1緒論1 1.1研究背景與意義1 1.1.1研究背景1 1.1.2研究意義2 1.2國內外研究現狀2 1.2.1邊坡潛在滑移面研究現狀2 1.2.2軟弱夾層邊坡穩定性研究現狀4 1.2.3散體邊坡穩定性防護措施5 1.2.4巖質邊坡穩定性防護措施7 1.3主要研究內容與研究思路8 1.3.1主要研究內容8 1.3.2研究思路8 1.4本章小結9 2邊坡穩定性模擬與監測裝置研發10 2.1全角度自動化邊坡測斜監測裝置的設計與研制10 2.1.1研發背景10 2.1.2研發思路10 2.1.3設備構成與原理11 2.1.4設備特點及功能13 2.1.5適用條件及實測方法13 2.2邊坡失穩漸變效應模擬裝置設計與研發14 2.2.1研發背景14 2.2.2研發思路14 2.2.3設備構成與原理15 2.2.4設備特點及功能17 2.2.5適用條件與測試方法17 2.3邊坡模型試驗的球形運動及應力監測儀器18 2.3.1研發背景18 2.3.2研發思路18 2.3.3設備構成與原理18 2.3.4設備特點及功能20 2.3.5適用條件與測試方法20 2.4全角度坡腳鉆孔穩定性動態監測裝置21 2.4.1研發背景21 2.4.2研發思路21 2.4.3設備構成原理22 2.4.4設備特點及功能23 2.4.5適用條件與測試方法23 3露天煤礦邊坡穩定性分析方法25 3.1概述25 3.1.1滑移線法25 3.1.2極限平衡法26 3.1.3極限分析法26 3.1.4數值方法26 3.1.5概率方法27 3.1.6模糊和灰色理論28 3.1.7應用系統科學、人工智能、神經網絡、進化計算28 3.2巖質邊坡滑坡模式29 3.2.1順傾滑動型破壞29 3.2.2反傾切斷型破壞29 3.2.3局部臺階松動崩塌破壞29 3.2.4均質追蹤節理滑動型破壞30 3.2.5楔體型破壞30 3.2.6圓弧及圓弧折線型破壞30 3.3散體邊坡滑坡模式30 3.3.1排土場內部滑坡31 3.3.2沿地基接觸面滑坡31 3.3.3軟弱地基底鼓滑坡32 3.4極限平衡分析方法32 3.4.1安全系數定義32 3.4.2常用的極限平衡方法32 3.4.3穩定性分析中幾個問題的處理37 3.5邊坡隨機分析基本原理41 3.5.1MonteCarlo模擬方法41 3.5.2羅森布魯斯法44 3.5.3露天礦邊坡破壞風險評估45 3.6數值模擬分析方法46 3.6.1強度折減法的原理47 3.6.2強度折減法與安全系數48 3.6.3破壞失穩標準的定義49 3.6.4屈服準則和計算軟件49 4軟弱夾層位置確定與端幫煤安全回采措施51 4.1露天礦工程背景51 4.1.1工程地質51 4.1.2揭露巖體現場測繪52 4.1.3邊坡地層巖性57 4.1.4邊坡水文地質條件58 4.1.5生產情況60 4.1.6地表裂縫60 4.2邊坡巖體變形監測與分析61 4.2.1位移監測方案62 4.2.2邊坡巖體變形規律分析63 4.3邊坡關鍵單元識別方法與路徑分析66 4.3.1數值計算軟件介紹67 4.3.2數值計算模型建立70 4.3.3邊坡潛在滑移面確定71 4.3.4邊坡關鍵單元確定原理75 4.3.5邊坡關鍵單元識別與動態破斷路徑76 4.4含軟弱夾層邊坡端幫煤安全回采措施80 4.4.1計算模型建立80 4.4.2計算結果分析80 4.4.3端幫煤安全回采方案研究81 4.4.4討論83 4.5本章小結87 5軟弱基底散體邊坡變形監測與數值模擬驗證89 5.1露天礦工程概況89 5.2現場監測與分析89 5.2.1現場鉆孔與設備布設89 5.2.2鉆孔數據采集91 5.2.3數據處理及現狀邊坡穩定性分析92 5.3邊坡穩定性的極限平衡計算與分析98 5.3.1礦區地質條件與物理力學參數確定98 5.3.2考慮降雨影響的邊坡穩定性分析103 5.3.3考慮振動影響的邊坡穩定性分析114 5.4本章小結122 6振動作用下軟弱基底散體邊坡失穩試驗研究與分析124 6.1試驗裝置研制124 6.1.1試驗系統設計124 6.1.2監測設備的選擇125 6.2相似模擬試驗方案128 6.2.1試驗區段選擇128 6.2.2試驗材料選取129 6.2.3試驗方案131 6.3軟弱基底排土場振動試驗分析134 6.3.1模型的建立134 6.3.2振動數據監測137 6.3.3模擬試驗與結果分析139 6.3.4討論144 6.4本章小結145 7振動作用的時間效應對邊坡穩定性影響的試驗研究與分析146 7.1試驗方案146 7.1.1試驗材料146 7.1.2試驗方案146 7.2振動時間效應的排土場穩定性試驗146 7.2.1模型的建立146 7.2.2振動數據監測147 7.2.3模擬試驗與結果分析148 7.3本章小結153 8露天礦邊坡穩定性控制154 8.1露天礦邊坡綜合防治措施154 8.1.1邊坡防護的一般性要求154 8.1.2完善防排水系統154 8.1.3完善邊坡監測系統155 8.1.4完善邊坡巡查制度155 8.1.5定期進行邊坡穩定驗算155 8.2削坡減載與內排壓腳措施155 8.2.1削坡減載案例155 8.2.2內排壓腳案例158 8.3防排水措施165 8.3.1水對邊坡的危害165 8.3.2露天煤礦防排水案例165 8.4邊坡加固168 8.4.1邊坡加固的一般措施168 8.4.2露天煤礦破碎站邊坡加固案例169 8.4.3露天煤礦地質公園沉陷區治理案例172 8.5邊坡監測179 8.5.1邊坡變形監測方法179 8.5.2露天煤礦邊坡監測案例182 8.6本章小結189 9主要結論190 參考文獻193