基于三维工程地质模型的边坡稳定性分析-采矿工程专业论文.docx

目 录 摘 要 Abstract 1 绪 论 1 1.1 论文提出的依据及意义 1 1.2 边坡稳定性研究的发展概况 1 1.3 AutoCAD 二次开发介绍 3 1.3.1 AutoCAD 的二次开发工具 4 1.3.2 开发工具的选择 5 1.4 论文的研究内容 6 1.5 论文的技术路线 7 2 平庄西露天矿综述 8 2.1 自然地理条件 8 2.2 工程地质条件 9 2.2.1 地层 9 2.2.2 结构面 10 2.3 气象及水文地质条件 11 2.3.1 气候特征 11 2.3.2 地表水系分布 11 2.3.3 水文地质特征 12 2.4 影响边坡稳定性的因素 13 2.5 顶帮边坡分区 14 2.6 西露天矿的滑坡机理 15 2.7 岩体物理力学指标的确定 16 2.8 安全储备系数界定 16 3 工程地质模型的建立及更新 18 3.1 工程地质模型综述 18 3.1.1 工程地质模型的基本概念 18 3.1.2 工程地质模型的应用价值 19 3.2 工程地质界面模型的建立 20 3.2.1 工程地质层面生成算法 20 3.2.2 工程地质空间数据的插值方法 26 3.2.3 采场现状面模型的建立 28 3.2.4 工程地质界面的构建 29 3.3 工程地质模型的构建及更新 32 3.3.1 基于简单类三棱柱的建模方法 32 3.3.2 简单类三棱柱的生成 32 3.3.3 工程地质模型的构建 33 3.3.4 工程地质模型的更新 36 4 边坡稳定性分析 38 4.1 边坡稳定分析方法的概述 38 4.2 二维边坡稳定分析系统 40 4.2.1 二维边坡稳定分析系统的技术路线 40 4.2.2 二维刚体极限平衡稳定性分析 43 4.3 三维边坡稳定性分析 48 4.3.1 三维边坡稳定性分析框架结构 48 4.3.2 ANSYS 有限元分析模型 49 4.3.3 三维刚体极限平衡法 50 4.3.4 三维边坡稳定性计算 52 5 滑坡防治措施 55 5.1 位移监测 55 5.2 边坡防治措施 56 6 结论与展望 57 6.1 结论 57 6.2 展望 58 参 考 文 献 59 作 者 简 历 62 学位论文数据集 64 - - PAGE 10 - 1 绪 论 1.1 论文提出的依据及意义 露天矿边坡稳定性研究是伴随露天采矿始终的一个长期性研究课题，也是影响 或困扰露天矿山，特别是深凹露天矿山生产与安全的重大难题[1] 。在露天矿山的开 采过程中，边坡稳定与否直接关系到矿山的安全，是影响矿山经济效益最关键的因 素之一。从露天矿山开始投产到开采结束，滑坡的影响始终存在，对露天矿边坡的 治理，也一直延续到开采结束，而且投资巨大。随着矿山开采深度的逐渐增加，露 天矿边坡的高度、面积、维护时间都会随之大幅度增加，从而导致边坡滑落灾害日 益突出。因此，边坡的稳定性越来越成为我国露天矿山防灾的重点之一[2] 。 露天矿的边坡稳定性研究实质上是一个比较复杂的地质工程问题，与其它地质 工程诸如地下洞库工程及水电工程不同，对它的稳定性并不要求百年大计，只要求 在生产期间或相应的服务期限内稳定即可。此外，露天矿边坡也允许岩体适度的变 形甚至破坏，只要这种变形甚至破坏不危及矿山正常的生产与安全就可以认为是稳 定的。对边坡岩体的变形不仅要重视，而且要进行具体的分析，最重要的是判定其 变形破坏的工程地质模型及其变形的发展变化趋势[1] 。 工程地质模型是将岩体的各种性状，综合的、具体的或抽象的，与工程结合建 立起来的。工程地质模型的建立对研究岩体稳定性评价具有十分重要的意义。本论 文以平庄西露天矿为例，在建立工程地质模型的基础上研究岩体变形破坏的机制， 计算边坡的稳定系数，确定边坡的稳定性，这对西露天矿边坡问题的研究具有十分 重要的现实意义。 1.2 边坡稳定性研究的发展概况 边坡稳定性研究是基于人类的生产活动而形成的。随着世界上各个国家大规模 工程建设的开展，各种边坡灾害随之出现，且造成了巨大的损失。这就使得人们把 边坡的稳定性研究作为一项课题来进行分析研究。 在 19 世纪末 20 世纪初期，随着欧美资本主义国家的工业化及修筑铁路、公路、 露天采矿等大规模工程活动，开始出现了人工边坡，诱发了大量滑坡、崩塌，造成 了很大损失。这时人们才把斜坡失稳的现象提高到与人类工程有关的地质灾害高度 并加以研究，所以人类对边坡稳定性的研究是从滑坡现象开始的。早期主要从两个 方面对边坡稳定性进行研究，一是借用土力学中极限平衡的概念，根据三个静力平 衡条件计算斜坡极限平衡状态下的整体稳定性；二是从斜坡所处的地质条件及作用 因素上进行对比分析，属于类比