（矿业工程专业论文）仓上金矿露天矿北帮边坡稳定性分析.pdf

东北大学工程硕士学位论 仓上金矿北帮边坡稳定性分析 摘要 边坡稳定性计算是边坡稳定性研究的一项综合评价，它直接关 系到整个边坡研究及滑体方案设计工作的最终结论。本文以山东省 莱州市金仓矿业有限公司仓上金矿北帮边坡为研究对象，根据现场 地质条件及滑体破坏情况，确定本区滑体破坏以圆弧形滑动为主。 采取最优化寻优与现场实测滑面位置相结合的方法寻找最大范围可 能的破坏区。经过分析和比较，用m o n t e - - c a r l o 法进行边坡可靠性 分析。稳定性计算中采用简化b i s h o p 法和余推力法，并同时考虑了 两种计算结果的差异。最后根据分析的结果为本区边坡加固提出了 合理的建议及治理方案。 关键词 边坡破坏模式b i s h o p 法余推力法稳定性治理 t h es t a b iii t y a n ai y s iso fn o r t h erns i o p e in o a n g s h a n gg o idiir e a b s t r a c t t h ec a l c u l a t i o no ft h es t a b i l i t yo f s l o pi sac o m p r e h e n s i v ea p p r a i s a lo fs t a b i l i t y s t u d y , i tc o n c e r n sw h o l es l o p er e s e a r c ha n df i n a lc o n c l u s i o no f t h es l i p p e r yb o d y s c h e m e d e s i g nw o r kd i r e c t l y a c c o r d i n gt og e o l o g i c a lc o n d i t i o na n ds l i p p e r yb o d yo f t h es c e n e t h ep a p e rd e t e r m i n et h a td e s t r u c t i o ni sm a i n l yr o u n da r cw i t ht h eo b j e c to f n o r t h e r n s l o p e o fc a n g s h a n g g o l dm i n e ，l a i z h o u o fs h a n d o n g b ym e a n so f o p t i m i z e dm e t h o da n dl o c a lm e a s u r m e n to ft h es l i d i n gs u r f a c ep o s i t i o n ，t h eb i g g e s t p o s s i b l ed e s t r o y i n g a r e ai s f o u n d e d t h r o u g ha n a l y s i n g a n d c o m p a r e ，s l o p e d e p e n d a b i l i t yi sa n a l y s e db ym o n t e c a r l om e t h o d a d o p t e ds i m p l i f yb i s h o pm e t h o d a n dr e m a i n i n gt h r u s tm e t h o dw h i l e c a l c u l a t i n g ，a n d c o n s i d e r e dt h ed i f f e r e n c e b e t w e e nt w ok i n d so fr e s u l to fc a l c u l a t i o n sa tt h es a m et i m e p u tf o r w a r dt h er a t i o n a l s u g g e s t i o na n dd i s p o s a lf o rt h er e i n f o r c e m e n to f t h es l o p ea c c o r d i n gt ot h er e s u l to f a n a l y s i sa tl a s t k e y w o r d s s l o p e d e s t r u c t i v em o d e b i s h o pm e t h o d r e m a i n i n gt h r u s t m e t h o d s t a b i l i t y d i s p o s a l 3 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研 究成果出加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写的研究 成果，与我一同工作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论文中做了明 确的说明并表示谢意。 本人签名： 日期：上一弓护刍 奎! ! 盔堂三墨堡主堂垡笙壅l ! ! 蔓l 1 1 课题的来源 第一章绪论 随着国民经济的发展，岩体工程发展迅速，越来越多的水利、交通、 能源和国防工程建筑在岩石地区，这就常常需要开挖形成各种高边坡。由 于岩体是一种天然的地质材料，经历了漫长的成岩和改造历史，赋存在一 定的地质物理环境中，具有内在的缺陷，并为各种尺度和形态的软弱结构 面( 主要是节理面) 所切割。因此，它是一种各向异性的非线性、非连续、 具有初始损伤的力学介质。通常，岩体处在复杂应力状态下并承受三向应 力的作用，岩体的强度、变形及其稳定性除与其本身的组构有关外，主要 受构造应力、环境( 水、气、温度、风化及地震等) 及人类工程活动的影 响。由于工程施工的扰动( 即人为施加爆炸力或机械切削力将岩石破碎、 运出) ，岩体原有的平衡状态被打破，由此引起岩体内的应力重分布，促使 岩体中内在裂纹( 裂隙) 不断累积和发展，进而产生宏观的时效断裂，导 致岩体发生破坏失稳，由此而引发的工程实例比比皆是。因此，边坡的稳 定性直接关系到工程设计、施工、运营等的各方面。边坡的稳定性研究亦 成为广大岩土工作者重要的研究课题之一。 边坡的稳定性计算是边坡稳定性研究工作的一项综合评价，这项工作 直接关系到设计方案的制定。因此，能否确定出具有工程代表性的剖面， 找出符合客观实际的破坏模式，选定适当的计算方法，根据具体的工程地 质条件确定岩体强度参数，运用先进的方法和手段是做好这项工作的关键。 只有做到以上诸方面，才能做出恰当的、符合实际的评价。 在边坡工程地质、水文地质勘察和分析，岩石物理力学性质实验研究， 边坡地下水渗流场分析基础上，对场地工程地质条件进行归纳、总结和评 价。这样就从本质上将客观上十分复杂的工程地质条件合理地简化为能够 定量评价的工程地质模型。在此基础上，根据不同的区域，确定出具有代 表性的计算剖面，从而对各剖面进行稳定性计算。其合理性取决于工程地 质、水文地质工作的深入程度、滑坡模式的确定、岩体力学参数的选取、 渗流分析的的成果、计算方法的选择，以及对影响边破稳定性其它因素的 东北大学工程硕士学位论文 1 绪论 合理考虑。 仓上金矿是我国大型露天金矿之一。最大边坡高度达1 9 3 m 。总体边坡 角4 7 。，基岩边坡的总体边坡角为5 0 。矿区地质条件复杂。在大地构造位 置上，仓上金矿位于胶东隆起的西缘，三山岛断裂带的中偏西南部位。矿 区出露的地层主要有胶东群庄组的古老变质岩地层。岩性主要有混合斜长 角闪岩、黄铁绢英岩化花岗岩质碎裂岩、黄铁绢英岩质碎裂岩。其中混合 斜长角闪岩分布于民，断层的北部，为构成北帮边坡的主要岩体。矿区内的 第四系地层分布在基岩顶部的一8 m 平台以上，厚度为1 0 m 左右。矿区的主 要构造为f 。断层和矿区北部的3 号蚀变带。f 。断层位于采场中部，走向 近东西，倾向南，倾角4 2 。- 7 5 。，贯穿整个采场，为控矿断层。3 号蚀变带 位于矿区北部，并从氰冶厂区内通过，走向北东至北东东，倾向南东至南 南东，倾角5 0 。左右，走向长度约4 0 0 m ，除此之外，矿区内还发育有大量 的北走向南东倾的断层和少量北西走向的断层，西坑还发育有数条近东西 走向南倾的顺坡向断层。 仓上金矿北帮边坡的稳定性不仅影响到其顶部地表的氰冶厂和几百户 居民的安全，而且关系到仓上金矿能否正常安全生产。因此，开展边坡的 稳定性研究不仅具有重要的理论意义，而且具有重要的工程实践意义。 1 2 国内外的研究现状 岩体边坡的稳定性分析是一个十分重要的实际问题，自c o u l o m b ( 1 7 7 3 ) 提出了极限平衡法以来，相继产生和发展了许多以塑性极限平衡理论为基 础的岩体边坡稳定性分析方法，主要包括： ( 1 ) 极限平衡法( l e m ) ：假定潜在滑动岩体在极限平衡状态下必须满 足力学平衡条件、运动学条件( 如滑移模式) ，并且在物理学上不违背破 坏准则，通过分析潜在失稳岩体的力学关系，确定边坡的临界稳定安全系 数。 ( 2 ) 极限分析法( l a m ) 它是以d r u c k e r 和p r a g e r 等提出的塑性 极限分析理论的上限定理和下限定理为基础所建立的力学分析方法，自7 0 年代以来，广泛应用于求解土体的稳定性问题。其中c h e n 全面阐述了用 上限定理来求解地基承载力、土压力和边坡稳定性的原理和方法。在上限 和下限分析中，其各自的关键所在是运动许可速度场和静力许可应力场的 查! ! 奎堂三堡堕主兰竺笙窭l 丝兰l 构造技术及其优化分析。 ( 3 ) 滑移线场方法( s l m ) 滑移线场方法包括由s o k o l o v s k i i 等人提 出的静力学理论和h a n s e n 等人提出的运动学理论，它是一种分别采用速 度和应力滑移线场的几何特性求解极限平衡偏微分方程组的数学方法。但 是由于其数学算法上的困难，对于一般的边值问题限制了其应用范围。 ( 4 ) 现代岩土数值方法在极限平衡分析中的应用随着非线性计算力 学与数值技术的理论和应用的发展，为了克服上述方法的缺陷，现代岩土 数值计算方法被广泛应用于岩土工程的稳定性分析中，这些方法主要包括 有限单元法、界面单元法、刚性有限元、离散单元法和非连续变形分析方 法，但是如何根据数值分析结果得出合适的衡量岩土结构稳定性的定量指 标与极限荷载还需进一步探讨。 近些年来，国内对此方面也展开了深入的研究。张勤、陈志坚、陈松 等人( 2 0 0 1 ) 对含层状裂隙岩体稳定性分析中的地质模型、计算参数及计 算方法进行了研究，研究表明，在数值分析中，可将岩体中的结构面分为 两大类：一类为规模较大、有一定厚度、力学性质差的结构面，如断层、 泥化夹层及长大裂隙等，它们对岩体的变形和稳定起控制作用，需设置夹 层单元等进行准确模拟；另一类为岩体中大量存在的闭合结构面，如胶结 较好的层面、层理面及闭合裂隙等，这类结构面密度大、空间分布复杂， 难以逐条模拟，可作等效处理。谢全敏、夏元友、朱瑞赓( 2 0 0 1 ) 针对岩 体边坡稳定性与影响因素之间的非线性关系，提出了基于神经网络的岩体 边坡稳定性的灰色聚类空间预测法，该方法能较好地处理岩体边坡稳定性 与影响因素之间的非线性关系，同时比较准确地预测边坡的稳定性。陶连 金、苏生瑞、张卓元( 2 0 0 0 ) 研究了节理岩体的动力稳定分析，阐述了动 力离散元的原理及计算方法，并将其应用于受高烈度地震威胁的滑节理岩 体的边坡的动力响应分析与动力稳定评价，阐明了滑坡动力稳定性分析的 必要性。李云鹏、杨治林、王芝银( 2 0 0 0 ) 研究了顺层边坡岩体结构稳定 性位移理论，指出岩体顺层边坡的破坏主要表现为溃屈和剪切滑动，通过 对顺层边坡岩体结构屈曲和后屈曲变形因素的分析，提出了以位移形式表 示的层状边坡溃屈破坏的上限值，根据边坡岩体渐进性破坏的桃理得出了 不同情况下边坡岩体剪切滑动破坏的极限长度，给出了顺层边坡岩体结构 的稳定性判据。栾茂田、黎勇、杨庆( 2 0 0 0 ) 在广义有限单元和点接触单 元的基础上，借助于分区参变量变分原理阐述了非连续变形计算力学模型 查j ! 奎堂三堡堡圭堂堡鲨奎j ! 皇l ( 简称为d d c m m ) 的基本原理，建立了其一般数学列式，并将其应用于 一个典型的岩体边坡问题，取得了理想的效果。王亮( 1 9 9 9 ) 根据影响边 坡稳定性的诸多因素，利用可拓学方法建立多指标的稳定性评价模型，并 用定量的数值表示评价结果。徐平、甘军、丁秀丽( 1 9 9 9 ) 通过建立三峡 船闸高边坡流变模型，研究了边坡内渗透水压力对边坡岩体长期变形的影 响。孙世国，蔡美峰、程五一( 1 9 9 9 ) 结合工程实际探讨了地下采动对边 坡岩体的变形的影响规律和特点，及探索了地下和露天复合采动体系中边 坡岩体变形与破坏机理。自7 0 年代以来，把系统论、信息论等方法引入岩 石高边坡研究中，如成都理工学院黄润秋把岩石高边坡稳定性分析分为岩 体力学环境条件的研究、边坡岩体变形破坏机制的研究、边坡岩体滑动破 坏的时空预报和综合评价及处理措施采取的论证。这样可使岩石高边坡稳 定性分析工作系统化，但没有明确岩石高边坡这一系统的界限范围，同时 也没有把岩石高边坡作为一个动态系统考虑，如没有把岩石商边坡变形破 坏和整治工程对岩石高边坡这一系统的反馈影响进行考虑。实际上许多人 工岩石高边坡的破坏失稳是因为设计施工时没有进行这方面的系统考虑而 造成的。铁道部科学研究院徐邦栋在总结岩石高边坡变形破坏规律的基础 上，提出以岩石高边坡所在山体作为整个研究对象，依不连续裂面对山体 的分割进行分区，提出岩石高边坡稳定性分析应按山体稳定、坡体稳定和 坡面稳定的顺序进行。明确了岩石高边坡稳定性分析的系统对象，提出了 系统的分析方法。但这一思想怎样进一步把系统论、控制论方法引入，把 岩石高边坡作为一个动态系统进行研究，还有许多工作要做。王仲锦( 1 9 9 8 ) 提出了岩石高边坡稳定性系统的研究对象和系统分析的结构层次，对岩石 高边坡稳定性系统的元素和环境进行了系统分析，提出了岩石高边坡稳定 性系统分析框图。王来贵、黄润秋( 1 9 9 8 ) 从岩石力学系统运动稳定性的 基本理论出发，将边坡力学系统的破坏分成五类，对其中的连续协调变形 边坡的稳定性问题进行了描述，并分析了该系统的稳定性及其判据，找出 了系统的控制变量是系统的广义刚度系数，同时对影响系统控制变量的因 素进行了初探，指出了影响边坡系统稳定性的控制变量主要是系统的结构 因素和系统的力学参数性质。边坡稳定性分析是不确定性问题，不仅具有 随机性，也具有模糊性。传统的分析方法多为定值分析法，没有考虑实际 存在的不确定性，所给的安全系数，并不能反映分析对象真实的安全度和 可靠性。对于这类具有模糊性的事件可以采用模糊数学方法。刘端伶、谭 东北大学工程硕士学位论文 1 绪论 国焕、李启光、徐钺、王元汉( 1 9 9 9 ) 采用f u z z y 数学方法，充分考虑工 程实际经验，建立了f u z z y 综合评判模型，使得评判结果更符合工程实际。 在岩石边坡稳定性分析中，h u d o s n ，j a 提出并发展的影响因素关系矩阵 受到许多专家和学者的重视。杜广印、尚彦军( 2 0 0 0 ) 从区域上影响岩石 边坡稳定性的地质和工程两方面因素相互作用出发建立关系矩阵，迸一步 得到它们各自权重，并求得岩体不稳定性指数( r m i ) ；通过观察实际变形 边坡影响较大的地质因素是否出现及其作用程度计算出可预报性估值 ( p r ) 。 一 总之，在边坡的稳定性研究方面，国内外的学者已做了大量的工作。 但是，由于地质条件、水文条件、岩体性质、气候环境等各种因素的千变 万化，对于具体到特定的环境条件，应作具体分析研究，并给出相应的解 决方案。 1 3 本文的研究内容和方法 本文主要研究以下几方面的内容： ( 1 ) 仓上金矿边坡岩体的变形破坏机理及其破坏模式研究； ( 2 ) 利用合理的计算模型，运用极限平衡分析理论对仓上金矿北帮 边坡稳定性进行分析计算； ( 3 ) 根据理论分析与计算结果，对仓上金矿北帮边坡提出综合治理 方案； ( 4 ) 应用可靠性理论对治理方案的合理性进行评价。 本文的主要采用理论研究、数值分析和工程实践相结合的研究方法。 1 4 本课题研究的意义 边坡稳定性问题是由多种因素所制约的。开展边坡岩体稳定性研究， 掌握边坡变形破坏的主要影响及规律，并对其加固和维护方案及其效应， 以及对边坡稳定性的可靠度分析，对下列几点有重要意义： ( 1 ) 积极主动地进行边坡维护，减少人为对边坡挠动的影响。如 爆破震动、采用选进的爆破工艺和手段、重视地下水的处理等。 ( 2 ) 通过预测和可靠度分析，为生产决策提供依据。同时对合理安全 东北大学工程硕士学位论文1 绪论 生产计划，确保安全生产。 ( 3 ) 合理选择边坡的治理方案，优化边坡加固设计，以最低的成本获 得最佳效果。 ( 4 ) 根据该条件下岩体破坏机理研究锚索的加固效应，不仅具有重要 的理论意义，而且可以较好的指导岩土工程的设计和施工，并能为工程建 设提供一定的借鉴和指导作用。 东北大学工程硕士学位论文 2 边坡稳定性分析 2 1 前言 第二章边坡稳定性分析 边坡稳定性计算是边坡稳定性研究工作中的一项综合评价，这项工作 直接关系到整个边坡研究及滑体方案设计工作的最终结论。因此，自 否确 定出具有工程代表性的剖面，找出符合客观实际的破坏摸式，选定适当的 计算方法，根据具体的工程地质条件确定岩体强度系数，运用先进的方法 和手段是做好这项工作的关键。只有做到以上诸方面，才能做出恰当的、 符合客观实际的评价。 在边坡工程地质、水文地质勘查和分析，岩石物理力学性质实验研究， 边坡地下水渗流场分析基础上，对场地工程地质条件进行归纳、总结和评 价。这样就从本质上将客观上十分复杂的工程地质条件合理的简化为能够 定量评价的工程地质模型。在此基础上，根据不同的地质区域、确定出具 有代表性的计算剖面、从而对各剖面进行稳定性计算。其合理性最终取决 于工程地质、水文地质工作的深入程度，滑坡模式的确定、岩体力学参数 的选取，渗流分析的成果，计算方法的选择，以及对影响边坡稳定性其他 因素的合理考虑。 滑体稳定性分析是整个治理工程设计中的重要环节，既是对前述基础 资料的系统总结、消化、吸收和具体应用，又是方案设计参数取值的依据。 因而，其起到承上启下的作用，其计算方法及结果的可靠性，将直接影响 到方案设计的可靠性和合理性。 一般来讲，滑体稳定性分析必须完成下列任务： ( 1 ) 建立合理的滑体破坏模式，并搜索出最可能的滑面位置，为加固 工程的布置提供依据； ( 2 ) 计算出各不同区段的不同代表性剖面的稳定性状况，同时，对不 同水位、不同的动力条件的稳定性进行估计； ( 3 ) 求出在不同状态下的推力； ( 4 ) 结合治理方案的措施，计算在工程实施后提供的剩余推力。 东北大学工程硕士学位论文2 边坡稳定性分析 本文的基本思路见框图 图2 1 稳定性分析步骤图 f i g 2 1t h es t e p so fs t a b ii i t ya r a iy s is 2 2 破坏模式及影响因素 露天矿边坡变形破坏模式的识别， 势结构面产状和边坡结构参数( 破向、 来进行推理的。 2 2 1 滑体破坏模式的确定 主要考虑岩性、岩体结构类型、优 坡度、坡高等) 因素及其相互关系 2 2 1 1 边坡地质条件 ( 1 ) 四系地质条件 北帮边坡第四系露出厚度比较稳定，一般以8 m 平台为底面。主要成 分为淤泥质粉质粘土、淤泥质土、中砂、砾砂等，自然状态下工程地质条 件良好。因露采剥离在其南部形成临空面后使其工程地质条件变差。第四 系中的地下水在氰冶厂区的水位标高约为1 3 m 左右，厂区两侧则在- 8 m 平 芋 查! ! 奎堂三堡堡兰堂焦笙奎 ! 垫塑登星丝坌堑 台出露。在降雨量大且较为集中时，沿裂缝渗水或因第四系吸附降水后沿 途层饱水，岩土层的自重增加，强度降低，在部分地区将形成小的滑坡或 崩塌，滑坡体以扇形为主，前缘宽度小于l o r e ，高度小于5 m ，厚度小于 3 m ，多堆积于8 m 平台，少量随降水流八坑内。 ( 2 ) 岩地质条件 北帮边坡的基岩由f 3 l 向北依次为黄铁绢英岩质碎裂岩、黄铁绢英岩 化花岗质碎裂岩、黄铁绢英岩化花岗岩及花岗岩四种。目前采场揭露的只 有前三种，且黄铁绢英岩化花岗岩仅在5 1 5 线至5 1 9 线间的一8 m 平台有小 面积出露。因此，构成北帮边坡岩体的岩性主要为黄铁绢英岩质碎裂岩和 黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩两种。 黄铁绢英岩质碎裂岩呈灰色或灰绿色，变余碎裂结构，斑杂状或块状 构造，主要矿物成分为绢云母、微粒石英、原岩石英和黄铁矿，并含有少 量的黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、毒砂、磁铁矿、碳酸岩等。 黄铁绢英岩质碎裂岩的单轴抗压强度一般在3 0 6 0 m p a 之间属坚硬、 半坚硬岩石，岩体中的结构面以节理为主，密度约为8 1 0 条米，多呈闭 合状，局部发育有断层。 黄铁绢英岩化花岗岩质碎裂呈浅灰灰绿色，变余碎裂结构，块状、 斑杂状构造。原岩矿物约占3 0 4 0 ，主要为石英、斜常石、钾长石、云 母。蚀变矿物约占6 0 7 0 ，主要为绢云母、微粒石英、钾长石及少量碳 酸岩、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等。 黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩主要分布于黄铁绢英岩质碎裂岩与第四 系地层之间的台阶坡面上，少量被第四系地层覆盖。该类岩石的单轴抗压 强度一般大于6 0 m p a ，部分为3 0 6 0 m p a ，属坚硬、半坚硬岩石，裂缝的 密度约为3 6 条，米，岩体的完整性较好。 北帮边坡基岩风化带一般位于4 0 m 标高以上，东西两端边坡风化深 度比较大，近5 0 m ，边坡中间部位风化深度浅，风化带内岩石裂隙发育， 工程地质条件差。 2 2 1 2 破坏模式 根据以上的诸多因素，且通过现场滑体破坏调聋的综合考虑，本地区 滑体破坏主要以圆弧性互动破坏占主导的边坡破坏模式。从地质条件报告 中可知，各区边坡眉线以北未发现有顺坡向的断层，而坡体上部的拉张裂 缝倾角较陡，总体边坡的破坏模式应为圆弧形。而台阶边坡存在的不连续 查! ! 查堂三矍堡主堂垡堡奎 ! 望垫整室些兰! 塑 面的组合关系，故使区内边坡可以发生上部沿断层滑动，下部剪断岩体的 平面一一圆弧复合型破坏。节理面之间的不利组合可切割成楔形破坏体， 因其规模较小，所以本次研究以圆弧破坏、复合型圆弧破坏对北帮各区段 整体边坡进行分析。 2 2 2 稳定性计算的影响因素 岩质边坡的稳定性受到许多因素的影响，但各种因素对边坡稳定性 的影响因素程度并不相同。本次稳定计算中主要考虑了以下几种影响因素： ( 1 ) 岩体结构面 岩体中结构面的存在，降低了岩体的中体强度。工程实践表明，岩质边坡 往往是因岩体中的结构面组合切割而产生滑动，众多结构面有将岩体边坡 切割成块状或碎裂状。对面影响的考虑主要反映在滑坡模式和岩体力学参 数的选取上。 ( 2 ) 重力 岩体的重力是引起边坡滑动的最基本因素，是构成下滑因素及抗滑因 素的最重要的体积力，它主要反映在对不同岩性的y 值选取上。 本矿因开挖而产生的边坡，它在形成过程中( 或形成后) 由于自重所 引起的在边坡内部，特别是坡脚处的应力集中现象，一般来说不利于岩体 本身的稳定而可能导致的某些裂隙面的产生或者原有裂隙面的扩大，从而 恶化边坡平衡条件。 ( 3 ) 地下水的作用 地下水对边坡岩体稳定性起着重要的作用。从对许多滑坡事故的分析 可以发现其中有不少滑坡是在暴雨后发生的，水的作用往往成为滑坡的直 接原因。地下水对边坡稳定性的影响可归纳为以下两点： 静水压力：这是地下水对边坡作用的主要形式，对边坡的影响是降 低岩体的抗剪强度和产生水平推力及浮托力。 动水压力：地下水的渗透压力能加速边坡的滑动。 本次各剖面的计算时，都是通过渗梳分析，在各剖面上计算处浸润线 及其渗压分布。 ( 4 ) 岩体力学强度 如前所述，其取值直接关系到计算成果的合理性和可靠性。一般岩体 东北大学工程硕士学位论文2 边坡稳定性分析 强度包括岩块强度和结构面强度的综合效应，详见前述专项研究报告。 ( 5 ) 爆破地震效应 爆破地震是钻孔、洞室爆破所引起的周围介质的运动，这些爆破都会 产生一定的爆破动力效应，诸如疲劳效应，对边坡的岩体的动力放大效应 等，给边坡岩体的强度和稳定性带来显著的影响。 ( 6 ) 其它因素 对边坡形态、高度、服务年限、风化带的划分等因素的考虑，将根据 工程经验的选取允许安全系数时加以考虑。 2 3 滑动面寻优方法 计算中采取了最优化寻优与现场实测滑面位置相结合办法寻找最大范 围可能的破坏区。 2 3 1 基本假定 ( 1 ) 剪切破坏面形态用圆心坐标( x 。，y 0 ) 描述，并从坡脚剪出。 ( 2 ) 由于圆心坐标( x 。，y 。) 两参数同时变化，为防止圆弧面与边坡 面不相交，选择另一有效变量x 0 和圆心坐标( x 。，y 。) 一起来描述圆弧形剪 切破坏面形态，如图所示。 图2 2 破坏面形状示意图 f i g 2 2t h es k e t c hm a po fd e s t r u c t iv e s h a p e x c 为边坡面上的任意一点( x 。，y 。) 的横坐标值，y 。可通过边坡几何 查! ! 奎兰三墨堡圭堂垡堡壅 ! 望堡整塞竺! ! 照 特征点坐标插值求得。 ( 3 ) 假定变量x 。和圆心横坐标x 。及坡脚坐标( x 一，y ) ，则圆心坐标 y 。就可通过下式求得： ( x 。一z 。) 2 + ( k l ) 2 = ( o 一) 2 + ( k y c ) 2 2 3 2 单纯形加速法求解原理 假定在强度指标和荷载均确定的情况下，边坡状态函数的基本不变量 仅仅为确定破坏面的坐标值，即： z = f ( x by ，) ，( x ：，y ：) ，( x 。，y 。) 因y 。为x 。所决定，故又可写为 z = f ( x l ：x2 ，x 。) 若定义状态函数值为安全系数，目标函数则为安全系数最小，即： m i n z = m i n f ( x i ，x 2 ，x 。) 对应m i n z 的破坏面则为最危险破坏面。 这属于一个无约束条件下多变量函数的寻优问题，我们采用单纯形加 速法来求解。 单纯形加速法的基本思想是：首先计算出若干破坏面对应的安全系数 f 。( x ) ，进行比较，从它们的大小关系判断出安全系数f ( x ) 的变化趋势， 作为寻找下一次更小安全系数对应的破坏面的参考。 根据上式，安全系数f 由i i 个坐标( x ，x 。，x 。) 决定，则可以首先n + 1 个破坏面x 。，x x 。，k ，即x ；代表一个破坏面x l _ x ，x x 。 ，则寻优过 程为： ( 1 ) 计算安全系数值f i - f ( x 。) ，( i = o ，1 ，2 - - n ) ，比较n + 1 个破坏面对应 的安全系数f 。，f 。f 。的大小，找出安全系数最大的破坏面x 。及安全系数最 小的破坏面x 。，即： f h = f ( x 。) = m a x f 。 f 。= f ( x 。) = m i n f ，( i = o ，1 ，2 r 1 ) 以及除h 破坏面之外的安全系数最大破坏面x 。 氏= f ( x 。) = m a x f 。( i = o ，1 ，2 n ) ( 2 ) 计算反射点，即可那安全系数最小的破坏面x 。，即： 查! ! 盔堂三墨堡主兰垡堡苎 x n 2 詈c 喜_ 一x ”，一z 2 边坡稳定性分析 ( 3 ) 若f r _ f ( x 。) f ( x 。) ，则压缩步长，令 x 。= ( 1 一九) x 。+ xx 。 式中九为压缩因子，0 1 ， 0 5 然后计算f ( x 。) ，并转向下述的e 。 ( 4 ) 若f r f 。，则加大步长，令 x e = ( 1 一u ) x h + ux r 式中耻为最大因子，i i l 。 然后计算f 。= f ( x 。) ，若f 。 f 。否则x 。= x 。 ( 5 ) 若f ( x 。) f s 。，则l 点的f s 。即为 水平方向最小的安全系数一点( 如1 点) 向上移动y 得到4 点，如果f s 。 l 排水标离：8 m 以工浅层地下水 水沟总长度：3 0 0 m 排水沟净断面： o 2 4 m 2 ( 宽0 4 m 深0 6 m ) 开挖土、石方：3 6 0 m 3 浆砌毛石：厚o 4 m ，2 8 8 m 3 水沟采用人工开挖，m 5 砂浆浆砌毛石修筑，并用m 7 j 砂浆勾缝，块石可 采用采矿废石，但须挑选径 o 2 m ，抗压强度不小于3 0 m p a 的使用。 水沟布设详见方案i 平面图 ( 3 ) 截水帷幕 由于削坡可能破坏原北帮东侧的第四系截水帷幕墙，故应于削坡完成 后于坡顶外侧新设截水墙，墙体深度应达基岩面内2 m 。 截水墙采用高压旋喷注浆，选择摆喷方式，成墙后形成厚0 3 m 的墙 体。 一 注浆孔间距：l m 注浆孔深：1 2 m ( 平均) 截水墙长：4 6 0 m 垄j ! 查兰王堡婴主羔垡堕奎 ! ! ! 塑望垫堡垒堕! ! 茎- 墨 帷幕厚：0 3 m 钻孔个数：4 6 0 个 截水墙施工时，应参照原注浆参数及浆液配比进行实际谲整，保证注 浆止水效果。 ( 4 ) 位子氰冶厂东西两侧的8 m 地面的坡面设砌石护坡，用于保护 第四系坡面完整性，防止塌滑。 砌石高度：1 6 m ( 贴坡) 砌石厚度：0 4 m ，m 5 砂浆砌筑，m 75 砂浆勾缝 砌石长度：6 0 m ( 露) + 9 0 m ( 东) = 1 5 0 m 砌石方量：9 6 0 m 3 砌块石材可选用采矿废石，但需挑选，块度径) o 2 m ，抗压强度不小 于3 0 m p a 。 护坡排水孔：走向方向设置，走向间距5 m ，垂直间距5 m ，呈梅花形 布置，排水孔具体要求可按一般土建工程挡墙泄水孔施工。 ( 5 ) 第四系边坡锚固 为防止氰冶厂处削坡后形成的第四系边坡的塌滑，采用预应力锚索+ 混凝土网十纵向斜梁联合支护