[分享]露天矿边坡设计

发表于2018-08-02     1238人浏览     1人跟帖     总热度:137  

露天矿边坡设计


露天矿边坡设计_1

露天矿边坡设计       (surface mining slope design)

根据露天矿边坡岩体的工程地质、水文地质和采矿工艺的约束条件,提供安全、可靠的露天采矿工程设计。露天矿剥离台阶推进到最终境界时,便形成最终边坡。露天矿最下一个台阶坡脚线和最上一个台阶坡顶线的连线与水平面的夹角称最终边坡角。当边坡角过陡时,稳定性差,易滑坡,危及人员和设备安全。当边坡角过缓时,则增加剥离量,降低矿山经济效益。设计优化边坡角对露天矿生产十分重要。

随着露天开采技术的发展,生产规模的不断扩大,开采深度的不断加深,以及对边坡岩石力学的认识和研究的不断深化,边坡工程的设计和管理亦日趋完善。20世纪50年代前,将边坡岩体视为均匀连续介质,应用土力学的理论,按圆弧形破坏来分析和计算边坡的稳定。60年代,提出了岩体是具有大量裂隙的非均质的地质体的概念。认识到裂隙构造对边坡稳定的控制作用并决定边坡的破坏模式。70~80年代,随着电子计算机的应用和发展,除传统的极限平衡法外,数值分析法(包括有限元法、边界元法和离散元法)和概率法在边坡设计中亦得到广泛应用,提高了边坡稳定性的定量计算功能。露天矿边坡设计的主要内容包括:边坡基础资料收集与测定、滑坡模式确定、边坡稳定性计算、边坡的防治与加固和边坡岩移监测。

边坡基础资料收集与测定          矿区工程地质和水文地质资料是边坡设计的依据。工程地质资料包括:矿区出现的各类地层的成因、时代和岩性特征,地质构造分布、发育情况及演变过程,各组结构面的生成序列及其特征,对构造应力场进行的地质力学分析等。水文地质资料有:地下水位、含水层的分布及其流量和渗透系数,现场取样并测定各类岩石的物理力学参数,如岩块的密度,抗压、抗拉、抗剪强度,弹性模量,泊松比,弱面的剪切强度,内摩擦角,粘结力和地震烈度等。

滑坡模式确定      按构造弱面在边坡岩体内的赋存特征,确定可能的滑坡模式,以便选择边坡稳定的计算方法。边坡岩体的破坏从受力条件分析,主要为拉断破坏和剪切破坏。有以下几种型式:(1)滑坡。指岩体沿一定的滑坡面发生剪切破坏。是边坡破坏最常见的型式。根据滑面特征又可分为平面型、任意折线型、圆弧型和楔型。(2)倾倒。当急倾斜的节理或裂隙断层特别发育时,坡面的岩层向采场内发生缓慢的弯曲变形。(3)崩塌。被陡倾角的张裂隙结构面分割的岩体,因根部折断或压碎而突然脱落并翻滚落下形成的破坏。

边坡稳定性计算         其方法有极限平衡法、数值计算法、概率法和工程类比法。(1)极限平衡法。在工程中应用最广泛。边坡稳定性用边坡安全系数,即滑面上的抗滑力和下滑力之比表示。安全系数大于1时为稳定边坡。设计中采用的安全系数为1.1~1.5。安全系数通常根据矿山的规模等级、坡顶附近是否有重要建(构)筑物及基础资料的可靠性等因素确定。然后针对不同的滑坡模式选择计算方法。对平面型破坏和圆弧型破坏,多采用垂直分条法和简化的毕肖夫(Bishop)法。对折线型或任意型的破坏,可采用萨尔玛(Sarma)法。对倾倒型破坏,可采用霍克布朗(E.HoeK J.W.Bray)推荐的计算方法。(2)数值计算法。包括有限元法、边界元法和离散元法三种。常用的是有限元法,即将边坡的连续体离散化为有限个单元,并假定这些单元只通过结点相互联结与制约,列出各节点力与位移的关系式,求出应力分布和应变位移的矢量图,显示出边坡体内的高应力区、拉应力区和塑性区的范围,因而得出稳定性评价和做出相应的防治决策。边界元法不同之处在于仅将边界划分为单元,因而方程的数目少得多,可节省大量计算工作量。离散元法的基本思想是在运动过程中单元结点可以分离,一个单元与其邻近单元可以接触也可以分开。因此,可以充分考虑岩体结构的不连续性,特别适用于节理岩体工程的计算分析。以上各种方法可以耦合使用,例如,用边界元法考虑远场应力的影响以模拟弹性的性质,用有限元法作为中间过渡考虑塑性变形,再用离散元法考虑近场不连续变形的情况,因而极大地扩展了数值法的解题范围。(3)概率法。应用数理统计法,把影响边坡稳定的因素,如节理裂隙长度、倾角、倾向和岩石力学参数等看成是相互独立的随机变量,统计这些变量的分布规律,求解滑坡的概率,做出风险分析,评估边坡的稳定。(4)工程类比法。当缺乏基础资料时,可参照类似矿山的地质条件选择边坡角。对松散表土和岩体,其最终边坡角为35。左右,中等稳固岩体为40左右,坚硬岩体为45左右。

边坡的防治与加固         设计中常用的措施有疏干排水、控制爆破和人工加固。易风化的岩石坡面可用锚杆金属网喷射混凝土护坡,对高度不大的边坡可采用钢筋混凝土墙和抗滑桩等。由于锚索技术的迅速发展,采场高陡边坡大面积加固已成为可行。预应力和非预应力长锚索实用深度已达30~40m,锚索的抗拉强度已达到5~6MN。

边坡岩移监测         监测边坡岩层位移,可发现滑坡预兆,预报滑坡。在采场的总出入沟、运输干线、坡顶附近有重要构筑物地段和不良岩体部位设计岩移监测剖面。最基本的方法是布置测量坐标网。常用的仪器有钢丝伸长计、激光测距仪和用于钻孔内的多点位移计等。

由于采场最终边坡是在十几年、几十年的挖掘过程中逐步形成的,对边坡岩体特性的了解也是逐步加深的。对边坡总体设计和局部处理,随着边坡岩体的不断揭露,会有个不断调整的过程。对边坡的应力和应变需进行跟踪监测,准确反馈信息,使边坡设计能在动态的变化中不断完善。


来源于:岩土联盟


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