基于极限平衡理论的露井联采层状边坡稳定性计算方法

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51104084
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
25.0万
负责人：
王东
依托单位：
辽宁工程技术大学
学科分类：
E0405.矿山开采工程
结题年份：
2014
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2014-12-31

项目参与者：
曹兰柱；陈应显；贾兰；黄昕；郭靖；
关键词：
边坡稳定性数值模拟框架式模型试验极限平衡理论露井联采

项目摘要

矿产资源的合理开发已成为当今世界尤其是我国可持续发展的重大问题，为最大限度回收资源，矿山常采用露井联采，使得边坡受到双重采动效应影响，其稳定性分析和控制问题变得极为复杂。本项目拟采用数值模拟和框架式模型试验方法，研究分析露井联采层状边坡岩体应力分布规律，并按开挖条件对露井联采层状边坡的变形破坏模式进行类型划分；应用弹塑性理论和数学分析法建立岩体应力分布规律的数学模型，提出条块间和底滑面力的假设条件，从而推导出一种新的基于极限平衡理论的露井联采层状边坡稳定性评价方法，实现开挖位置、尺度和形态及岩土力物理力学指标对边坡稳定性影响的定量描述；应用VBA编程技术对AutoCAD进行二次开发，形成高效、直观、实用性强的露井联采边坡稳定性计算软件。本项目旨在研究一种露井联采边坡稳定性计算的行之有效的方法，其成果必将推进露井联采边坡稳定性方面的研究工作，为实现露井联采矿山的安全、高效生产提供科学依据。

结项摘要

露井联采是最大限度回收矿产资源的有效方式。但由于受到两种采动效应影响，露井联采边坡岩体的变形规律及稳定性问题显得极为复杂和突出。如何科学评价该种条件下边坡的稳定性，掌握岩体的变形、破坏及位移特征，制定有效的边坡控制措施，已成为采矿工程亟待解决的技术和安全问题。作为一种条件极其复杂的边坡，关于露井联采边坡岩移规律分析、静态稳定性计算及其动态稳定性监测等方面的研究仍存在如下关键科学与技术问题尚未解决：地下开采对露天矿边坡破坏模式及其稳定性有何影响，影响到何种程度未形成理论上的统一认识，无法科学指导边坡工程设计与安全实施；地下开采影响下露天矿边坡变形破坏力学机制及失稳机理尚不清楚，无法为边坡工程防护提供科学依据；尽管位移监测技术在边坡动态稳定性分析中得到了广泛应用，但对于边坡进入变形加速阶段的判断往往在获得进入该阶段后的一系列监测数据才能做出，因而是滞后的，如何充分利用监测数据及时、准确实施滑坡预警尚无科学的理论依据。.为解决上述问题，以典型矿山为工程背景，综合应用现场调研、理论分析、相似材料模拟试验、数值模拟、现场监测及数理统计等方法和手段，对露井联采层状边坡岩移规律及稳定性等问题开展了深入研究。从理论上分析了地下开采对边坡破坏模式及稳定性的影响，提出了露井联采边坡破坏类型并推导了受地下开采影响时的边坡稳定性计算方法；通过相似材料模拟试验，揭示了露井联采不同阶段井采空间上覆岩层的变形破坏特征和地表下沉特征，分析了地下开采对露天矿边坡变形的影响；应用数值模拟，对比分析了单一露天开采和露井联采条件下逆倾边坡稳定性，阐明了两种条件下边坡失稳过程中的变形破坏特征、位移特征及应力分布特征，分析了露井联采边坡稳定性下降的原因；通过整理分析地表位移监测数据，分析了露井联采层状边坡的变形规律及其主要影响因素，圈定了地下开采对边坡的影响范围，同时判定了边坡的稳定性态和相对不稳定区域；基于假设检验原理，应用分布形态检验方法分析了边坡处于不同变形阶段时位移速度及位移加速度变量的分布特性，首次提出了边坡临滑时刻的动态识别方法，可提高滑坡预警的可靠性。.通过研究，形成了基于极限平衡理论的露井联采层状边坡稳定性计算方法，为该种条件下边坡工程设计与实施提供了科学手段，同时对露井联采边坡稳定性方面的研究工作具有一定的推动作用。