露天矿边坡稳定课件详解-矿业114网 
露天矿边坡稳定课件详解
2013-11-01
露天矿边坡稳定课件详解。
第一章 概论 1.1概述 一、边坡的重要性 1 、节省成本 、安全生产 2 二、国内外露天矿边坡概述 1 、露天矿开采现状及发展趋势 、列举优化边坡的实例 2 1.2基本概念 一、采场边坡 (一)露天矿边坡 1 2 ( 、山坡露天矿 、凹陷露天矿 二)、边坡 1、底帮边坡 2、顶帮边坡 3、端帮边坡 ( 三)边坡角 1 2 、工作帮坡角 、非工作帮坡角 ( 废正角) 二、排土场边坡 、外排土场建立 条件 1 2、内排土场建立 条件 3 、排土场台阶高 度、坡面角 4 、排土排弃物的 性质 、稳定性分析 5 1.3滑坡概论及研究意义 一、边坡变形种类 1 2 3 4 、剥离(振动、风化) 、崩落(陡立柱状岩体突然倒塌滚动) 、滑动(沿一定的面或带缓慢移动)→滑坡 、流动(指饱和水的松软岩体沿4度-6度甚至更缓的斜 面流动) 5、沉陷变形、垂直下沉 排土场管理主因 所以规范规定排土场到边坡一定距离范围内有2-5%的反 坡 如图2所示 三、滑坡危害 1 2 3 、阻断运输线路(铁道、公路、胶带) 、推倒、掩埋采掘运输设备 、破坏地面工业民用建筑物 总体规划不合格 地面建筑物安全距离采场 0-200m,>200m即 按200米设置。 排土场造成周边地面地形变形滑坡危害较大。 如神华准能黑岱沟储煤仓、铁路地面、胶带走廊 等案例。 四、优化边坡角 同时考虑两个问题 、剥离费 、边坡维护费 1 2 1.4露天矿边坡的特点 与水库岸坡、坝肩、引水渠道、铁路、公路路堑和路 堤、山区挖方工程的的边坡相比有以下特点: 一、边坡较高 几米到600米, 走向长, 揭露的岩层多 ,岩体结构复杂 二、煤矿边坡岩体主要是沉积岩:层理明显, 弱夹层较 多, 岩石强度低。稳定边坡 角大约40度以下。 金属矿主要是岩浆岩、 变质岩 ,强度高, 但断层、节理 发育,不利于边坡稳定。稳定边坡 角大约50度以下。 三、主要是滑动变形 四、露天矿边坡是人工机械开挖边坡,边坡岩体较破碎, 边坡一般不加维护,易受风化作用影响。 五、露天矿场每日受爆破、机车行走等因素,边坡受 振动影响大,受到的设备自身载荷及冲击载荷较大。 六、露天矿服务年限长。内排有利于防治边坡滑坡; 陡帮开采配合内排效果较好,如平装西露天煤矿。 七、不同地段边坡稳定程度是不同的。重要的建(构) 筑物、高压线和铁路等一级建筑物要求稳定性高 1.5 研究内容及步骤 一、研究内容 、边坡岩体中各种结构面 如断层、层面、节理、裂隙分布状态 1 2 3 4 5 6 7 、结构面的物理力学性质 、水 、开采工艺、河流、爆破、构造应力 、设计边坡 、提出防滑措施 、边坡监测 二、研究步骤 1、矿山勘探,设计阶段必须开始边坡工作; 2、矿山投产后,做大量的边坡实验研究, 校核边坡稳定角; 3 、长期性工作,直到露天矿寿命结束 、最后评价 4 第二章 影响边坡稳定性的因素 引言:因素分类 1 、内因:岩石的矿物组成及地质结构 、外因:水、震动、构造应力、采矿活 动、风化及温差 2 2 .1 岩石矿物组成的影响 1 、不同矿物的强度不同 1)、Na、K、Ca、Mg等化合物易溶于水,为 不稳定矿物 2)、蒙脱石[(OH)4Al4SiO8O20]吸水性强而透 水性差,易导致滑坡 ( ( 2 3 、岩石是矿物的集合体 、岩石有晶质>非晶质>碎屑质 硅质胶结>钙质胶结>泥质胶结 粒度<0.005mm时,粒度增加时,内摩擦角减小 4 、岩石的构造有定向与非定向之别 2.2岩体结构面、结构体、 岩体结构 定义:结构面:岩体中这些自然生成的强度 减弱面统称为结构面 结构体:这些结构面将岩体切割成不同规模 和几何形态的块体 工程岩体:有结构面和结构体组成的具有一 定结构的地质体的一部分 一、结构面(I-V级) 煤矿中主要5种面: 1 、软弱夹层:粘土层、碳质页岩层、泥岩、薄煤 层、页岩层 2 3 4 、岩层面、节理 、断层 、节理、裂隙 节理是构造裂隙 裂隙是原生裂隙 5 、片理、页理:压应力作用下动力变质的结果 二、结构体 I-V级 三、岩体、结构 2 .3水的影响 露天矿采场及排土场边坡防水便等于防滑。雨后、雨季、解冻时期 现场防治水办法介绍。 一、水在岩石中存在的的形态 ( 一)、气态水 是结晶水及化学水,对岩体稳定性影响不大 二)、结合水 、吸附水(或强结合水)强结合水,70000倍重力加速度不能使其 分离。 、薄膜水(或弱结合水)弱结合水,长期荷载可能被挤出 结合水是在岩石中颗粒表面与水分子的吸引力(静电引力)而结合的 ( 1 2 水 吸附水:是颗粒表层或离子的吸附层内的水分子, 在分子力作用下,不能移动。 薄膜水:是离子扩散层内的水分子,若在分子力 作用下可能移动,在长期荷载作用下可能部分被 挤出 ( 三)、自由水:是土岩颗粒水化膜以外的水, 受重力影响,分毛细水和重力水 、毛细水 1 ① ② ③ 、孔隙角水 、悬浮水 、毛细孔水 毛细孔水是岩石毛细孔内的水(结合水除外) 它与重力水相同,可以传递静压力 2、重力水 ① ② 、渗流水 、地下水 ( 四)、固态水(冰) 体积增大、扩大裂隙、减弱岩体强度(融 冰期边坡易滑原因)。 总之,边坡岩体内的水主要是结合水和自 由水 二、水对边坡的不利影响主要表现 1 2 3 、软化岩体,降低其强度; 、静水压力 、动水压力:自由水在重力作用下流动, 对岩石产生动水压力 三、地下水在边 坡内的分布 1 、在松软土岩中水位变 化 2、坚硬岩石中裂隙水无定向 坚硬岩石的水文地质条件不易掌握全貌, 水位差异很大 现场实例介绍 1、辽宁阜新海州露天煤 矿1956年-1957年之间 3 9次滑坡中,有24次有水 的影响 、平装西露天煤矿工作 2 帮1957年8月14日第24次 滑坡39.5立方米的滑坡是 连续三天降雨,雨水渗入 绿泥层面及滑体,以及滑 体下部常年积水1-2米, 深浸泡而发生的。 1 983年4月18日,第26次 滑坡,47.73立方米玄武岩 裂隙水渗透到松散砂岩, 使滑体底部页岩层泥化层 发生的 3 4 5 6 7 、义马 、哈密三道岭 、大冶露天铁矿狮子山北帮西口工程滑体 、海南露天铁矿 、云南小龙潭露天煤矿 四、静水压力作用 露天矿上部风化带岩层 受水浸润后容重增加γ = γ 0 + nγw 岩石饱和水容重 γ0:干容重 n:空隙比 γw:水容重 d:岩石比重 P = v(1− n)d + nvγ w 饱水重量: 浮重量: 干重量 孔隙水重量 P1 = v(1− n)d − (1− n)vγw 骨架颗粒水重 干重量 = v(1− n)(d − γw) 则岩柱所受浮力: ∆ P = P − P 1 = = = v(1− n)d + nvγw − v(1− n)(d − γw) (1− n) nvγ w + vγ w vγ w 静水压力就是水压三角形乘积: H AB = sin β 中点水压强度: 12 Hγ w = H cscβ × Hγ w U 1 A 2 2 = 14 H γ w cscβ 2 H 1 V = hγ = 12 w h 2 B β u 1 2 h γ w h V 1 H U 2 = (H − h)cscβhγ w 2 = 12 u 2 B hγw(H − h)cscβ 实践中,当坡底处断裂面无渗流时,则该处的水的压 强不等于零,并可达到高峰值。 五、动水压力作用:动水压力是指渗流水在流通 过程中作用于岩石颗粒上的渗流力,它是体积力 实验表明:多孔隙(或裂隙)水相互贯通,因而 产生渗流水,动水压力 圆管内的水流运动时需要克服阻力 1 2 3 、与管径大小成反比 、与两端压差成正比 、岩石介质中水的渗流阻力与孔隙率成反比 动水压力: ∆ J = F = JVγ w (h2 − h1) l0 F ≅ 12 (h 1 − h 2 )γw 2 2 ∆ ∆ 计入 P浮力,静动压力为矢量和 滑面上切向法向分力 N(指向滑面) ∆ T = 01 (h = ∆ 2 − h1)10 ×1 ∆ N 2 结论:稳定渗流边坡的水压,包括静压 与动压,可近似按滑面上各点水的压强 乘以该处滑面面积计算即近似等于滑面 上的静水压力值 2.4爆破作业、振动影响 一、影响因素 1、爆破震动增加了边坡的滑动力 2、爆破作用破坏边坡岩体 降低了岩体强度,使雨水地下水易于沿爆 破后岩石裂隙渗透,加速岩体风化 3、穿、采、运设备作业时,使饱和水岩土 液化 二、破坏主因 震波在岩石中传播有纵波,横波,主要是纵 波 横波是二者方向一致 Q α m/s V = k(3 ) R α = 2πfv F = ma F0 = γF 地震时: F = mkc 三、减震措施 1、控制一次爆破药量 2、微差爆破最佳时间,不使各次震波峰值叠 加而达到最高值 3、采用预裂爆破、缓冲爆破 2.5构造应力影响 据弹性理论: 每次大的深部构造运动都会导致产生新的应力 状态 水平应力=上覆岩层重力×侧压应力系数 构造应力场内:自重应力 水平应力 铅直应力 李四光《地质力学理论》 非洲测得:水平应力是铅直应力的2.6倍 2.6其他因素影响 一、露天矿存在年限 具体讲应指边坡服务年限 时间长,岩体强度减弱大,稳定系数大些 二、边坡形状 凹形:侧向阻力大,稳定性好 凸性:侧向阻力小,稳定性不好 但凸性边坡剥离量最小,经济合理 三、地形荷载:外排土场就近位置 推进方向(工作线)破坏岩体完整性,引起边坡滑落 总之,因为边稳固什么很多,尚待研究。 第三章 边坡工程地质程序及岩体结构 面的调查、统计与分析 3—1 边坡工程地质工作程序 一、边坡工程工作主要任务: 1 、搜集影响边坡稳定性的各项因素; 、分析边坡岩体的稳定性: 2 — — — 查明岩体中结构面分布及岩性变化; 分析潜在滑面; 建立滑动模式。 二、边坡工程地质工作程序: 1 2 3 4 5 、区域地质背景; 、矿区地质构造; 、露天矿现采场边坡工程地质条件; 、露天矿最终采场边坡工程地质条件; 、露天矿边坡工程地质分区。 三、露天矿边坡各阶段的工作内容 – – – 矿山地质勘探报告; 露天矿设计阶段; 投产以后岩层暴露。 四、绘制边坡工程地质平面图及断面图内容 1 2 3 4 5 6 、岩性分布; 、地质结构面分布 、出水点; 、采掘台阶现状; 、工程地质分区及剖面线; 、岩石力学试验取样地点。 五、E.HOCK边坡工程地质工作程序图 1 2 3 4 5 6 8 9 1 、利用已有的勘测、地测及岩芯初步收集资料 ↓ 、初建边坡地质模型、评价其稳定性 ↓ 、排除稳定性地段、此段边坡稳定性按运输条件定 ↓ 、确认不利的地质结构面可能失稳的地段 ↓ 、 详细的工程地质研究包括补勘 ↓ 、岩体强度试验→7、水文试验及监测 ↓ 、以5、6、7所得资料进行稳定性分析 ↓ 、设计危险地段边坡,拟定加固措施及监测计划,进行各种可能方案对比 ↓ 0、位移监测及滑坡预报,在不危及人员及设备等条件下承担滑坡风险。 3—2 岩体结构面的调查 主要调查节理、岩层面产状、密度。 方法:地面测量;钻孔。 一、结构面地面调查(表3-1为调查内容) 二、钻孔定向取芯,主要是探明深部的不利结构面。 ( 一)岩芯定向 三个要素:倾向、倾伏角、围岩轴 线(旋转的某一基准线)。 3—3 岩体结构面的统计 一、玫瑰图法 此法为一半圆形,径向 刻度表示裂隙数目, N 30 圆周上刻度表示裂隙 倾向,与其垂直方向 表示走向。常用于缓 斜岩层,裂隙多与岩 3 00 W270 90E 图 3.3.1 层垂交,在露天矿有实际 意义。 二、赤平极射投影法 ( 一)定义: 赤平极射投影表示点、线、面的角距关系或方位的 平面拱形,而不涉及面的大小,线的长度或点与点之 间的绝对距离。为了确定角距或方位,必然要设立一 个坐标原点,自此点向四面八方发出射线,作为角度 线来量度方向。(把空间的点、线、面自球的中心投 影于球面上,为了便于观测,把球面上的点、线、面 再以南、北极为焦点(发射点)投影于三维赤道平面 上) 球面上的投影既不便于观察,又不易于表示,于 是把球面的点、线、面再以南极或北极为焦点(发射 点)投影于赤道平面上,这种投影叫做赤平极射投影。 二、赤平极射投影法 拱形原理:作一投影球O(参考球)表示三维空 间,球的上下极点为A及F,赤道平面为NWSE。 A H N O M E M W S H F 二、赤平极射投影法 1 .点的投影:在球的上半球面上有一点H,自球 的下半球的极点F向H发射线FH,射线与赤道平 面的交点M,便是H点的赤平极射投影。几何实 物位于上半球,极点在下半球时的投影称上半球 投影。 二、赤平极射投影法 2. 线的投影 A 一条直线与球交于两点 B及C,BCF成为一平 面,所以它的投影必 然是一条直线bc。 C B c b F 图 3.3.3 二、赤平极射投影法 3. 面的投影 A 大圆斜面SHNH‘ 表示投影:SMNG。 H N O M E M W S H F 图 3.3.4 3—4 岩体结构面的分析 了解 4—1 岩石的物理、水理性质 一、岩石的主要物理性质 二、岩石的空隙性 三、岩石的吸水性 1 2 3 、岩石的吸水率 、岩石饱水率 、饱水系数K 四、土岩的可塑性及其指标 4—2 岩石的力学性质 定义:P51 一、 岩石的变形特征 ( ( 一)岩石在单向轴压缩条件下的变形特征 二)岩石在多向应力和剪切条件下的变形 1 2 、岩石在三轴压缩条件下的变形特征 、岩石在直接剪切条件下的变形特征 ( 三)表征岩石变形特征的主要参数―弹性模量和泊松比 1 、初始弹性模量E0 ; 2、割线弹性模量Ei;3、切线弹性模量 4 、泊松比定义:当岩石试件纵向受压时纵向有压缩变形εi 的同时, 横向产生伸长变形εd ,表征横向与纵向变形关系的参数称为泊 松比u。 弹性范围内:εd=-uεi u= 四)岩石的流变性 ε 平均 d εl平均 ( 1 、蠕变特性;2、岩石流变性的影响因素;3、流变力学模型 4—2 岩石的力学性质 二、岩石强度特征 1 2 3 4 、岩石破坏及强度的一般特征 1-4 、岩石强度理论 、岩石强度图 、岩石抗剪强度指标—粘聚力和内摩擦角 4—3 结构的抗剪强度 一、层间无填充物的平直结构面抗剪强度; 二、起伏状结构面抗剪强度。 4—4 破碎岩体强度 一、破碎岩体的结构效应 1 2 、结构面产状的力学效应 、破碎岩体的抗剪强度 第五章 边坡稳定性计算 5.1概述 一、边坡岩体内部分析 1、有两种运动 a、相对静止:边坡稳定 b、显著变动:滑坡(变动非常复杂) 、滑坡原因 2 a、驱动滑坡因素 荷载 震动 水 构造应力 温差应力 b、抗滑能力 岩体强度 二、露天采场边坡 1、高大边坡 2、暴露岩层多 3、地质构造面纵横交错 4、水文及工程地质条件复杂 因此,边坡随时监控调整,合理的边帮角 只能最终评价。 三、目前研究现状及任务 1、土体边坡稳定研究,解决岩石边坡有许多 问题 2、露天边坡稳定计算任务 a、验算已有边坡的稳定性,以便决定是否采 取防护措施,并作为防护设施设计的依据。 b、设计露天矿合理边坡角,在已知开采深度, 设计既经济合理又安全的边坡角。 c、边坡的技术原理 Ⅰ Ⅱ 、到界边帮台阶的减震爆破 、防排水 Ⅲ 、伞檐处理 管理不善,缓坡可能滑坡,管理好陡帮也 可能安全(例如平装西露天矿)结合生产工 艺 3 、经验法选取边帮稳定角 爆破<40度 金属矿<50度 、边坡稳定表示方法 4 F抗滑 Fs = F下滑力 当Fs<1,滑坡 当Fs=1,极限平衡 当 Fs>1,稳定 保守起见: =1.1-1.5,多数取1.3 根据边坡服务年限选取不同值 四、本章研究内容: 1 2 3 4 、确定边坡岩体内最危险区 、分析区内的全部作用力 、求FS 、判断稳定程度 5.2计算基础及方法分类 一、边坡稳定分析步骤 1、确定滑面 2、分析滑面上的作用力及反作用力,建立平 衡条件 二、计算方法 1、刚性极限平衡法 ① ② 、将滑体视为刚体 、滑体的位移是剪切破坏 ③ 、滑体在滑面上的平衡条件,应用滑块在斜坡上 的平衡原理    W + N +T = 0 N 2 3 、有限元法 、概率法 T W 5 .3平面滑面计算法 边坡沿某一倾斜面滑动,发生在以下条件: 1 、滑面走向与边坡走向平行或近于平行()度左 右 2 3 、滑面出露在坡面上,二者相交在坡面上 、滑体两侧有裂面,侧阻力小(略) 一、边坡内有确定的滑面及垂直裂隙 (一)、数学分析法 设:1、岩石不透水,垂直裂隙渗入,流 经滑面自坡面逸出,水的压强呈线性分布。 2、滑体重力W,水压U及V均通过滑体重 心不产生力矩,滑体无转动,则滑体稳定条 件为: Z V Z ω U α 6 8° W 1 7 ° β H Zω 6 8° 4 1° β α W 当断裂出露在坡顶时: 当断裂出露在坡面时: 边坡的稳定程度,以稳定系数表示,抗滑力与滑动力之比: C=0 ( 二)矢量法 力多边形封闭为平衡状态 S A*C421,86 步骤: E 1 2 、绘铅直重力矢W,比例自选 、接W之首绘V矢,与W方向垂 直 φ 3 、接V之首绘U矢,与铅直方向 成β角 4 方向与U同 、接U之首绘反力矢N,与铅直 U 2 0° β 5、求封闭力矢S,其方向平行 滑面,指向与滑动方向相反。 自W之尾绘线,使其平行滑 面,并与N矢相垂交,便是所求 平衡抗力S。 V W 抗力中摩擦阻力 接U绘拐角φ,在S线上截取便是 稳定系数: 二、边坡内无确定的滑面,最危险滑面位置可 分析求得 1、滑面临界倾角(不计U、V) 平衡方程: A*C H W 5 2° α 3 1° β 又由于: 故: 或: 令: 最后解得: (最危险滑面倾角)(排土台阶,土边坡, 锡盟地区) α<45度多为圆弧滑坡, 坡角较大时,多为平面滑面 2、直立边坡的临界高度: C*A β 55° 90 W 当边坡垂直时,α=90度 所以: 带入整理后得: 应用公式: 教材中: 方法二: 5-7式 将 代入上式可得: 对于垂直边坡时, α=90°: 把α=90°代入5-7式: 以上绘制曲线图5-6: 垂 圆 弧 滑 面 崩 落 直 边 坡 极 限 高 平面 滑面 0 ° 90° 说明: 1 重力足,以使边坡产生剪切破坏,滑坡。 、垂直边坡的高度大于上式值时,岩体自 2 发生剪切位移。 、小于上式值时,处于弹性应力状态,不 3 、任意边坡滑动时,剪切面仅在距坡顶一 定的深度即 以下方能产生,以上岩层成 为弹性层,它的破坏呈拉断。 抗拉强度小于抗剪强度 4 而远未形成滑坡之前,坡顶处便首先出现 、当边坡体内某局部开始达到塑性变形, 垂直张裂隙,往往称作为滑坡的前兆特征,用来 预报即将发生滑坡。 β ≤ ϕ   β → 0 H90 → ∞ β → 90°  存在最小的极限高度,相对应的弱面倾 角为: 当C=0时,张性断裂时,岩石坚硬: 极限平衡 说明:当C 时,滑面被较陡的坡面切 割,而沿滑面的摩擦角又小于滑面倾角时, 即: ,则可能产生滑坡,与坡面 和坡角无关(在α>β时而言),此时为增加边 坡稳定性,减少坡高和削坡是无益的,只有沿 滑面削掉或机械加固,煤矿多见此种例子。 三、边坡内无确定的拉张裂缝,其最危险的位 置可分析求得 1、滑体稳定系数 b z 将 带入上式 H W α β 2、拉张裂缝的临界高度 解Fs的极限值(最小化) 不考虑水的因素,一般采用减弱系数 法处理,分步微分法 设: 求Fs极值,设 ,用分步微分法: 令 又知: 令: 得: 3、滑体临界顶宽 从图中求: 代入上式: 四、实例分析 1 、条件:已知某矿坡高382m,坡角42度, 断层倾角70度(弱面),宽度5m, 求解①:Fs,②:坡角 岩体力学性质: 闪长岩: γ=27KN/m3 c=500-1000KPa φ=40度 断层c'=0-30KPa φ'=18度 2、滑动模式 经分析确定为平面滑动 3、稳定性计算: 4、计算结果 度不同坡角θ=42-49°,冲水条件 粘聚力C=500-1000KPa,计算结果见表 5-1 结论:边坡尚可适当加陡 5.4圆弧画面计算方法 引言:适用范围 1 2 3 、匀质土坡 、露天矿的排土场 、结构面与边坡面相反倾向的岩体边坡 一、纯粘性土(φ=0) 假设条件 1、滑体围绕一定轴心成钢体转动 2、画面通过坡脚或坡脚以下 力矩平衡条件分析边坡稳定性: O R D ω G H H F W 2 α β W 1 A 计算的圆弧是无数的 应从中确定出最危险滑面 Fs最小者为最危险滑面 第一步:先假设一弧,通过坡脚,轴心 为O 第二步:分析作用力 作用在圆弧上的力包括 1 2 3 、滑体重力W 、沿弧面的粘聚力C 、弧面上滑体所受的反力N 第三步:建立极限平衡方程: 抗滑力矩= 滑动力矩 抗滑力矩 其中: 抗滑力矩 抗滑力矩 滑动力矩 a为整个滑体,重心与转轴的力臂长VABDF, 计算时分为VABD, 求各自力矩: 又: 平衡方程:抗滑力矩=滑动力矩: 5-17 表达式,粘聚力值因圆弧的几何 参数(W,R)而定。 解:C极大值,可确定最危险滑弧面 即对β求导并求极大值得: 5 -19 联立5-18,5-19两式子,用数值解法绘制成 图5-12; 从图5-12可求得不同坡角α之下的ω,β; 而α,ω,β三个值代入5-17式,可求H, 也可将5-17式绘制成图,直接可取用数值: α=90度,极限坡高 二、兼有C和φ时的条分法 将滑体划分为垂直分条 1 、滑动力矩Md为各分条的重力Wi与重力线对 圆心取矩Xi的乘积之和即 βi为分条底滑面倾角 2 、抗滑力矩Mr为各分条在滑面上所能提供的 最大抗剪力Si与滑弧半径的乘积之和 3 、滑体的稳定系数Fs 第六章 滑坡防治 引言:防治滑坡工作特点 1 2 3 、提高边帮角,减小剥采比,获较大的经济效益。 、允许有一定的边坡破坏概率。 、实践证明,加大边坡角有最优区间,并非边帮角越大越 好,应考虑综合效率(如运输费用)。 4、在生产过程中特别注意边坡岩体动态监测,工程地质和 水文地质调查以及稳定分析工作,如发现滑坡征兆,及时防 治滑坡,以免造成损失。 6.1滑坡防治方法类型及程序 一、滑坡防治方法类型 方法: 1 滑体下滑,内排即为例证。 、削坡,压坡脚;削坡降低下滑力,提高Fs,压坡脚阻止 2、增大或维持边坡岩体强度 3、人工建造支挡物(人工加固) 二、滑坡防治工作的一般程序 1 2 3 4 5 、进行有关滑坡原因的工程地质、水文地质的勘探工作 、截集并排出流入滑坡区的地表水 、疏干滑坡区域附近的地下水,或降低地下水位 、削坡减载,反压坡脚或清除滑体,爆破减震等 、采用人工支挡物或其他预防措施 6 .2大型预应力锚杆(索) 一、概述 、采用大型预应力锚杆(索),增大帮坡角10- 1 1 5度 2 3 4 、安装深度可达80m 、预应力可达到几百吨 、锚杆加固系统结构(如图6-3) 锚头 锚杆 水平横梁 锚固段 金属网 二、锚杆(索)加固边坡的工作原理 、固结锚固段(或越过滑面),利用分隔圈使钢 筋混凝土固结牢固 、施加预应力 1 2 5 5 4 3 7 2 1 3 、拧紧锚头,形成锚杆(索)为中心的密 合整体 、在若干锚杆(索)的联合作用下,形成 一个均匀的压密带,提高岩体强度 、滑面处增加摩擦力,提高边坡岩体的稳 定性 4 5 6、未压密的部分岩体,由水平横梁,金属 网支护,防止金属网锈蚀,用沥青或水泥浆 喷护 7 、锚杆疏密程度的形成连续压密带即可(窄压密带) 三、锚杆(索)设计 1 、锚杆(索)锚固力的确定 滑体受到滑体重力W、锚固力P两个力的作用: 2、最佳安装角的确定( ) 最佳“ ”应为所需锚固力最小 即:6-1式中,分母最大即为P最小 即: 所以: 一般 =5-10度 向水平方向下方倾斜5-10度 3、锚杆(索)承载力计算 锚杆(索)承载力一定要大于锚固力 锚杆(索)才可能不被拉断 > P (KN) Q:锚杆承载力,KN; D: 锚杆(索)的直径; : 锚杆(索)材料的抗拉强度, KN/cm2; P:锚杆(索)的锚固力,KN; 、锚固长的确定 4 要实现锚固力,必须足够的锚固长度 锚固长度的大小与下列因数有关 ① 、锚固段砂浆与锚固杆的粘结强度R1 MPa 光面钢筋 MPa 螺纹钢 R为混凝土标号,kg/ cm2; 水泥砂浆与孔壁的粘性强度R2,MPa; 锚固段岩体的抗拉强度R3,MPa; 锚固段长度l应按R3 >R2 >R1的原则 ② ③ 确定 按R1确定l较为合理 四、锚杆(索)应力状态的测试 作用: 1、检查锚杆安装有效性 2、锚杆(索)应力变化情况 方法: 1、刚 2、电阻应变片 3、信息平台随时查寻应力变化情况 五、大型预应力锚杆(索)加固边坡实例       6-4疏干排水 引言:水对边坡影响 使边坡岩体强度降低 动水压力 静水压力 因此防排水工作非常重要 一、地表排水 1 2 、采场周边设截水沟堤坝 、裂隙填堵 裂隙大时先填透水性好的材料先填堵, 顶部用隔水性能好的材料密封,防止深部产 生静水压力。 二、水平钻孔排水 对降低裂隙和潜在滑面附近的水压很有效 的 施工方法:5%坡度的钻孔,孔径50—80mm, 水自然流水坡度3‰ 集水管 采场底部积水坑 排除采场外积水池 真空排水 费用高一般不采用。图 6.4.1 使水渗透压力近似垂直于滑面, 增大了法向压力, 有利于边坡稳定。 图 6.4.1 三、垂直排水井(疏干井) 水位降低位置:L=1.35H ( 一)流程 :疏干井水 地面沟道 地面储水池 书中抽入积水坑是错误的。 二)注意事项: 、切忌水自由排放,要考虑汇水面积范围和地表水与 地下水的水力联系。 、切忌将水排入采场积水坑然后再抽到地面积水池, 增加排水费用。 、排水沟网及积水池防渗漏工作要做好 。 三)优点: 、穿孔 2、采装 3、运输 4、排卸 ( 1 2 3 ( 1 四、地下疏干巷道排水(简述) 费用高,如有旧井巷道利用可行,排土场基 底地下盲沟排水。 6-5 控制爆破    1、微差减震爆破; 2、预裂爆破; 3、缓冲爆破。 一、预裂爆破的基本原理 1 2 3 、预裂爆破是在边坡计划最终边坡线上钻一排倾斜(台阶坡面角)小钻孔、 装少量药比主爆孔先起爆50ms。 、截断主爆破的冲击波,减少边坡的破坏作用,提高边坡稳定性(光面爆 破)。 、无需超钻,齐发爆破 减 震 孔 2 预 裂 孔 3 主爆孔 图 6.5.2 图 6.5.1 二、预裂爆破参数 1 2 、孔径和孔距 孔径50—127mm,孔距是孔径的10—20倍 、装药量 采用不偶合装药(径向或轴向); 一般不充填; 药量经验法。 6—6 抗滑挡垟 一、概述 1 2 、依靠自力重量抵抗滑坡推力的; 、对于滑面不深的小型滑坡面用,同时也是防 治大型滑坡的综合措施之一; 3 4 5 、就地取材,施工方便; 、挡垟设置在推力小的部位; 、保证滑体不越过垟顶的滑坡,同时不能产生 挡垟下部产生新的滑面。 二、抗滑挡垟的设计计算 现以平底挡垟为例,要进行挡垟的抗滑抗倾 覆稳定验算: 1 、抗滑验算 (W + EY ) f KC= EX 当KC≥1时,挡垟不会因滑坡推动力产生水 平滑动。 二、抗滑挡垟的设计计算 2 、挡垟倾覆稳定演算 M WZ + E Z W Y Y K0= ∑∑ 0 = ' EX ZX M 0 当K0≥1时,挡垟不会因推力作用而倾斜。 图 6.6.1 E E w Z Zw EY Z 基点(支点)转轴 y 垟基面 6—7 改变滑带土岩性质 通过各种措施提高滑带在弱面的 土岩强度,即增加土岩的凝聚力C、内 摩擦角φ值。 一、松动爆破滑面 ( 一)原理:在滑动面附近进行松动爆破,破坏滑面的连续 性,使得滑带的土岩φ值提高。 、土岩经松动爆破后破碎块之间的内摩擦角增大。 1 2、改善滑带附近的水文地质条件,有利于稳定。 (二)实例:阜新海州露天矿爆破东北环滑坡,以松动爆破 滑面获得良好防治效果,主要依据: ゜ 1、7#弱层φ从19→31゜; 2、透水性条件改善; 3、滑体五个台阶均已到界,台阶上削坡不合理; 4 后趋于稳定。 、滑体已处于缓慢移动阶段,人工加固难以实施,爆破 二、注浆法 6—8 矿山工程法 指采用矿山工程措施或制定并执行 正确的剥离、采矿程序维护边坡的稳定 性。 1 2 3 4 5 、清帮减重法; 、减重压坡脚法; 、改变合理的开拓运输系统; 、合理安排开采程序; 、采用汽车运输工艺。 第七章 边坡监测 一、引言: ( 一)基本概念种类 1 、露天矿边坡监测工作:是指用仪器或装置,探测边 坡岩体的移动规律或稳定状况,目的是提供边坡 稳定性分析用的基础资料、预报滑坡。 2、种类: a、大面积边坡移动的观测; b、边坡表面或钻孔内局部岩体移动的观测; c、地音监测。 二、边坡监测特点 1 2 3 4 5 、经常观察巡视边坡,及时发现边坡滑坡迹象; 、对重要建筑物及早采用监测措施; 、读数及记录要仔细认真分析; 、雨季及融冻期应加强观测,认真记录相关数据; 、长期性的工作(从设计到露天矿寿命结束)。 7—1大面积边坡岩体移动观测 一、观测原则: 1 、是指在边坡上设置观测点,观测线用经纬仪、水准仪、 钢尺等测量岩体移动,原则是观察方法、观测精度均 应符合测量规程要求。精度1/5000 2、观测点设置要求:观测点上部应有清楚的中心,以保证 精确测量; 、设置位置应便于观测; 保证桩柱岩体牢固结合,是观测点能真实反映岩 体的移动; 、观测点与露天矿的三角测量网建立联系,确定基坐标。 3 4 二、观测资料的图示 1 、滑坡平面图 内容:1边坡平面形状; 2 3 4 5 滑体范围; 地貌; 测点; 标高。 2 、滑坡区断面图(如图7—2) 1 2 3 4 5 6 滑坡前后边坡外形; 滑动面位置; 露头; 测点标高; 岩层; 构造。 二、观测资料的图示 3 4 、观测点位移—时间关系曲线图 位移(m) 、观测点移动向量图 6 10 日期 图 7.2.1 三、观测资料分析 ( ( ( 一)分析滑动面的形状及位置;(1—5) 二)分析滑坡原因; 三)预报滑坡。 7—2 边坡表面测量岩体移动的装置 一、简易装置 、裂隙上涂石膏浆或水泥砂浆,观察裂隙发 展情况。 、浅孔埋入钢桩,测量位移。 1 2 二、铟钢尺伸长计; 三、铟杆伸长计装置; 四、多点边坡位移自动记录仪; 五、滑动触点装置。 7—3钻孔内测量岩体移动的装置 一、钢丝或多点不变拉力钻孔伸长装置; 二、杆式钻孔伸长计装置; 三、倒置摆; 四、钻孔内探测滑动面的装置与仪器; 五、钻孔倾斜仪。 7—4 微震监测 岩石在高应力作用下会发生噪音,设备包 括地音探测器,放大器,记录器、监听器等部 分。分析时应注意穿孔、采掘、运输、爆破等 造成的噪音。 第八章 排土场稳定性 引言: 一排土场类型: (一) 按排土场位置分:1、内排土场;2、外排土场。 (二)按开采工艺及排土设备分: 1 2 3 、铁道运输机械铲排土; 、铁道运输排土犁排土; 、汽车运输推土机(前装机)排土; 排土方式:a、场地排土(露天) b、边缘式排土(剩余量30—40%) 、排土机; 4 5、吊斗铲或机械铲倒堆。 ( 三)按排土场基底倾斜程度为 、山坡(内排时倾斜<13度以下);2、水平或近水平基底排土场; 四)按排土台阶数目分 1 ( 1 2 、单台阶 ; 、多台阶 二、排土场稳定性影响因素 1 2 3 4 5 、排弃物料的物理性质; 、排土场基底条件; 、水的影响; 、排土参数; 、排土工艺。 三、排土场滑坡危害性 1 2 、影响正常生产人员及设备的安全; 、毁坏周边建筑物及道路;(排弃高度1.5倍范 围内不准许有任何建筑物) 3 4 、堵塞泄洪渠道; 、地基发生蠕变。 四、排土场稳定性研究内容 1 2 3 4 、分析影响排土场稳定性的各种因数 、确定排土场的合理边坡角等参数; 、确定排土场的合理高度; 、排土场变形的防治措施。 8—1排土场变形类型 一、滑动 1 2 、排弃物内部滑动(水因素造成的); 、排弃物沿基底面滑动(山坡排土场易发生) ( 10%坡势需采取防滑挡垟措施); 3 、排土场基底滑动。 二、流动(即泥石流)南方居多 三、沉降 8—2 影响排土场稳定性的因素 一、自然地理、基底岩层埋藏特征; 二、水文地质因素; 三、开采工艺因素; 四、排弃物及基底的物理力学性质。 1 2 3 、排弃物容重; 、排弃物的抗剪强度; 、基底的物理力学性质。 8—3 排土场稳定性分析 一、稳定基底排土场 1 2 3 4 5 、将排土场表面简化为平滑面; 、在计算的滑动面上确定若干点; 、根据下式确定个点的正应力和剪应力; 、将滑动面展成水平直线; 、根据剪应力强度曲线,确定相应个点正应力 的抗剪强度Iyi I yi 6、求稳定系数fs= ∑ Ici ∑ 二、软弱基底排土场  1、软岩处理掉,在进行排土时最好为硬岩基 底;   2、软岩较厚则可能发生圆弧滑面; 3、分条块进行计算。 图 8.2.1 三、倾斜基底排土场 外排土场(山坡) 内排土场(倾角<13度) 分条块试算 四、沿台阶走向有均布外载荷的排土场(列车运输) 五、台阶上有集中载荷的排土场(汽车运输) m b m O A Ⅰ m = m - b R m O A 1 Ⅱ R Ⅲ h u A a 图 8.3.3 图 8.3.2 8—4 排土场滑坡防治 主要措施主要有: 1 2   3 4 5 、不同性质的土岩分别排弃(岩石在下,软岩在上); 、疏干排水 地表水→堤坝 地下水→盲沟、排水沟 、排土场基底进行工程处理; 、设置抗滑建筑物; 、调整排土工艺及排土场参数 8 —4 排土场滑坡防治 一、土岩按性质分别排弃 1 2 3 4 、安排好剥离工程计划; 、实现不同土岩的合理运输及排弃程序; 、岩石大块在下,软岩在上; 、混排。 二、疏干排水 三、基地工程处理 爆破→增加基底f 四、支挡滑体 – – – 抗滑桩; 抗滑挡坝、挡垟; 临时爆柱。 五、调整排土工艺和排土参数。
标签:  露天矿边坡 
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