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露天坑尾礦庫邊坡穩(wěn)定性分析及滑坡監(jiān)測預警 版權信息
- ISBN：9787030695390
- 條形碼：9787030695390 ; 978-7-03-069539-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
露天坑尾礦庫邊坡穩(wěn)定性分析及滑坡監(jiān)測預警 內容簡介
以倉上金礦露天采場高陡巖質邊坡為工程背景，廣泛搜集資料，分析倉上金礦巖石的力學特征，考慮水對巖石的損傷作用，通過構建力學模型分析倉上金礦尾礦坑的當前穩(wěn)定狀態(tài)和長期穩(wěn)定性，考慮不同水位狀態(tài)下邊坡的穩(wěn)定性影響。通過對邊坡安全進行實時監(jiān)控，獲取邊坡的應力位移等信息，在對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的基礎上結合類似工程實踐以及數(shù)值計算的反饋結果的分析對邊坡的安全性進行科學合理的預測，進而構建邊坡的綜合預測方法與預警體系。
露天坑尾礦庫邊坡穩(wěn)定性分析及滑坡監(jiān)測預警 目錄
目錄
前言
1 緒論 1
1.1 巖質邊坡研究現(xiàn)狀 1
1.2 巖質邊坡研究意義 3
1.3 巖質邊坡主要類型與特點 3
1.3.1 邊坡形態(tài)與分類 3
1.3.2 巖質邊坡特征與分類 6
1.4 巖質邊坡巖體穩(wěn)定性研究 9
1.4.1 巖質邊坡穩(wěn)定性研究的發(fā)展歷程 9
1.4.2 影響邊坡巖體穩(wěn)定性的因素 10
1.5 巖質邊坡破壞形式與特征 15
1.5.1 破壞形式 15
1.5.2 破壞特征 16
1.6 巖質邊坡滑坡災害與防治 18
1.6.1 巖質邊坡滑坡成因分析 18
1.6.2 巖質邊坡滑坡的防治 19
2 工程概況 21
2.1 工程區(qū)域地質環(huán)境 21
2.1.1 地理位置 21
2.1.2 地形地貌 21
2.2 工程地層特征 22
2.2.1 第四系松散巖層 22
2.2.2 巖漿巖 22
2.3 工程地質構造特征 23
2.3.1 斷層結構面性質 23
2.3.2 斷裂腐蝕帶 24
2.4 工程水文地質條件 29
2.4.1 地表水系、水體 29
2.4.2 巖層(體)水文特征 30
2.4.3 區(qū)域斷裂水文地質特征 31
2.4.4 地下水的補給、徑流和排泄 32
3 尾礦庫巖質邊坡穩(wěn)定性分析 34
3.1 概述 34
3.1.1 極限平衡法 34
3.1.2 室內模型試驗 35
3.1.3 數(shù)值分析法 36
3.2 尾礦庫邊坡穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀 38
3.2.1 露天礦邊坡研究現(xiàn)狀 38
3.2.2 倉上金礦邊坡研究現(xiàn)狀 39
3.3 尾礦庫內尾砂對邊坡穩(wěn)定性的影響 40
3.3.1 尾砂填充現(xiàn)狀 40
3.3.2 尾砂成分特性 43
3.3.3 尾礦庫內水砂占比情況 44
3.3.4 其他因素 45
3.4 邊坡穩(wěn)定性分析方法 45
3.4.1 極限平衡法簡介 46
3.4.2 常用的邊坡穩(wěn)定性分析方法 47
3.4.3 有限元法的基本原理與工程應用 55
3.5 相關規(guī)范要求 124
3.5.1 一般規(guī)定 124
3.5.2 邊坡穩(wěn)定性分析相關要求 125
4 露天坑尾礦庫高陡巖質邊坡監(jiān)測系統(tǒng) 128
4.1 邊坡監(jiān)測內容與原則 128
4.1.1 主要監(jiān)測內容 128
4.1.2 主要監(jiān)測儀器與工作原理 129
4.1.3 監(jiān)測系統(tǒng)設計原則 130
4.2 巖質邊坡監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測內容 132
4.3 巖質邊坡監(jiān)測位移計算方法 134
4.4 巖質邊坡監(jiān)測方案 136
4.4.1 監(jiān)測點布置 136
4.4.2 監(jiān)測點保護及恢復措施 138
4.4.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)采集 139
4.4.4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析 141
4.5 露天礦巖質邊坡動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng) 148
5 露天坑尾礦庫滑坡預警體系 150
5.1 邊坡失穩(wěn)預警機理 150
5.1.1 土質邊坡失穩(wěn)機理 151
5.1.2 巖質邊坡失穩(wěn)機理 151
5.2 邊坡變形預測模型 152
5.2.1 邊坡結構模型 153
5.2.2 邊坡破壞突變模型 155
5.3 巖質邊坡滑坡預警指標 158
5.3.1 宏觀及定性預警指標 158
5.3.2 位移預警指標 160
5.3.3 安全系數(shù)預警指標 160
5.4 高陡巖質邊坡預警預報方法 163
5.4.1 位移速率預警預報 163
5.4.2 基于fk，Δ判別值的預警預報 167
5.4.3 邊坡灰色預測模型預報 168
5.5 巖質邊坡滑坡預警等級評估 172
5.6 滑坡預警預報輔助判據(jù) 173
參考文獻 175
前言
1 緒論 1
1.1 巖質邊坡研究現(xiàn)狀 1
1.2 巖質邊坡研究意義 3
1.3 巖質邊坡主要類型與特點 3
1.3.1 邊坡形態(tài)與分類 3
1.3.2 巖質邊坡特征與分類 6
1.4 巖質邊坡巖體穩(wěn)定性研究 9
1.4.1 巖質邊坡穩(wěn)定性研究的發(fā)展歷程 9
1.4.2 影響邊坡巖體穩(wěn)定性的因素 10
1.5 巖質邊坡破壞形式與特征 15
1.5.1 破壞形式 15
1.5.2 破壞特征 16
1.6 巖質邊坡滑坡災害與防治 18
1.6.1 巖質邊坡滑坡成因分析 18
1.6.2 巖質邊坡滑坡的防治 19
2 工程概況 21
2.1 工程區(qū)域地質環(huán)境 21
2.1.1 地理位置 21
2.1.2 地形地貌 21
2.2 工程地層特征 22
2.2.1 第四系松散巖層 22
2.2.2 巖漿巖 22
2.3 工程地質構造特征 23
2.3.1 斷層結構面性質 23
2.3.2 斷裂腐蝕帶 24
2.4 工程水文地質條件 29
2.4.1 地表水系、水體 29
2.4.2 巖層(體)水文特征 30
2.4.3 區(qū)域斷裂水文地質特征 31
2.4.4 地下水的補給、徑流和排泄 32
3 尾礦庫巖質邊坡穩(wěn)定性分析 34
3.1 概述 34
3.1.1 極限平衡法 34
3.1.2 室內模型試驗 35
3.1.3 數(shù)值分析法 36
3.2 尾礦庫邊坡穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀 38
3.2.1 露天礦邊坡研究現(xiàn)狀 38
3.2.2 倉上金礦邊坡研究現(xiàn)狀 39
3.3 尾礦庫內尾砂對邊坡穩(wěn)定性的影響 40
3.3.1 尾砂填充現(xiàn)狀 40
3.3.2 尾砂成分特性 43
3.3.3 尾礦庫內水砂占比情況 44
3.3.4 其他因素 45
3.4 邊坡穩(wěn)定性分析方法 45
3.4.1 極限平衡法簡介 46
3.4.2 常用的邊坡穩(wěn)定性分析方法 47
3.4.3 有限元法的基本原理與工程應用 55
3.5 相關規(guī)范要求 124
3.5.1 一般規(guī)定 124
3.5.2 邊坡穩(wěn)定性分析相關要求 125
4 露天坑尾礦庫高陡巖質邊坡監(jiān)測系統(tǒng) 128
4.1 邊坡監(jiān)測內容與原則 128
4.1.1 主要監(jiān)測內容 128
4.1.2 主要監(jiān)測儀器與工作原理 129
4.1.3 監(jiān)測系統(tǒng)設計原則 130
4.2 巖質邊坡監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測內容 132
4.3 巖質邊坡監(jiān)測位移計算方法 134
4.4 巖質邊坡監(jiān)測方案 136
4.4.1 監(jiān)測點布置 136
4.4.2 監(jiān)測點保護及恢復措施 138
4.4.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)采集 139
4.4.4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析 141
4.5 露天礦巖質邊坡動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng) 148
5 露天坑尾礦庫滑坡預警體系 150
5.1 邊坡失穩(wěn)預警機理 150
5.1.1 土質邊坡失穩(wěn)機理 151
5.1.2 巖質邊坡失穩(wěn)機理 151
5.2 邊坡變形預測模型 152
5.2.1 邊坡結構模型 153
5.2.2 邊坡破壞突變模型 155
5.3 巖質邊坡滑坡預警指標 158
5.3.1 宏觀及定性預警指標 158
5.3.2 位移預警指標 160
5.3.3 安全系數(shù)預警指標 160
5.4 高陡巖質邊坡預警預報方法 163
5.4.1 位移速率預警預報 163
5.4.2 基于fk，Δ判別值的預警預報 167
5.4.3 邊坡灰色預測模型預報 168
5.5 巖質邊坡滑坡預警等級評估 172
5.6 滑坡預警預報輔助判據(jù) 173
參考文獻 175
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露天坑尾礦庫邊坡穩(wěn)定性分析及滑坡監(jiān)測預警 節(jié)選
1 緒論 1.1 巖質邊坡研究現(xiàn)狀 露天礦開采邊坡失穩(wěn)是國內外工程技術人員面臨的主要難題之一。根據(jù)美國地質調查局“About the Landslide Hazards Program”的記載，自2012年開始世界每年發(fā)生滑坡的數(shù)量明顯增加，除去因颶風、暴雨、地震引起的滑坡事件外，露天礦山滑坡占有較大比重。2013年美國猶他州賓漢峽谷銅礦發(fā)生北美歷史上*大的滑坡，總滑落土石方量達到1.65×109t，滑落近1km，導致礦區(qū)停產5個月，年產量減少55%。澳大利亞塔斯馬尼亞州薩維奇河礦發(fā)生巖石滑坡，使得該礦的所有者格蘭奇資源有限公司直接損失達到5000萬美元。法國某露天礦因爆破震動荷載導致北側邊坡出現(xiàn)大面積滑移，致使坡頂出現(xiàn)*大可見深度為4.8m，*大寬度為650mm的裂縫，為治理該滑移，先后投入近1億歐元進行加固處理。而加拿大、俄羅斯等礦產豐富國家也深受露天礦開采邊坡失穩(wěn)問題的影響，每年投入大量人力、物力和財力進行治理。 自20世紀50年代以來，我國資源開發(fā)進入了快速發(fā)展期，特別是改革開放后，煤炭、金屬和非金屬資源的加速開發(fā)利用為經濟的高速發(fā)展做出了卓越貢獻，但也帶來了不利影響，如破壞自然環(huán)境、帶來安全隱患等。其中資源開發(fā)利用過程中的大型露天采礦所留下的深大礦坑所帶來的環(huán)境破壞和生命財產安全威脅尤為突出。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國露天礦山近400個，其中年產量超過千噸的有130個，這些礦坑規(guī)模大、深度大，隨著開采深度的增加，礦山邊坡的穩(wěn)定性問題越來越嚴峻，每年都會發(fā)生或多或少的安全事故(圖1.1)，嚴重影響礦山安全生產。2013年中國黃金集團華泰龍公司甲瑪?shù)V區(qū)發(fā)生大面積山體滑坡事故，塌方長3km，83人被埋。2015年陜西省商洛市山陽縣陜西五洲礦業(yè)股份有限公司生活區(qū)發(fā)生山體滑坡。2017年山西煤炭運銷集團和順呂鑫煤業(yè)有限公司四采區(qū)A6-1采區(qū)發(fā)生邊坡滑坡事故，造成嚴重的人員傷亡。 中國露天礦邊坡失穩(wěn)問題均具有以下特點。 (1)深、大：露天礦開采深度大，一般開采深度都在100m以上，且規(guī)模大； 圖1.1 中國滑坡災害事件統(tǒng)計圖 (2)邊坡高陡：受開采場地的限制，邊坡坡度≥45°； (3)邊坡失穩(wěn)影響因素復雜：露天礦邊坡穩(wěn)定性受開挖爆破震動、開采卸載、降雨入滲等多因素影響； (4)地質狀況復雜：失穩(wěn)邊坡所處位置地質條件一般非常復雜，蝕變帶、構造斷層分布較多。 滑坡一旦發(fā)生將嚴重威脅施工人員的生命安全，給工程帶來無法估量的損失。由此可見，露天礦邊坡穩(wěn)定性及其治理已成為困擾露天礦安全生產的重要問題。我國露天礦開采環(huán)境復雜、多樣、特殊、敏感，對礦區(qū)地質環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的影響和破壞作用巨大。露天開采之后形成的邊坡，受到礦區(qū)范圍內邊坡巖體性質、地質構造條件和水文條件的影響，導致地表發(fā)生沉降滑移變形、塌陷，進一步對周圍建筑物和居民安全造成影響。因此，綜合分析和評價露天礦邊坡穩(wěn)定性具有非常重要的工程實踐意義和經濟價值。根據(jù)相關部門的研究發(fā)現(xiàn)，我國平均每年由于地質災害帶來的財產損失數(shù)十億元。盡管如此，但是對于滑坡等自然災害的預警預報研究在世界范圍內的進展仍然較慢。怎樣科學地對滑坡等自然災害進行提前預警，關鍵是要能夠滿足精度要求，且對何時發(fā)生滑坡、滑坡量等信息要有一個較為科學的預測，只有這樣才算真正地達到預警的目的。 1.2 巖質邊坡研究意義 一直以來，分析露天礦邊坡穩(wěn)定性是巖石力學等學科的熱門研究內容，研究其穩(wěn)定性不僅能夠為露天礦安全高效生產提供有力依據(jù)，而且還能減少災害發(fā)生。露天礦邊坡穩(wěn)定性研究由定性分析到定量分析、由傳統(tǒng)經驗方法到如今的理論計算、由單一評價到綜合分析經歷了很長的發(fā)展歷程，為保證礦山安全、提高經濟效益發(fā)揮著顯著作用。因此，深入開展露天礦高陡巖質邊坡失穩(wěn)機制的基礎研究，首要任務是評價當前邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)，計算分析邊坡變形破壞機理，預測邊坡失穩(wěn)方式。對露天礦邊坡進行有效的穩(wěn)定性分析，提出科學的加固措施，防止高陡巖質邊坡發(fā)生地質災害，具有重要的理論與實際意義。 (1)以倉上金礦露天采場高陡巖質邊坡為工程背景，在前人研究的基礎上，廣泛搜集資料，分析倉上金礦巖石的力學特征，考慮水對巖石的損傷作用。通過試驗分析倉上金礦不同深度處巖石的力學特征，確定巖石的本構關系和力學參數(shù)，為解決巖質邊坡穩(wěn)定性問題提供關鍵技術參數(shù)。 (2)利用FLAC3D軟件模擬邊坡開挖過程，分析邊坡變形破壞機理與穩(wěn)定性，確定滑移面位置，安全預測礦坑的穩(wěn)定狀態(tài)，為今后合理、安全、高效地使用尾礦庫提供技術指導，同時還可為其他相似類型的高大邊坡(如公路邊坡、水利邊坡等)的穩(wěn)定性評價提供理論借鑒價值。 (3)通過構建力學模型分析倉上金礦尾礦坑的當前穩(wěn)定狀態(tài)和長期穩(wěn)定性，考慮不同水位狀態(tài)下邊坡的穩(wěn)定性影響。通過對邊坡安全進行實時監(jiān)控，獲取邊坡的應力位移等信息。對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的基礎上結合類似工程實踐以及數(shù)值計算反饋結果對邊坡的安全性進行科學合理的預測，進而構建邊坡的綜合預測方法與預警體系。同時，此項工作對推動災害預報理論、工程地質向更高層次發(fā)展也具有重要的指導意義。 1.3 巖質邊坡主要類型與特點 1.3.1 邊坡形態(tài)與分類 邊坡一般定義為巖土體表面與水平面之間的夾角不為零的斜坡表面，若邊坡是由巖體經結構面切割而組成，則該類邊坡稱為巖質邊坡。邊坡的組成主要包括四個方面，即坡肩、坡腳、坡角和坡高。坡頂與坡面相交處為坡肩；坡面與坡底相交處為坡趾(坡腳)；坡面與水平面的夾角為坡角；坡肩與坡腳之間的垂直高差為坡高，如圖1.2所示。 圖1.2 邊坡的組成 邊坡形成于不同的地質環(huán)境，并具有不同的形式和特征。例如，建筑修建中開挖基礎時，將形成很深的基坑；一塊場地在平整的過程中，將原來起伏不平的地形整平成一個平面，平整場地的四周與原有的自然地形形成了一定的高差；公路建設中，在滿足公路本身的各項技術指標后，公路兩側與原有地面形成的具有一定坡度的坡面；礦山開采之后所形成的礦坑用來存儲其他廢棄礦山及殘余礦渣，這些邊坡在我們的生活中隨處可見。由此可見，根據(jù)研究目的、研究對象、工程用途的不同，邊坡分類的方式和方法也不盡相同。 1. 根據(jù)物質組成分類 根據(jù)邊坡物質組成分為巖質邊坡、土質邊坡與巖土混合邊坡[1]。其中土質邊坡包括堆積土邊坡、黃土邊坡、黏質土邊坡和堆填土邊坡。 2. 根據(jù)結構分類 結構分類考慮的因素較多，分類的形式也較多，一般可分為塊狀結構邊坡、層狀結構邊坡、碎裂結構邊坡、散體結構邊坡和基座式結構邊坡。 (1)塊狀結構邊坡主要是巖體中發(fā)育有兩組“X”形節(jié)理[2]。節(jié)理面及層面共同將巖體切割成立方體、菱形體，被切割的分離體有可能發(fā)生滑動或崩塌，使邊坡局部失穩(wěn)破壞，容易發(fā)生的破壞類型為楔形破壞。 (2)層狀結構邊坡由層狀、板狀的巖體構成，控制性結構面一般為巖層層面[3]。根據(jù)巖層傾向與邊坡坡向的不同組合，進一步劃分為順傾向層狀結構邊坡、反傾向層狀結構邊坡和斜交-正交層狀結構邊坡。 (3)碎裂結構邊坡主要由強-中等風化的片巖、千枚巖組成。邊坡受構造作用的影響較大，構造節(jié)理及風化裂隙發(fā)育較好，受構造作用而形成碎裂的巖體結構。坡體中常發(fā)育有褶皺，邊坡巖體結構不均，裂隙發(fā)育，整體性差，強風化帶較厚。巖體裂隙發(fā)育使雨水容易入滲，片巖、千枚巖具有遇水軟化的特點，因此碎裂結構的邊坡穩(wěn)定性較差，尤其是在雨季容易發(fā)生滑動。 (4)散體結構邊坡的特點是松散體厚度較大，結構松散，巖體主要結構形狀為碎屑狀、顆粒狀；斷層破碎帶交叉，構造及風化裂隙密集，結構面及組合錯綜復雜，并多充填黏性土，力學性質差，完整性遭到極大破壞，穩(wěn)定性極差，巖體屬性接近松散體介質，地下水加劇巖體失穩(wěn)[4]。容易發(fā)生松散體內的整體滑動和巖土工程中規(guī)模較大的巖體失穩(wěn)。 (5)基座式結構邊坡在開挖面上露出兩種性質差異明顯的巖土體。坡體上部地層為中-強風化的片巖、千枚巖、殘坡積黏土、沖洪積物或滑坡堆積物等松散體，下部為中-弱風化的片巖、千枚巖、板巖等較硬的巖層。上部松散體膠結較差，強度較低，某些土體具有膨脹性[5]。 3. 根據(jù)成因分類 按照形成的原因可分為自然邊坡和人工邊坡。自然邊坡主要是自然界中的江河湖海與山坡的岸邊形成的邊坡。人工邊坡主要是人類工程形成的規(guī)模不同、陡緩不等的斜坡。 4. 根據(jù)規(guī)模分類 按照邊坡的坡面高度、坡面長度、邊坡角度等分類，分別如表1.1～表1.3所示。 5. 根據(jù)使用年限分類 按照使用年限可分為永久邊坡和臨時邊坡，永久邊坡是指工作年限超過2年的邊坡；臨時邊坡是指工作年限不足2年的邊坡，如表1.4所示。 表1.1 根據(jù)坡面高度分類 表1.2 根據(jù)坡面長度分類 表1.3 根據(jù)邊坡角度分類 表1.4 根據(jù)使用年限分類 1.3.2 巖質邊坡特征與分類 區(qū)別于土質邊坡，巖質邊坡往往存在大量的巖層面、節(jié)理面和裂隙面等軟弱結構面，而且由于巖質邊坡的變形破壞總是沿著巖體內的軟弱結構面擴展并*終引起邊坡大規(guī)模變形失穩(wěn)，邊坡的穩(wěn)定性很大程度上取決于這些軟
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