坡稳定性要求。图5.39为剖面II在92m水平以上剖面角为55o。剖面剖面I剖面II剖面III设计 现状设计 现状 设计现状边坡角 43 3742 36 4337表表5.19 5.19 边坡角边坡角 5.6.2 5.6.2 边坡治理对策边坡治理对策 针对弓长岭露天铁矿何家采区上盘边坡现状以及将来的演化情况，除了以上几个特殊区域的加固措施外，还应在以下几个方面进行综合治理。（1）、减震爆破 减震爆破是维护露天矿边坡稳定比较有效的方法。包

43、括：减少每段延发爆破的炸药量，使冲击波的振幅保持在最小范围之内。每段延发爆破的最优炸药量应根据具体矿山条件试验确定。预裂爆破，是当前国内外广泛应用的改善矿山最终边坡状况的最好办法。该法是在最终边坡面钻一排倾斜小直径炮孔，在生产炮孔爆破之前起爆这些孔，使之形成一条裂隙，将生产爆破引起的地震波反射回去，保护最终边坡免遭破坏。缓冲爆破，是在预裂爆破带和生产爆破带之间钻一排孔距大于预裂孔而小于生产孔的炮孔，其起爆顺序是在预裂爆破和生产爆破之间，形成一个爆破地震波的吸收区，进一步减弱通过预裂带传至边坡面的地震波，使边坡岩体保持完好状态。 5.6.2 5.6.2 边坡治理对策边坡治理对策（2）、地表水和地

44、下水的治理、防止地表水入浸滑坡体。可采取填塞裂缝和消除地表积水洼地、用排水天沟截水或在滑坡体上设置不透水的排水明沟或暗沟等措施。、对地下水丰富的滑坡体可在滑体周界5m以外设截水沟，或在滑体内设支撑盲沟和排水孔等。、在坡面有泉眼的地方打疏干孔，以利于排出坡面渗水，减小渗水压力。、加强坑底排水，每下一个台阶时，沿着上盘边坡的坡脚挖一个渗水沟，而不是目前的渗水坑，通过加强排水，达到降低地下水位的目的，围护边坡的稳定。（3）、日常维护靠帮边坡应进行经常性的清扫维护，将台阶上松散杂乱的滚石清除干净，及时消除安全隐患。如果大区段范围内存在破碎岩层时，应及时刷帮或采取加固措施来稳定靠帮边坡。 通过对何家采区

45、上盘边坡数值计算、理论分析和现场实测，系统研究了上盘边坡滑坡形成机理、边坡稳定性的现状及发展趋势，从而提出边坡参数的优化方案和治理措施。获得了如下主要结论：（1）、对何家采区上盘边坡进行了详细的地质调查和地质资料分析，基本查明了该边坡的岩性分布，大小断层和节理裂隙分布及边坡岩体的破碎程度。完成了调查区域地质分区，边坡分成I、II、III三个具有代表性的区域。（2）、布置了两个个工程钻探孔，基本查明边坡深部地层地质构造，岩体完整程度，节理裂隙及破碎带分布状况，进行岩石及结构面试验。并进行了水文地质试验，获得了边坡岩体的渗透系数。同时对两个钻孔进行了钻孔电视的观测，清晰地观察到深部岩体节理裂隙的形

46、态和分布规律。（3）、对边坡取芯岩样和地表岩样进行实验室岩石力学实验，获得了岩石强度与弹性模量等参数，利用Hoek-Brown强度理论确定了岩体强度。 （4）、通过上盘边坡表面渗水情况和矿坑底部集水池渗水量的长期观测，目前台阶开挖到152m和140m水平时，渗水量很少。而开挖176m台阶时渗水量较大，主要原因是原河床下在176m水平左右存在弱含水层，经过长时间的排水，地下水量逐渐减少。因此地下水对边坡稳定性影响程度逐渐减轻。（5）、通过数值模拟和极限平衡分析，三个剖面的稳定性系数不尽相同。其中剖面I、剖面III在开采过程中直至降到8m水平，边坡的稳定性折减系数都大于1.2。但剖面II降到92m

47、水平和8m水平时，边坡的稳定系数大概只有1.3左右，如果加上爆破折减和雨水折减，稳定性系数只有1.02，接近于滑坡边缘。因此在开挖过程中对剖面II附近边坡需要采取一定的措施，提高边坡的稳定性，如靠帮时采取减震爆破，减少雨水的入渗或降低一定的边坡角。 （6）、根据上盘边坡节理和断层的分布规律，建立了何家采区上盘边坡碎裂体工程地质模型。上盘边坡可以分为典型的三个区域，1）区域I和区域III为上盘边坡的东侧和西侧，为典型的碎裂工程地质模型，该区域可以不做加固措施。一般情况下可进行日常的清扫，防治边坡岩体滚落。2）区域 II为上盘边坡中东部区域，岩体比较破碎，容易发生楔形体滑坡，应适当采取加固措施，如

48、在明显的断层附近区域进行进行锚杆锚索加挡墙进行支护。（7）、上盘边坡从坡顶的212m水平铁路线到目前的坑底152m和140m水平，三个剖面的设计边坡角为43o左右，而开采现状的边坡角为36o左右。而且阶段的坡面角都达不到设计65o，实际为55o左右。从数值计算和极限平衡计算来看，剖面II目前的稳定性系数为1.55，如果开挖按照坡面角65o，挖到铁矿92m水平时，稳定性系数降到1.02左右。因此如果按照目前的坡面角55o，开挖到铁矿92m水平和坑底8m水平时，稳定性系数达到1.2。满足固定帮边坡稳定性要求。 （8）、以2010年4月初为基准点，在两个月时间内累计的水平位移量和垂直位移量都达到了400-700mm水平，总体而言，200m平台的位移量比212m铁路线平台更大一些。从位移量来看，滑体处于滑移边缘，应尽量提早进行边坡的治理工作。（9）、上部不稳定滑坡体采用削坡和加固相结合的治理措施，具体为滑坡西段采用锚索+地梁加固，滑坡东段采用锚杆+锚索加固。（10）、为了提高靠帮边坡的稳定性，靠帮爆破时应采取有效的预裂控制爆破措施与技术，尽最大可能减小对固定帮边坡岩体的损伤破坏，提高边坡的整体稳定性。（11）、水对上盘边坡稳定性的影响很大，虽然地下水对边坡稳定性影响逐渐减小，但地表水的影响不可避免，在靠帮边坡上尽量布置截水沟，采用自流式排水方式，减少地表水渗入边坡及对边坡稳定性的影响。