大冶铁矿东露天采场岩体结构特征与典型地段边坡稳定性分析

摘要

位于环太平洋构造活动带内的大冶铁矿是我国著名的接触交代型铁矿床，其露天采场由象鼻山、狮子山、尖林山三个矿段组成。经过50余年的开采，已经形成东西长2400m，南北宽1000m，深度230～444m，最终坡角41°～45°的椭圆形矿坑。2005年，大冶铁矿以规模宏大的露天采场及其边坡岩体中发育的一系列独具特色的断裂、崩塌、滑坡等工程动力地质遗迹为核心景观，申报成为首批国家矿山公园。 随着开采的继续，沿F25、 F8、F9等断层带，曾发生过多次规模不等的滑坡。如何安全有效地分析、评价边坡的稳定性，建立边坡岩体受力变形结构关系，探索滑坡机理，对于国家矿山公园的规划建设、保证游客和采矿人员与设备的安全都具有重要的意义。 本文在全面收集、详细研究前人资料的基础上，利用多种技术方法来分析大冶铁矿东露天采场岩体结构特征，以典型坡段Ⅳ区为例，分析岩质边坡变形破坏机理。论文的主要研究工作与结论主要有以下几点： （1）大冶铁矿区域工程地质环境研究，包括区域地质背景、地层岩性特征、地质构造样式、新构造与地震活动、岩浆活动及水文地质条件等。 （2）矿区岩性组合及岩体结构特征分析。从定性分析到定量分析东露采场的岩体结构特征、断裂构造特征、节理构造特征，在此基础上对东露天采场进行工程地质分区和稳定性评价。 （3）典型坡段边坡稳定性及破坏机理的解析。采用赤平投影法统计岩体的优势结构面，从定性到定量分析岩体结构面的产状对岩质边坡稳定系数Fs的影响。统计了东露天采场Ⅳ区内岩体结构面的产状，统计结果表明：Ⅳ区内的岩体结构面主要有顺坡向和垂直坡向的两组优势节理，将岩体切割成大小不同的块体。节理发育且互相贯通，联接力差，对边坡稳定性的影响极为不利。 （4）采用刚体极限平衡法原理，搜索目前状态下边坡的潜在最危险滑动面，计算边坡的稳定性系数Fs在0．9～1．1范围内，确定最危险区域。 （5）利用数值模拟软件FLAC3D建立矿山边坡三维地质模型，模拟矿山开挖边坡渐进破坏的动态演变过程。模拟了在开挖至+155m水平时、+90m水平时，+21m水平时边坡的最大主应力，剪应力及塑性区分布情况。最大主应力沿坡面垂直方向以层状分布，越向下越大。随着开挖深度的增加，最大主应力的正值（拉应力）逐渐减小；坡脚处剪应力随着开挖深度增加而增加，随着坡角的变陡而增大；边坡塑性区随着边坡开挖深度和范围的增加，沿着结构面逐渐出现一条贯通良好的塑性带。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1 章 绪论

1.1 论文研究的目的及意义

1.2 边坡变形破坏机理及稳定性研究现状分析

1.2.1 边坡变形破坏机理研究现状

1.2.2 边坡稳定性研究现状及发展动态

1.2.3.大冶铁矿研究现状

1.3 论文的研究内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

第2 章 大冶铁矿自然地理与区域地质背景

2.1 大冶铁矿自然条件简介

2.1.1 地理位置与交通

2.1.2 气象条件

2.2 区域地质背景

2.2.1 地层岩性特征

2.2.2 地质构造样式

2.2.3 新构造与地震活动

2.2.4 岩浆活动

2.2.5 水文地质条件

第3 章 东露天采场的岩体结构特征

3.1 概述

3.2 采场岩组的划分

3.3 岩体结构特征

3.4 结构面特征

3.4.1 断裂构造

3.4.2 节理构造

3.4 东露天采场的工程地质分区

第4 章 东露天采场IV区边坡稳定性分析

4.1 概述

4.2 赤平投影法分析边坡稳定性

4.2.1 赤平极射投影基本原理

4.2.2 边坡破坏形式的赤平投影表示

4.2.3 IV区边坡岩体结构分析

4.4 有限元模拟分析

4.4.1 FLAC3D简介

4.4.2 FLAC3D基本原理

4.4.3 工程地质模型的建立

4.4.4 模型岩体力学参数

4.4.5 数值模拟结果

4.5 稳定性系数的计算

4.5.1 GEO—SLOPE软件分析原理

4.5.2 GEO—SLOPE计算结果

4.6 边坡破坏变形机理分析

第5 章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参加的科研项目及发表的学术论文