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布沼坝露天矿西帮边坡变形分析及其优化治理措施的研究

作　者: 刘合寨
导　师: 孙世国
学　校: 北方工业大学
专　业: 岩土工程
关键词: 边坡变形预测稳定性分析数值模拟
分类号: TD804
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

边坡的稳定性问题是岩土工程领域中的一个重要研究方向,露天矿边坡体的构成是一个动态变化的过程,随着开采降深和边坡到界,坡高坡角逐年加大,并逐步形成高陡边坡,其安全性越来越差,使得边坡稳定与否是影响矿山安全生产最主要的问题之一。本文以布沼坝露天矿开采过程中的高陡边坡动态演变为实例,针对边坡稳定性状况与变形演变特征,以监测资料和边坡工程地质资料为基础,运用极限平衡法和数值模拟的方法研究现状边坡稳定状态,并对其变形的发展趋势进行预测。然后结合生产需要,在保证安全生产的前提下提出边坡综合治理的设计方案,即三步剥离与减载方案；并对三步剥离与减载后的边坡分别运用极限平衡法和数值模拟方法分析边坡的稳定状态,从分析结果来看,三步剥离与减载方案基本可以保证边坡的安全生产。主要研究内容如下：(1)利用边坡变形监测数据对边坡变形特征进行了系统的分析,在此基础之上,利用灰色系统理论、多项式回归理论以及最优组合预测理论结合MATLAB计算工具对边坡的变形趋势进行了预测；(2)由于露天矿继续降深,边坡将处于不稳定状态,所以提出了边坡综合治理设计方案,即三步剥离与减载方案;(3)利用极限平衡法对各剖面现状边坡的稳定性进行了分析,并对三步剥离与减载后的边坡稳定性进行研究；(4)利用FLAC3d有限差分软件对边坡分步开挖过程进行了数值模拟,系统分析研究边坡应力场演变规律和安全状况,得出现状、三步剥离过程中与下部开采完成后的应力、位移变化趋势。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-18
  1.1 课题选取的依据及意义  10
  1.2 国内外边坡工程稳定性研究历程概论  10-12
    1.2.1 国外边坡工程稳定性研究的发展历程  10-11
    1.2.2 我国边坡工程稳定性研究的发展历程  11-12
  1.3 边坡稳定性分析方法研究现状  12-15
    1.3.1 定性分析方法  12-13
    1.3.2 定量分析方法  13-14
    1.3.3 不确定性分析方法  14-15
    1.3.4 常用稳定性评价方法的总结  15
  1.4 论文研究思路、内容及技术路线  15-18
    1.4.1 论文的研究思路  15-16
    1.4.2 研究内容与技术路线  16-18
2 布沼坝露天矿工程地质概况  18-23
  2.1 概述  18
  2.2 工程地质概况  18-22
    2.2.1 气象水文  18-19
    2.2.2 地层岩性  19-20
    2.2.3 断层  20-21
    2.2.4 构造运动及地震  21-22
  2.3 计算参数的选取  22-23
3 布沼坝露天矿西帮边坡变形分析  23-40
  3.1 地表变形监测  23-24
    3.1.1 概述  23-24
    3.1.2 地面监测技术  24
    3.1.3 GPS变形监测及自动化系统  24
  3.2 布沼坝地表位移监测网  24-25
    3.2.1 全站仪地表位移监测  24-25
    3.2.2 GPS地表位移监测网  25
  3.3 布沼坝露天矿西帮边坡地表位移动态分析  25-38
    3.3.1 西帮342剖面各点地表位移动态分析  25-28
    3.3.2 西帮344剖面边坡地表位移动态分析  28-30
    3.3.3 西帮346剖面边坡地表位移动态分析  30-33
    3.3.4 西帮348剖面边坡地表位移动态分析  33-36
    3.3.5 西帮350剖面边坡地表位移动态分析  36-38
  3.4 本章小结  38-40
4 布沼坝露天矿西帮边坡变形的预测  40-60
  4.1 变形分析预测方法  40-44
    4.1.1 灰色预测理论  40-42
    4.1.2 多项式回归预测理论  42
    4.1.3 灰色多项式回归组合预测  42-44
  4.2 西帮边坡变形预测  44-58
    4.2.1 342-2灰色理论预测  44-46
    4.2.2 342-2多项式回归理论预测  46-47
    4.2.3 342-2灰色多项式回归最优组合预测  47-48
    4.2.4 344-3灰色理论预测  48-50
    4.2.5 344-3多项式回归理论预测  50-51
    4.2.6 344-3灰色多项式回归最优组合预测  51
    4.2.7 346-4灰色理论预测  51-53
    4.2.8 346-4多项式回归理论预测  53-54
    4.2.9 346-4灰色多项式回归最优组合预测  54-55
    4.2.10 348-3灰色理论预测  55-57
    4.2.11 348-3多项式回归理论预测  57-58
    4.2.12 348-3灰色多项式回归最优组合预测  58
  4.3 本章小结  58-60
5 西帮边坡稳定性分析及其优化治理措施的研究  60-88
  5.1 极限平衡法概述  60
  5.2 西帮现状边坡及其到界边坡的优化设计  60-62
  5.3 西帮现状边坡稳定性分析  62-67
    5.3.1 342剖面现状边坡稳定性分析  62-63
    5.3.2 344剖面现状边坡稳定性分析  63-65
    5.3.3 346剖面现状边坡稳定性分析  65-67
    5.3.4 西帮现状边坡稳定性评价  67
  5.4 西帮第一步开挖后边坡稳定性分析  67-73
    5.4.1 342剖面第一步开挖后稳定性分析  67-69
    5.4.2 344剖面第一步开挖后稳定性分析  69-71
    5.4.3 346剖面第一步开挖后稳定性分析  71-73
    5.4.4 西帮第一步开挖后稳定性评价  73
  5.5 西帮第二步开挖后稳定性分析  73-79
    5.5.1 342剖面第二步开挖后稳定性分析  73-75
    5.5.2 344剖面第二步开挖后稳定性分析  75-77
    5.5.3 346剖面第二步开挖后稳定性分析  77-79
    5.5.4 西帮第二步开挖后稳定性评价  79
  5.6 西帮第三步开挖后稳定性分析  79-86
    5.6.1 342剖面第三步开挖后稳定性分析  79-81
    5.6.2 344剖面第三步开挖后稳定性分析  81-83
    5.6.3 346剖面第三步开挖后稳定性分析  83-85
    5.6.4 西帮第三步开挖后稳定性评价  85-86
  5.7 边坡的综合治理设计方案  86-88
    5.7.1 综合治理设计基本原理  86
    5.7.2 边坡治理的主要工程措施  86-88
6 布沼坝露天矿西帮边坡的数值模拟研究  88-109
  6.1 FLAC~(3d)简介  88
  6.2 工程概况  88-89
  6.3 计算模型及计算条件  89-91
    6.3.1 计算模型  89-90
    6.3.2 边界条件及初始应力条件  90
    6.3.3 分步开挖模拟  90-91
    6.3.4 计算方案  91
  6.4 现状边坡的计算结果分析  91-95
    6.4.1 位移场计算结果  91-94
    6.4.2 应力场计算结果  94-95
  6.5 边坡第一次开挖后的计算结果分析  95-99
    6.5.1 位移场计算结果  95-97
    6.5.2 应力场计算结果  97-99
  6.6 边坡第二次开挖后的计算结果分析  99-103
    6.6.1 位移场计算结果  99-101
    6.6.2 应力场计算结果  101-103
  6.7 边坡第三次开挖后的计算结果分析  103-107
    6.7.1 位移场计算结果  103-105
    6.7.2 应力场计算结果  105-107
  6.8 计算结果分析  107-109
7 结论与展望  109-111
  7.1 结论  109-110
  7.2 展望  110-111
参考文献  111-113
在读期间发表的学术论文  113-114
致谢  114

布沼坝露天矿西帮边坡变形分析及其优化治理措施的研究

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