基于FLAC3D的白云鄂博铁矿东矿边坡稳定性研究

论文摘要

露天矿边坡是否稳定直接影响到矿山的正常生产，人员和设备的安全及矿山的经济效益，所以它是一个值得研究并且有必要研究的问题。影响边坡稳定性的因素很多，本文主要考虑爆破震动和锚杆支护对边坡稳定性的影响。文中以白云鄂博露天铁矿东矿东北帮C区岩质高边坡为工程背景，在有限差分法原理的基础上，运用FLAC3D软件建立边坡的三维数值模拟分析模型。应用此模型，首先进行下方无软岩情况下和软岩情况下的初始应力场计算，分析了边坡的最大不平衡力收敛情况和应力场分布规律；其次对两种情况分别模拟输入爆破地震载荷进行动力分析，分析了监测点的位移时程曲线和应力变化规律，得出爆破震动对边坡稳定性的影响结果；最后模拟计算了相同锚杆加固方案时两种情况下边坡的动力分析，分析了加固后两种情况下锚杆的内力变化情况，边坡的位移和应力变化值，得出了锚杆对两种不同情况的影响结果。通过数值模拟计算得出：软岩的存在对初始应力场的分布规律影响不明显；但是在爆破载荷的作用下，有软岩存在时应力的分布规律发生了变化，并且与下方无软岩状态相比，爆破地震载荷作用下，前一种情况下的位移、应力的值变化幅度较大，竖向应力变化幅度为26.1%，水平应力最大达到43.3%，而下方无软岩情况下竖向应力几乎不变；同一高程的边坡面上，越是靠近边坡外缘的地方，位移放大系数越大，沿着高程，从底部到顶部位移放大系数逐渐增大；锚杆加固作用后，下方无软岩情况下的水平位移较加固前明显减小，减小幅度最大达到10.37%，当边坡体下方有软岩存在时，水平方向的位移减小幅度达18.7%。下方无软岩时，预应力锚杆的竖向锚杆和侧向锚杆的轴力均240.2KN，四周围岩砂浆的应力竖向较侧向稍大；软岩时锚杆的轴力和四周围岩砂浆的应力较下方无软岩时明显增大，而且竖向锚杆的轴力（287.3KN）大于侧向锚杆的轴力（253.2KN），四周围岩砂浆的应力则是侧向的2倍。本文的计算结果对边坡稳定性的防护和治理具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究的工程背景与意义
• 1.3 国内外边坡稳定性研究现状
• 1.4 本文主要研究的内容及主要工作
• 2 边坡地质资料分析和研究方法的选择
• 2.1 东矿 C 区边坡工程地质背景
• 2.1.1 工程地质分区及边坡分区
• 2.1.2 C 区地形地貌简介
• 2.1.3 采场工程地质特征
• 2.1.4 边坡岩体结构特征
• 2.2 边坡稳定性分析现有理论及方法
• 2.2.1 边坡稳定性分析的理论和方法
• 2.2.2 Lagrangian 法
• 2.3 小结
• 3 边坡稳定性的 FLAC3 D 数值模型的建立
• 3.1 FLAC3D 软件简介
• 3.1.1 FLAC3D 简介
• 3.1.2 FLAC 3D 的应用领域
• 3.1.3 FLAC 3D 的特点
• 3.1.4 FLAC 3D 模拟边坡稳定性问题的步骤
• 3.2 东矿 C 区三维地质模型的建立
• 3.3 白云鄂博铁矿东矿 C 区的岩体的力学参数选择
• 3.3.1 岩体的内聚力
• 3.3.2 岩体的内摩擦角
• 3.3.3 岩体的抗拉压强度
• 3.3.4 弹性模量 E 和泊松比μ
• 3.3.5 岩石参数与岩体参数的计算成果
• 3.4 数值模拟计算模型的初始应力平衡状态
• 3.4.1 下方无软岩情况下初始应力状态计算结果
• 3.4.2 软岩情况下初始应力状态计算结果
• 3.5 小结
• 4 爆破地震对边坡稳定性的影响分析
• 4.1 爆破理论简介
• 4.2 边坡动力分析数值模型的建立
• 4.2.1 动载荷的输入
• 4.2.2 设置动力计算的边界条件
• 4.3 数值模拟计算结果分析
• 4.3.1 下方无软岩情况下加入地震爆破荷载的计算结果分析
• 4.3.2 软岩情况下加入地震爆破荷载的计算结果分析
• 4.4 小结
• 5 锚杆对边坡稳定性的影响分析
• 5.1 我国预应力锚固技术发展现状
• 5.2 预应力锚杆工作机理
• 5.3 预应力锚杆对边坡稳定性的影响的数值分析
• 5.3.1 锚杆的数值模型
• 5.3.2 下方无软岩时边坡在锚杆作用下的动力反应分析
• 5.3.3 软岩存在时边坡在锚杆作用下的动力反应分析
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢