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永平铜矿排土场安全稳定性分析

作　者: 胡坚
导　师: 饶运章；吴敏
学　校: 江西理工大学
专　业: 矿业工程
关键词: 排土场边坡稳定性泥石流
分类号: TD854.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

我国露天开采矿山众多,排土场地基承载能力和边坡稳定性研究意义重大,特别是在我国南部雨水较多地区。排土场边坡在结构上有别于一般岩土质边坡,因此在研究方法上也有所不同。本文通过现场和室内试验相结合的办法,得出了永平铜矿排土场散体土岩的粒度分布规律和物理力学性质,在些基础上,对永平铜矿排土场地基承载能力、边坡稳定性及泥石流形成可能性等方面进行研究,并就如何提高排土场边坡稳定性和防止泥石流的产生,提出了以下措施:1、地基承载力方面为了充分利用排土场地基土层的自身强度,预防底鼓发生,提高地基承载能力,从而提高排土场的稳定性,建议在排土过程中采取以下措施:①排土场底部排放大块或透水性好的物料,开挖排渗沟并回填大块以加快地基排水,加快排水固结的速度,提高地基土层抗剪强度。②控制排土推进速度不宜过快,同时加强对地基变形和孔隙水压力的观测,等变形稳定后再推进。③排土初期第一层土不能堆积过高,不宜超过2.6m,等地基土层受力排水固结后再排土堆高。④排土场台阶现行高度为78m,按地基承载力计算最大台阶高度为89.6m,因此还可在现有高度基础上增加排土场的高度,但是得注意地基及排土场变形情况,防止变形过大,建议设置位移及孔压观测体系。2、边坡稳定性方面由地基承载力分析及边坡稳定性分析可知,现行高度排土场总体上是稳定的,但存在二个潜在的滑动面,一个是倾斜地基及软弱土层引起,一个是由于边坡本身存在潜在滑移的趋势,同时降雨对边坡稳定性的影响很大。为了阻止潜在滑移面的发展,保证矿山安全生产,建议采取以下措施:①排土过程中尽量利用装载汽车及推土机对排土平台均匀碾压,加快排土场本身的固结,另一方面,排土推进速度不能过快,要充分提高和利用排土场自身强度。②加强排土作业技术管理。排土作业时将不同岩性的物料合理堆置,对于表土和强风化岩石要适当控制其一次堆置量或控制其堆置速度,以免工作面一次推进距离过大而引起沉降速度快,构成新的滑动面。通常情况是在排土台阶上分出生产排土线和备用排土线,相互轮换作业,做到合理排土。③排土场的平台应平整为2%～3%的反坡,以利于集中排水,防止形成坡面冲刷;排土场在雨季排土期间,特别是当雨强较大,持续问时间较长时应停止排土,等孔隙水压力开始消散再继续排土作业,同时加强排水措施。④平台上最外运输线至眉线间的安全距离,不得小于1.5m。同时杜绝人为破坏坡脚,阻止当地村民挖取排土场底部残余矿石。3、泥石流防治永平铜矿西部排土场存在形成泥石流的条件,泥石流以重力型(滑坡型)泥石流为主,属于粘性泥石流;水动力型泥石流较少见,一般是由于人为不当引起地表迳流冲刷坡面而形成。因此在分析永平铜矿泥石流成因和防治措施,重点在于滑坡型泥石流。根据排土场稳定性分析结果和现场实际情况,排土场整体稳定性较好,沿整个地基产生滑坡的可能性不大,容易产生滑坡和泥石流的部位主要在新排弃的台阶上部和局部沿软弱地基的底鼓和滑移,因此预计产生泥石流的规模也不大。①采取如前面所述措施,增强边坡的稳定性,减少泥石流发生的可能性。②排土场地表水的治理。排土场泥石流的形成主要依赖于地表水和雨水对排土场的浸蚀和冲刷作用,那么加强排土场本身和其周围环境地表汇水的治理显然是至关重要的,如果水源大大减少,则泥石流的发生就能控制或仅在局部很小的规模。一方面要修建排洪沟,拦截排土场上游汇水进入排土场;另一方面,排土场的平台应平整为2%～3%的反坡,阻止排土场平台本身的汇水排入边坡和冲刷边坡,把汇水排出排土场影响范围,以尽量减少排土场的入渗量。③为了保护泥石流沟下游工业设施和农田的安全,根据矿山泥石流防治经验,在泥石流的流通区和停淤区构筑适当的堆石坝、竹笼坝等构筑物,用以拦挡冲刷下来的泥石流固体物料。④排土场植被护坡,有利于保护坡面不被雨水冲刷,减少渗入排土场内部的水量。⑤由于缺少必要的泥石流现场监测,矿区气象观测等资料,本次研究不包含泥石流预测预报的内容。从FLAC3D模拟结果可知,当降雨强度较大时,持续降雨时间超过15d以上,排土场逐渐趋向极限状态而后可能滑坡,甚至形成泥石流。因此,可以把连续降雨15d作为警戒时间,用来作为判定形成泥石流的初步依据,当这种降雨达到15d时,就应该采取相应排水、疏水措施,减弱水的影响。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-23
  1.1 研究背景与意义  11
  1.2 边坡稳定性研究现状和发展趋势  11-15
    1.2.1 传统的定性与定量分析  11-13
    1.2.2 数值模拟分析方法  13-14
    1.2.3 边坡稳定分析的新理论和新方法  14-15
  1.3 排土场稳定性研究现状  15-16
  1.4 矿山泥石流研究现状  16-20
    1.4.1 国内泥石流发展简史  16-18
    1.4.2 国外泥石流研究动态  18-19
    1.4.3 矿山泥石流的研究过程和发展趋势  19-20
  1.5 问题的提出  20-21
  1.6 主要研究内容和方法  21-23
第二章排土场概况  23-32
  2.1 排土场水文地质条件  23
  2.2 排土场工程地质条件  23-24
  2.3 排土场地基土物理力学性质试验及参数  24-26
    2.3.1 地基土的物理性质试验  24
    2.3.2 地基土的力学性质试验  24-26
  2.4 排土场岩石块度分布规律  26-28
  2.5 排土场散体物料物理力学性质试验及参数  28-32
第三章排土场地基承载能力  32-49
  3.1 地基承载力分析的必要性  32
  3.2 地基承载力分析  32-47
    3.2.1 进行承载能力分析的依据  32-33
    3.2.2 计算模型  33
    3.2.3 地基承载能力计算  33-47
  3.3 结论  47-49
第四章排土场边坡渗流与稳定性分析  49-94
  4.1 连续介质快速拉格朗日差分法基本原理  49-51
  4.2 不考虑水影响时边坡稳定性数值分析  51-69
    4.2.1 边坡稳定性数值模拟  51-60
    4.2.2 极限边坡高度  60-69
  4.3 安全与卫生防护距离  69-71
  4.4 基于极限平衡理论的边坡稳定性分析  71-80
    4.4.1 边坡稳定分析的简化方法概述  71-72
    4.4.2 分析计算  72-80
  4.5 渗流与应力耦合分析  80-92
    4.5.1 渗流场  80-84
    4.5.2 流固耦合分析  84-92
  4.6 结论  92-94
第五章排土场泥石流危险性评价分析  94-119
  5.1 矿山泥石流  94-97
    5.1.1 矿山泥石流的特点  94-96
    5.1.2 矿山泥石流研究的必要性  96-97
  5.2 矿区气象水文资料的调查与收集  97-110
    5.2.1 矿区气象概况  97
    5.2.2 矿区降水特性  97-99
    5.2.3 矿区气候特征  99-110
  5.3 排土场泥石流的影响因素  110-112
  5.4 排土场泥石流的形成机理  112-114
  5.5 排土场泥石流发生的可能性评价  114-117
  5.6 结论  117-119
第六章结论与建议  119-122
参考文献  122-125
致谢  125

永平铜矿排土场安全稳定性分析

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