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东北大学硕士学位论文摘要 眼前山铁矿高陡边坡稳定性分析 摘要 为了解决扩帮剥岩大量落后、矿石生产能力逐年下降，难以实现稳产过渡等难 题，鞍钢矿山公司于1 9 9 3 年对眼前山铁矿加陡固定帮坡角的可行性进行了研究， 1 9 9 3 年1 1 月审查通过了可行性研究报告，予1 9 9 4 年6 月完成了“眼前山铁矿采用 加陡固定帮坡角初步设计”，并于当年开始实施固定帮三并段开采工艺。 眼前山铁矿实施三并段开采工艺取得了显著经济效益，但同时因固定帮加陡而 带来的滑坡风险也随之加大。几年来，共发生了六处边坡滑落及破坏，对矿山的安 全生产带来一定影响。因此，研究三并段固定帮边坡的稳定性、分析破坏风险、破 坏机理等对下部开采过程中的边坡组成、边坡管理以及安全生产都具有重要意义。 本文对眼前山铁矿高陡边坡的稳定性进行了分析与研究，并得出如下结论： l 、南帮边坡东部和中部的安全系数较小，但均大于临界安全系数1 2 6 。三并 段的局部台阶滑动的安全系数小于全高边坡整体滑动的安全系数。说明今后边坡防 治重点是南帮边坡东部和中部的局部台阶滑落。 2 、南帮边坡岩体中含有大量的节理裂隙，且已将边坡岩体切割成破碎状结构。 对边坡岩体强度有一定影响，并容易诱发边坡表面滑落、岩块滚塌等。 3 、通过对工作帮边坡台阶上节理的系统调查和分析，得到了工作帮边坡各个 区段的节理分布情况，每个区域内节理的分布均有明显的优势方位，其主要倾向平 行台阶坡面或与台阶坡面斜交。且优势节理的倾角介于5 0 4 4 0 6 8 4 5 0 之间。其与 台阶坡面的交线倾角小于台阶坡面的原设计倾角6 5 。，不利于台阶边坡的稳定。 4 、运用地质统计学原理对岩石强度的空间变异性进行了研究，建立了理论模 型，并用于边坡可靠性计算中。边坡的可靠指标与安全系数没有线性关系，可靠指 标除与安全系数均值有关外，还取决于岩体强度的分布状况，因此在岩体强度不均 匀区域，低强度的岩层或结构面对滑坡往往起控制作用，发生破坏的概率也大。 5 、到界边坡采用三并段工艺是一种加陡边坡角的有效途径，但由于岩体中阉 有的裂隙分布等，以6 0 。阶段坡面角靠帮更加合理。 6 、项目研究中进行了现执行的设计方案( 阶段坡面角6 5 。，坑底标高一1 9 5 m ) 与调整方案( 阶段坡面角5 0 。，坑底标高一1 8 3 m ) 的详细对比分析。调整方案在全 高边坡和局部台阶的稳定性上，均好于设计方案，推荐调整方案作为今后南帮边坡 的开采执行方案。 关键词：眼前山铁矿三并段边坡稳定计算分析 i i 东北大学硕士学位论文 t h es t a b i l i t ya n a l y s i so f h i g hs t e e p s i d es l o p eo f y a n q i a n s h a n i r o nm i n e a b s t r a c t i no r d e rt os o l v et h ed i f f i c u l tp r o b l e mw h i c he x p e n d i n gt h es i d es l o pb yp e e l i n go f f r o c kg o tb e h i n dh e a v i l y , t h eo r ep r o d u c t i v i t yd r o p p e dy e a rb yy e a r i tw a sd i f f i c u l tt o r e a l i z et r a n s i t i o n 、i ms t a b l ep r o d u c t i o n a r l s h 出r li r o na n ds t e e lc o m p a n ym i n ec o m p a n y y a n q i a n s h a ni r o nm i n ec a r r i e dt h r o u g ht h ef e a s i b i l i t yr e s e a r c hw h i c hi n c r e a s e dt h es t e e p f i x e ds i d es l o pa n g l ei n1 9 9 3 ；e x a m i n e dp a s s e dt h ef e a s i b i l i t yr e s e a r c hr e p o r ti n1 9 9 3 n o v e m b e r ；c o m p l e t e d p r e l i m i n a r yd e s i g no fy a n q i a n s h a ni r o nm i n ea d o p t e di n c r e a s i n g t h es t e e pf i x e ds i d es l o pa n g l e ”i n1 9 9 4j u n e ；a n ds t a r t e dt oi m p l e m e n tl l l i n i n gc r a f tt h a t c o m b i n e dt h r e es e c t i o ni n t oo n e $ 1 ，c l i o no nt h ef i x e ds i d es l o pi nt h es a m ey e a r y a n q i a n s h a ni r o nm i n ei m p l e m e n t e dm i n i n gc r a f tt h a tc o m b i n e dt h r e es e c t i o ni n t o o n es e c t i o nh a so b t a i n e dr e m a r k a b l ee c o n o m i ce f f i c i e n c y a tt h es a n l et i m eb e c a u s et h e f i x e ds i d es l o pa d d e dt h el a n d s l i d er i s k , f o rs e v e r a ly e a r s t h e r ew e r es i xs i d es l o p e st o f a l la n dd e s t r u c t i o n ，a n db r o u g h tt h ec e r t a i ni n f l u e n c et ot h em i n i n gs a f e t yi np r o d u c t i o n t h e r e f o r e ，r e s e a r c h i n gt h es t a b i l i t yt h a tc o m b i n e dt h r e es e c t i o ni n t oo n es e c t i o no nf i x e d s i d es l o p e ，a n a l y z i n gt h ed e s t r u c t i o nr i s ka n dt h ed e s t r u c t i o nm e c h a n i s ma n ds oo nh a s t h ev i t a ls i g n i f i c a n c ef o rt h ec o m p o s i t i o n k m a n a g e m e n to fs i d es l o p ea n dt h es a f e t yi n p r o d u c t i o ni nt h ep r o c e s s t ot h el o w e rw a l l 1 k sa r t i c l eh a sc a r r i e do na n a l y z i n ga n dr e s e a r c k n gt h es t a b i l i t yt oa d o p th i g hs t e e p s i d es l o p e ，a n dd r a w st h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n ： ( 1 1s a f e t yc o e f f i c i e n to f t h ee a s ta n dm i d d l es i d es l o p eo nt h es o u t hs i d es l o pi ss m a l l ， b u ti sb i g g e rt h a nt h ec r i t i c a ls a f e t yc o e f f i c i e n t1 2 5 t h es a f e t yc o e f f i c i e n to fp a r t i a l s i d e s t e pt h a tc o m b i n e dt h r e es e c t i o ni n t oo n es e c t i o no nt h es o u t hs i d es l o pi ss m a l l e r t h a nt h es a f e t yc o e f f i c i e n tw h i c ht h ee n t i r eh i g hs i d es l o p e i tm e a n st h a tt h en e x tk e y p o i n to fs i d es l o p ep r e v e n t e da n dc o n t r o l l e dw i l lb et h ep a r t i a lc o a s to nt h ee a s ta n d m i d d l es i d es l o p ei nt h es o u t hs i d es l o p ( 2 ) t h er o c kb o d yi ns o u t hs i d es l o pc o n t a i n e dt h em a s s i v ed i v i s i o n a lp l a n e c r e v a s s e a l s oh a sb e e nc u ti n t ot h ec r u s h e ds h a p es t r u c t u r e h a st h ec e r t a i ni n f l u e n c et oi n t e n s i t y o ft h er o c kb o d yi nt h es i d es l o p e ，a n di se a s yt oi n d u c et h es i d es l o p es u r f a c et oc o a s t a n dc o l l a p s ea n ds oo n 一i i i 东北大学硕士学位论丈 ( 3 ) t h r o u g hi n v e s t i g a t i n ga n da n a l y z i n gb yt h en u m b e r sd i v i s i o n a lp l a n eo nt h e w o r k i n gs i d es l o p e ，w eo b t a i n e dt h ed i v i s i o n a lp l a n ed i s t r i b u t i o ns i t u a t i o no f e a c hs e c t o r o f t h ew o r k i n gs i d es l o p e t h ed i v i s i o n a lp l a n ed i s t r i b u t i o ni ne a c hr e g i o nh a dt h eo b v i o u s s u p e r i o r i t yp o s i t i o n , i t sm a i nt e n d e n c yp a r a l l e ls i d es l o po fb e n c ho rs l a n t i n gj o i n tw i t h s i d es l o po fb e n c h ，a l s ot h es u p e r i o r i t yd i v i s i o n a lp l a n ei n c l i n a t i o na n g l ew a ss i t u a t e d b e t w e e n5 0 4 4 0 a n d6 8 4 5 0 i ti ss m a l l e rt h a nt h eo r i g h u dd e s i g ni n c l i n a t i o na n g l es i d e s l o po fb e n c hw i t ht h es i d es l o po fb e n c hi n t e r s e c t i o ni n c l i n a t i o na n g l e6 5 0 ，d o e sn o t f a v o rt h es t a b i l i t yo f t h es i d es l o p e ( 4 ) w eh a sc a r r i e dt h r o u g ht h er e s e a r c ht ot h er o c ki n t e n s i t ys p a t i a lc h a n g e a b i h t yu s i n g t h eg e o l o g i c a ls t a t i s t i c sp r i n c i p l e ，e s t a b l i s h e dt h et h e o r e t i c a lm o d e l ，a n du s e d i n r e l i a b i l i t yc o m p u t a t i o no ft h es i d es l o p e t h er e l i a b l et a r g e ta n dt h es a f e t yc o e f f i c i e n to f t h es i d es l o p ed on o th a v et h el i n e a rr e l a t i o n s ，r e l i a b l et a r g e tb e s i d e si si n t e r r e l a t e dw i t h s a f e t yc o e f f i c i e n ta v e r a g ev a l u e ，b u ta l s oi sd e c i d e db yt h er o c kb o d yi n t e n s i t yd i s t r i b u t e d c o n d i t i o n ，t h e r e f o r ei nt h er o c kb o d yi n t e n s i t yn o n - u n i f o r m i t yr e g i o n ，t h el o wi n t e n s i t y r o c kl a y e ro rt h es t r u c t u r eo f l e nr e a c tt h ec o n t r o la c t i o nf o rt h el a n d s l i d e ，a n dt a k i n g p l a c et h ed e s t r u c t i o np r o h a b i l i t yi sa l s ob i g 。 ( 5 ) i ti se f f e c t i v ew a yt oa d d e ds t e e ps i d ea n g l eo fs l o p eb yu s i n gt h a tc o m b i n e d t h r e es e c t i o ni n t oo n es e c t i o n ，b u tb e c a u s ei n h e r e n tc r e v a s s ed i s t r i b u t i o na n ds oo ni n r o c kb o d y a d o p t i n g6 0 。t h es t a g es l o p ef a c ea n g l eo nt h eg a n gw a sm o r er e a s o n a b l e ( 6 ) w eh a sc a r r i e do nc o r r e l a t i o na n a l y z i n gi nd e t a i li nt h ed e s i g np r o p o s a lw h i c h p r e s e n t l yc a r r i e so u t ( s t a g es l o p e f a c ea n g l e6 5 。，p i tb o t t o me l e v a t i o n 一19 5 m ) a n d a d j u s t m e n t p l a n ( s t a g es l o p e f a c e a n g l e6 0 。，p i t b o t t o m e l e v a t i o n 1 8 3 m ) t h ea d j u s t m e m p l a ni nt h ee n t i r eh i g hs i d es l o p ea n d i nt h ep a r t i a ls t a i rs t a b i l i t yi sa l lb e r e rt h a ni ti nt h e d e s i g np r o p o s a l ，s ow er e c o m m e n dt h ea d j u s l m e n tp l a n 船c a r r y i n go u tp l a ni nt h en e x t s o u t h es i d es l o p em i n i n gi t k e yw o r d ：y a n q i a n s h a ni r o nm i n e c o m b i n et h r e es e c t i o ni n t oo n es e c t i o n t h es t a b i l i t yo f t h es i d es l o pc a l c u l a t e a n a l y z e i 卜 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。沦文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同：r 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：施抬备 日期：妒6l 。，7 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字目期： 导师签名： 签字日期： 型：垄芏塑主兰垡笙查 釜= 主堕童 第一章前言 1 。1 问题的提出及研究意义 眼前山铁矿是鞍钢集团鞍山矿业公司所属大型国有企业，是鞍钢集团主要铁矿 石生产基地之一。该矿是一个生产多年的老矿山，1 9 2 0 年就已经开采，至今已有八 十多年的开采历史。但真正的大规模建设始于1 9 6 3 年，1 9 6 5 年建成投产，目前已 经形成了比较完善的综合生产系统，为鞍钢的钢铁生产提供了大量矿石，为中翻的 冶金工业发展做出了重要贡献。 该矿初期设计规模为年产矿石3 0 0 万t ，采用准轨铁路运输，下盘固定折返坑 线开拓方式，后来在生产过程中几经调整设计。进入深部开采以后，开采条件逐步 恶化，矿石储量变化、减少等，到1 9 9 1 年，眼前山铁矿年产铁矿石仅2 0 0 万t ，采 剥总量不足6 0 0 万t ，采场仅上盘剥岩欠帐就达1 5 0 0 万t ，剥岩落后使矿山陷入网 境。为了解决扩帮剥岩大量落后、矿石生产能力逐年下降，难以实现稳产过渡等难 题，鞍钢矿山公司于1 9 9 3 年指定鞍钢矿山设计院、矿山研究所编制眼前山铁矿加陡 固定帮坡角的可行性研究报告，其中要求上部边坡按三并段一组，并段后的台阶高 度为3 6 米，安全平台宽l o 米，修定境界。1 9 9 3 年1 1 月鞍钢矿山公司审查通过了 “眼前山铁矿采用三并段加陡固定帮坡角可行性研究报告”，认为“采用三并段加陡 固定帮坡角，技术可行、经济台理、效益可观”。3 。由此，鞍钢矿山公司矿山设计 院基于固定帮采用三并段加陡边坡角的基本思路，予1 9 9 4 年6 月完成了“眼前山铁 矿采用加陡固定帮坡角初步设计”，作为眼前山铁矿形成固定帮的基本执行文件。眼 前山铁矿设计最终水平为一1 9 5 m ，现已采到一1 2 3 m 水平，在南帮( 下盘) 一8 7 m 台阶以 上已经到界，并形成了三并段的固定边帮。2 0 0 5 年矿石产量可超过3 0 0 万t ，采剥总 量可接近8 0 0 万t 。 眼前山铁矿实施三并段开采工艺取得了显著经济效益，但同时因固定帮加陡而 带来的边坡滑坡风险也随之加大。几年来，共发生了六处边坡滑落及破坏，对矿山 的安全生产带来一定影响皤5 。随着采场的不断延深，最终边坡高度将达到3 0 0 米( 坑 底标高为一1 9 5 ，封闭圈标高1 0 5 r a ) ，边坡滑坡及破坏的风险势必越来越大。因此研 究眼前山铁矿三并段固定帮边坡的稳定性、分析其破坏风险、破坏机理等具有重要 的实用价值与理论意义。 在三并段工艺设计中，当时主要是依据鞍钢眼前山露天铁矿边坡地质润奁及 稳定性评价中的研究成果0 1 ，尚没有进彳亍系统的研究。同时目前国内尚没有进行 段高为1 2 米的三并段方式加陡固定帮边坡危的实例，因此进行该项目研究具有创新 一l 一 东北大学硕士学位论文 第一章前言 性，同时对眼前山铁矿下部开采过程中的边坡组成、边坡管理，以及安全生产等都 具有重要指导意义。 1 2 国内外研究现状 露天矿边坡稳定研究一直是采矿工程、地质工程、岩士j ：程、：i ：程力学等学科 研究的重要课题之一，近二十余年来取得了许多重要成果，也为矿l h 生产实践和相 关工程理论的发展发挥了重要作用。 露天开采在我国金属矿山中占有相当重要的地位。随着露天开采技术的不断发 展，露天开采的深度日益增大，固定边帮的出露也随之不断增高和扩展。目前， 些大型露天矿最终设计的开采深度己达4 0 0 5 0 0 m ，实际采深有的已超过3 0 0 m ，由此 而产生的边坡稳定性问题变得日益突出。一方面，一些露天矿山的边坡不断发生各 类失稳或滑坡的事件，给矿山的生产、安全和效益造成了较大的威胁和损失。另一 方面，由于露天矿深度的加大，最终边坡角每增加一度可使大型露天矿山减少数以 千万吨的剥岩量，从而获得巨大的经济效益“3 。随着露天矿的开采，尤其是进入深 部开采以后，维护边坡稳定与以加陡边坡角来提高开采效益的矛盾更加突出。3 。同 时边坡滑坡也时常发生。如在1 9 9 9 年下半年至2 0 0 0 年上半年之间，南芬露天铁矿 发生的罕见的大规模滑坡，滑坡高度达2 5 2 m ，宽度2 5 0 m ，并且在原有滑床边j 二发 生了二次大规模滑坡，给正常生产带来了严重影响，直接经济损失上亿元”。为了 解决边坡稳定与开采效益之间目益突出的矛盾，避免危害大的规模滑坡事故发生， 露天矿山根据实际情况，对具体边坡问题进行不同程度的研究和治理是十分必要的。 在2 0 世纪八十年代初期开始，我国的大学、研究设计单位等曾经开展过大量的 鳝天矿边坡稳定性研究，并对大部分露天铁矿、露天煤矿及有色、化工等露天矿边 坡进行了较系统的研究和评价。对当时的露天开采、边坡形成、边坡加固等起到了 重要指导作用。当时的主要研究思路是进行工程地质调查、分区、岩石强度试验、 掇限平衡计算，辅以简单的有限元等数值计算。当时的许多研究成果均应用了当时 先进的研究和计算手段。但随着我国经济体制由计划经济向市场经济的转型，露天 矿开采也由计划产量过渡到供求关系上来，这为开采计划、边坡的形成带来了许多 不确定性因素，也致使许多矿山开采具有短期行为，造成剥卷欠帐、采场计划与开 采不合理等。为了矿山的进一步发展，尽可能多地采出下部矿石，不得不重新合理 组织生产，最大限度地加陡边坡角，以缓解剥岩欠帐与保持持续生产的矛盾，解放 下部矿体。因此，重新进行相关褥天矿边坡稳定的研究就十分必要和迫切了。 与2 0 世纪八十年代相比，目前的露天矿边坡有如下特点： ( 1 ) 露天矿边坡的高度大大增加，由于开采效益的引导，边坡的角度也有所增 一2 一 东北大学硕士学位论文 第一章前言 加，矿山开采的设备也更加大型化。但是矿山在边坡维护和加固方丽的费用却没有 显著增加，使得边坡研究与治理变得更加困难： ( 2 ) 随着采深增加，边坡高度增大，边坡面岩体暴露比较充分，对于进步判 定岩体质量有积极作用； ( 3 ) 随着采深增加，许多露天矿已接近服务年限，因此为了最大效益地开采下 部矿石，矿山生产者和研究者容易忽视边坡的系统研究，同时在研究过程中可能会 产生短期冒进的思想，这往往会造成更大的风险； ( 4 ) 最近二十年，计算机技术和数僮计算技术取得丁突飞猛进的发展，使樽研 究手段更加先进，更加切合实际，同时相关学科也有较好的发展，为露天矿边坡的 深入系统研究提供了支持n 1 ； ( 5 ) 专业研究人员数量上虽然没有增加，但在经过二十余年的学习，理论知识、 实践经验的积累后，研究者的认识水平、研究水平有所提高，对客观世界的认识更 加深入。同时一些经验丰富、基础雄厚的老专家、老教授仍在工作，他们可以提出 许多宝贵的研究与工程建议。 在边坡研究方法与理论方面，近年来的特点主要表现在： ( 1 ) 仍然以极限平衡理论为基础，将传统的极限平衡计算结果作为评价边坡稳 定状况的基础，但在运用方法的合理性、计葬精度等方面有了长足进展“1 。 ( 2 ) 数值计算逐渐得到重视和加强，并且随着计算机技术的发展，数值计算软 件更加规范化、大型化，并逐步完善，形成了国际上通用的经典软件包，使得数值 计算结果的可信度增加“、7 、8 、“”、。 ( 3 ) 相关学科的理论和方法在露天矿边坡研究中得茔4 较全面应用，如【可靠性理 论、人工智能、数值模拟、计算机仿真、神经网络、突变理论、决策系统、专家系 统、模糊数学、灰色理论等“、”、“、“、”“”。 ( 4 ) 在边坡岩体强度确定、地下水分析方面没有取得实质性进展，在力学模型 的构造方面仍以各向同性的弹塑性模型为主。重视新理论、新方法的应用，但应用 过程中，所建立的模型过于简单，对实际边坡工程，往往起到的是定性指导作用。“”。 或随人们更加重视理论和方法的创新，但对工程实际问题的研究重视不够。 2 0 世纪八十年代以后，国内外露天矿在加艟边坡角方面，重要的技术趋势之一 就是采用到界固定帮边坡并段技术，以期达至多采矿、少剥岩、提高开采经济效益 的目的。其中国内外露天矿山主要的固定帮并段实例见表1 1 。 表1 1 中表明，国内外在固定帮边坡并段方面进行了有益的探索和实践，但条 件如眼前山铁矿南帮边坡裂隙发育、岩体破碎的台阶并段的实例尚末见到，因此该 项目具有较高的研究价值。 一3 一 东北大学硕士学位论文 第一章前言 表1 1 国内外矿山阎定帮并段实例 边坡稳定情况 矿山名称 地质特征地质特征边坡要素采场要素 及防护措施 沉积变质矿床， 三并段，段高 上盘4 5 0 长1 6 0 0 米，宽稳定。局部锚杆加 美国围岩为白云岩、1 2 米，清扫平4 8 0 f 盘3 5 ”1 8 0 0 米采深同并配有钢丝刚 共和铁矿安山岩及石英台宽1 4 米，安 1 8 0 3 0 0 来 岩 全平台宽6 米 加拿大拉 含石英硫铁矿，5 7 并段，段上盘4 长2 6 2 0 米，宽稳定。简部不稳定 克珍妮铁 上盘为花岗片高1 2 米，清扫4 8 0 ，下盘3 5 08 2 0 米，采深地段，不并段或两 岩，一f 盘为石英平台1 2 米2 6 0 一- 3 9 5 米 并段或加宽安全 矿 岩 平台 澳犬利娅 酸性火成角砾 三并段，段高 上盘4 7 0 ，卜采深2 0 0 4 0 0 格尔威斯岩1 2 2 米，安全盘4 6 0米 铁矿平台赛2 0 米 上盘为闪长岩，二并段，段高上盘4 5 0 稳定。采取定期般 下盘为大理岩，1 2 米，清扫平4 7 0 5 0 ，下盘测及减震措施。 大冶铁矿节理发育。年降台8 米，安全平 4 2 “4 5 0 雨量1 3 7 0 3 毫台3 4 米台 米 阶坡孟角6 5 0 上盘、下盘均为二并段，段高上盘4 8 。，下稳定，间部有小滑 绿泥片岩、混合1 2 米，清扫平盘3 8 0坡。采取定期崎测 南芬铁矿 岩。年降雨量台1 0 米，安全及减震措施。 8 3 0 毫米平台5 米，台阶 坡面角6 5 0 上盘为大理岩，三并段，段高上盘4 8 0 ，下稳定，局部有小滑 矿山村 下盘为闪长岩，l o 米，清扫平 盘5 2 0坡。采取定期监测 节理不发育。年 台6 米，安全平及减震措施。 铁矿 降雨鬃5 4 5 毫米 台3 米，台阶坡 面角6 5 0 7 0 0 1 3 主要研究内容及方法 1 3 1 主要研究内容 根据采场边坡实际情况，本项目研究对象为采场南帮( 下盘) 边坡，该边坡的 主要特征是由多组裂隙交割成的碎裂岩体组成，地表有截水沟，边坡体内罕见渗水 现象发生，并于2 0 0 0 年南帮东部曾发生了+ 8 1 m + 2 1 m 的楔形较大型滑动破坏以 及多处小规模滑坡。根据南帮边玻实际情况和研究目的，确定该项目研究的主要内 容如下： ( 1 ) 收集相关资料、以前研究成果、相关研究报告： ( 2 ) 对南帮边坡岩体、节理裂隙分布、断层产状及工程与水文地质开鼹凋查， 一4 一 东北大学硕士学位论文第一章前言 表l - 1 国内外矿山固定帮并段实例 边坡稳定情况 矿山名称 地质特征 地质特征边坡要素采场要素 及防护描施 沉积变质矿床，三并段段高上盘4 弘长1 6 0 0 米，宽稳定。局部锚卡f 加 美国围岩为白云岩、1 2 米，清扫平4 8 。，f 盘3 5 。1 8 0 0 米，采深吲并配有制丝嗍 共和铁矿宜山岩及石英台宽1 4 米，安1 8 0 3 0 0 米 石全平台宽6 米 加拿大拉 舍石英硫铁矿， 5 7 并段，段上盘4 5 。 长2 6 2 0 米，宽稳定。局部不稳定 克珍妮铁 上盘为花岗片高1 2 米，清扫 4 8 。，下盘3 5 08 2 0 米，采深 地段，不并段或两 岩，一f 箍为石英平台1 2 米2 6 0 3 9 5 米并段或加宽安全 矿 平台 澳大利娅酸性火成角砾三并段。段高上盘4 7 。，下采探2 0 0 4 0 0 格尔威斯1 2 2 米，安全 盘4 6 ” 铁矿平台宽2 0 米 上盘为闪长岩， 二并段，段商上盘4 铲稳定。采取定期 m 下盘为大理岩，t 2 米，清扫平4 7 。5 0 f 盘测成减震措施。 夫冶铁矿节理发育。年降台8 米，安全平 4 2 。4 5 雨量1 3 7 0 3 毫台3 4 米台 米 阶坡孺角6 掣 上盘、下盘均为 二并段，段高上盘4 8 0 ，“f稳定，嗣部有小滑 绿泥片岩、混台 1 2 米，清扫平盘3 矿坡。粟取定期监测 南芬铁矿岩。年降雨量 台1 0 米，安全及减模措施。 8 3 0 毫米平台5 米，台阶 坡碗角6 铲 上盘为大理岩， 三井段，段高上盘4 8 0 ，f稳定，同部有小滑 矿t ie 村 下盘为闽k 岩，1 0 米，清扫平盘5 2 。坡。采取定期熊测 节理不发育。年台6 米，安全平 厦减震措施。 铁矿 降硪量5 4 5 毫术 台3 嫩，台阶坡 面角6 5 。7 0 0 1 3 主要研究内容及方法 131 主要研究内容 根据采场边坡实际情况，本项目研究对象为采场南帮( f 盘) 边坡，该边坡的 主要特征是由多组裂隙交割成的碎裂岩体组成，地表有截水沟，边坡体内罕见渗水 现象发生，并于2 0 0 0 年南帮东都曾发生了+ 8 1 m + 2 l m 的楔形较大型滑动破坏以 及多处小规模滑坡。根据南帮边坡实际情况和研究目的，确定该项目研究的主要内 容如卜： ( 1 ) 收集相关资料、以前研究成果、相关研究报告： ( 2 ) 对南帮选坡岩体、节理裂隙分布、断层产状及工程与水文地质开展调镬， ( 2 ) 对南帮边坡岩体、节理裂隙分布、断层产状及工释与水文地质开展调镬， 4 东北大学硕士学位论文第一章前言 并进行工程地质分区； ( 3 ) 三并段边坡区域已经出现滑动破坏，需要对现有边坡的稳定状况进行评价 给出现有三并段边坡的稳定现状； ( 4 ) 预测深部开采后边坡的可靠状况及发生破坏的可能性； ( 5 ) 评价三并段方案参数的合理性，并给出修改意见。 ( 6 ) 综合评价边坡的稳定状况。 1 3 2 主要研究方法 ( 1 ) 利用详细测线法对南帮边坡节理分布进行现场测量，然后运用e x c e l 软件 进行数据统计分析和最优拟合检验。 ( 2 ) 利用聚类分析法对结构面的产状进行结构面的分组。 ( 3 ) 采用便携式点荷载仪对采场南帮的五个分区进行点荷载现场测试，并对岩 石强度进行室内试验，研究典型条件下的岩体强度特征，边坡现状测试与分析。根 据获得的数据计算出点荷载强度指数，并求出岩石的抗压强度、抗拉强度和抗剪强 度值。 ( 4 ) 根据调查结果，利用隧机场理论和地质统计学方法，建立节理分布的统订 模型和各个区域的优势面状况、岩石强度的概率分布与空间分布： ( 5 ) 运用极限平衡方法，计算现有边坡及下部边坡的安全系数，评价边坡的稳 定性； ( 6 ) 采用蒙特卡罗方法对边坡的可靠性进行分析计算，综合评价边坡的稳定状 况。 一a 一 查韭燮塑主堂堡垒圭羔i 章眼前山铁矿工程地质特征及水文地质夸件概述 第二章眼前山铁矿工程地质特征 及水文地质条件概述 眼前山铁矿为前震旦纪沉积变质的鞍山式铁矿床，矿体位于鞍山复向斜北部胡 家庙子向斜东北翼。区域出露地层以前震旦系变质岩系为主，并有震旦系、寒武系 及第四系。另外还有不同时期的火成岩侵入。 本矿区与齐大山、王家堡予、胡家庙子及关门山等铁矿床构成了一条走向东瞪、 北倾、倾角4 0 0 8 0 0 ，长约1 4 公里的狭长铁矿带。眼前山铁矿矿体位于该矿带的东 端。西端与关门山铁矿接触，东端与谷首峪相连。 1 9 5 8 年1 9 7 6 年，先后经过四次地质勘探及矿区水文地质工作，矿床研究程度较 高，积累了大量的宝贵矿床地质资料和水文地质资料。3 1 。 2 1 采场边坡岩体岩维划分及特征 岩组是指岩石的工程地质组合而言，每一岩组都具有一一定的岩石组合特征，并 具有相似的工程地质条件。正确的划分岩组有利于对岩体结构的认识，有利于对岩 体进行稳定性评价及分析。依据各个岩组所拥有的工程地质特征，可对岩体做出宏 观的定性评价，以此用于边坡岩体的稳定性研究与边坡结构的确定。 根据岩石成因类型和物质成分及工程地质特征，将采场所暴露的边坡岩体划分 为五个岩组，分别叙述如下： 2 1 1 混合岩岩组( ) 眼前山铁矿采场的混合岩岩组分布在矿体+ f 盘( 南帮) ，形成采场边坡整个南帮 和东端帮南部，并在矿体东端沿矿体上盘层理注入。混合岩与铁矿体呈混合接触。 本岩组主要岩种有： ( 1 ) 片麻状混合岩 分布在采场南帮和东端帮，为灰绿色，由石英、绢云母、奥长石和少量绿泥石 等矿物组成。野外及镜下观察均具片麻状构造。 ( 2 ) 花岗状混合岩 分布在矿体下盘( 南帮) 中、西部，与片麻状混合岩呈渐变关系。其由斜长石、 正长石、石英、云母组成。具花岗致密块状构造，中粗粒结构。 ( 3 ) 眼球状混合岩 一6 一 查! ! 叁鲎塑主兰竺堕查 茎三主! 垦煎当丛生三堡些堕壁墼查墨堂鱼堡墼堡 分布在矿体东端，与片麻状混合岩里渐变关系。灰绿色，略带红色，主要由钾 长石、斜长石、石英、绢云母等矿物组成，并育方解石细脉穿插。中粗粒结构，野 外和镜下观察见花岗变晶结构和眼球状构造。岩石致密，岩体构造呈块状。 2 1 2 条带状磁铁石英岩夹片岩岩组( f e 、a p i s ) 本岩组为著名的鞍山式铁矿层。主要由磁铁石英岩、闪石磁铁石英岩、石榴石 阳起石磁铁石英岩等组成。本岩组沿东西向分布于采场。东端尖灭在眼球状混合岩 和片麻状混合岩中，总体呈东厚西薄展布，总厚1 0 0 2 0 0 m ，逐渐变薄至3 0 m 。矿体 下盘绝大部分与混合岩呈混合接触，局部在西端与片岩类岩石呈整合接触。本岩组 各类岩石均具层状或条带状构造。 在主矿体上盘千枚岩地层中有一薄层状磁铁石英岩，其特征与本岩组磁铁石英 岩相同，划归本岩组。 由于本岩组是矿体，为矿山开采对象，除西端较窄范硼步 ，大都被采出，不形 成采场边坡。另矿体坚硬擞密，块状构造，稳定性较好。 2 1 。3 千枚岩夹薄屡含镶石英岩岩组( a h ) 本岩组分布在采场北帮( 上盘) 和东西端帮，主要由绿泥千枚岩、碳质千枚岩 和薄层含铁石英岩夹层组成。与矿体呈整合接触，出蓐厚度为2 0 0 3 0 0 米。 浚岩组大部分岩性较软，多次构造运动作用下小褶皱很发育。 ( 1 ) 绿泥千枚岩 为灰绿色，片状和千枚状构造，小褶皱发育。镜下观察具花岗变晶结构。主要 有绿泥石、石英、绢云母、钠长石及少量碳酸盐组成。石英呈等轴粒状，绿泥石、 绢云母呈鳞片状。两者大致平行排歹。分布在矿体上盘，采场西北部最发育。 ( 2 ) 碳质千枚岩 为黑色或灰黑色，含碳量较多，石英及其它矿物含量相对较少。千枚理和小柔 皱发育，岩石软弱，是本岩种的主要特征。其它与绿泥千枚岩基本相同。主要分布 在采场北部和东北部闪长岩体南侧和东侧。在艮断裂北端西侧也有少量分布。 2 1 4 火成岩岩组 出露在本采场的火成岩主要有闪长岩、碱性正长斑岩、闪长玢岩、安山玢岩、 辉绿岩和石英脉等。 一7 一 东北大学硕士学位论文 第二章眼前山铁矿工程地质特征及水文地质条件概述 ( 1 ) 闪长岩 为灰绿色，风化后呈黄褐色。粒状结构、块状构造。组成矿物主要有角洲石、 斜长石、黑云母等。岩体中部矿物结晶颗粒较粗，向边部逐渐变细，局部角闪石呈 斑状出现。主要呈岩株分布在采场北帮上部，少量分布在采场西端。 ( 2 ) 碱性正长斑岩 为灰绿色或棕绿色，似斑状构造，全晶质半自形中粒结构。主要有i f 长石、角 闪石、辉石、黑云母和少量金属矿物及硝石等组成。呈岩脉、岩墙状产生。二至要分 布在采场中部和南、北帮上部。在采场中部呈岩脉横穿矿体及附近岩层和各类脉岩， 并贯通整个采场南北。在采场南帮上部分布较宽，并具分支复合和上宽下窄的特点。 ( 3 ) 闪长玢岩、安山玢岩、辉绿岩 均呈脉状穿插于各岩层中，脉宽0 5 4 米。延长数十米至数百米，最长者纵贯 全采场。其颜色分别为灰绿色、灰色、灰绿色。岩石致密呈块状构造。 2 1 5 第四系坡残积、冲洪积和人工堆积岩组 坡残积层主要分布在采场周围山坡上，以小砬子( 已被剥离掉) 和大砬予l “坡 最发育。厚度一般为2 3 米，最厚6 5 米。由亚粘土夹角砾碎石组成。植被较发育。 冲洪积层主要分布在河沟两侧及冲沟中下段，以谷首峪旧河道( 东端坡顶处) 最发育。一般厚2 3 米。垂向自下而上为卵石层、亚粘层和生长层。 人工堆积主要分布在矿区东北面山坡及沟凹地处，为被废弃排土场，其厚度一 般大于1 2 米。 2 2 矿区地质构造特征 眼前山铁矿在大地构造上属于鞍山复向斜北部、胡家庙予向斜的东南端。低序 次褶皱虽然也存在，但规模都较小，对岩体不起控制作用，使本矿区地层构造主要 以比较简单的单斜构造出现。总体产状为走向2 7 0 0 3 0 0 0 ，倾向北，倾角7 0 。8 乳 往北变缓，局部近直立或有倒转现象。如东端矿体走向基本保持不变，而倾向倒转 为南倾，倾角7 5 0 85 0 左右。 由于受多次构造运动的作用，本矿区断裂构造比较发育。这是古老变质岩地层 的共同特点。因本矿区为一单斜层构造，相对比较简单，对断裂构造进行分析和认 识就显得更为重要。 本矿区断裂构造有多种类型，断裂规模相差很大。经地质调查，发现有一定规 模的断层4 2 条，小规模断层很发育，此外还发育有大量的节理和裂隙。 一8 一 叁! ! 查堂塑主堂垡熊圭第二童j 基前山铁矿工程地质特征及水文地质条件概述 i 级结构面：为区域性发育的大断裂。在本采区内没有，只在外围有发育，因 离采区较远，对采场边坡没有影响，不是本次边坡稳定性研究的对象。 i i 级结构西：采场内发育有两条： f 2 0 断裂位于采场中西部，从矿体南缘起向北强贯穿采场北帮，斜切矿体及 上盘地层。该断裂对南帮边坡稳定性计算的影响不大。 f 。t 断裂一位于采场中部，南北横贯整个采场，已被碱性正长斑岩侵入，呈脉体 充填。总体走向2 0 。，东倾，倾角7 0 0 9 0 0 ，在北帮f 。与f 。之间被该断裂切割并扭 转，走向转为近东西。在南帮顶部与另一条碱性正长斑岩岩株相接成一整体。该断 层除局部外，基本与边坡走向垂直，而且断裂面被岩脉充填，脉体岩石也较完整。 虽然断裂规模较大，但对边坡稳定性的影响很小。 f i i 级结构面：本采区有约1 6 条断裂可划为m 级结构面。这些结构面延伸长度均 大于1 0 0 米，有明显断层面或破谗带，对边坡岩体有定破坏，但大多数因走向与 边坡垂直或斜交，倾向与边坡反倾或倾角较陡，对边坡稳定性的影响都不会太大， 尤其对总体边坡的稳定性影响很小。 级结构面：除上述以外的小断层、裂隙和节理均属于级结构面。本采区因