界牌岭露天采场东帮软硬互层边坡稳定性影响研究

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本文针对软硬互层边坡稳定性影响的复杂工程难题,以界牌岭露天采场东帮软硬互层岩质边坡为研究对象,对东帮软硬互层型边坡坡体结构与破坏特征进行调查并分类,对边坡岩体工程特性进行研究。使用数值模拟分析方法,设计正交试验共25组,对6种影响因素:软岩厚度、硬岩厚度、粘聚力、内摩擦角、岩层倾角、岩层倾向进行边坡稳定性敏感性分析,判断它们的显著性影响与相关性,分析矿区软硬互层型边坡变形破坏模式与稳定状况,为东帮边坡防护措施提供支撑。主要研究内容及成果如下:(1)通过对矿区进行实地勘察,了解采区地质构造与水文地质情况,对东帮软硬互层岩质边坡进行详细调查,调查发现:东帮共有软硬互层边坡5处,其中顺层边坡4处,反倾边坡1处,软、硬岩分别为粉质页岩与石英砂岩。并通过调查和后期分析得知,影响东帮软硬互层型边坡稳定性的影响因素包括边坡坡体结构与岩层倾角,软硬层的岩性及组合特性、降雨。(2)对硬岩(石英砂岩)与软岩(粉质页岩)分别进行矿物成分分析、水理性质试验及岩石力学试验,得出结论:水并不会过多的影响石英砂岩,但会极大地改变粉质页岩性质,可将软硬互层边坡软岩岩层视为含水层、硬岩岩层视为隔水层。(3)使用3DEC数值模拟软件,对25组正交试验依次进行分析,发现影响因素:软层厚度、软岩粘聚力、岩层倾角对边坡最大位移与边坡安全系数的影响均较大,是边坡稳定性的显著性影响因素。此外,岩层倾角与边坡安全系数相关性显著。(4)利用岩层饱和参数对不同坡体极端降雨情况下的破坏模式与稳定性进行模拟分析,研究了不同岩层倾角、不同软层厚度下边坡变形破坏模式与边坡稳定性的规律。根据研究结果对东帮边坡进行针对性的治理建议。研究表明,不同岩层倾角在不同边坡坡体结构中的变形破坏模式有着显著区别;随着软层厚度的增加,边坡稳定性逐渐变差。天然开挖状态下东帮软硬互层边坡整体的稳定性从高到低的顺序依次为:1-1剖面,近水平软硬互层边坡>顺倾同向缓倾边坡>顺倾同向陡倾边坡;2-2剖面,陡倾近直立软硬互层边坡>反倾软硬互层边坡。边坡最容易发生破坏的区域为顺倾同向陡倾边坡与反倾软硬互层边坡,东帮软硬互层型边坡治理建议为:控制水源、改变致灾体,重点区域实施监测措施等。
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