1、露天礦邊坡穩(wěn)定,主講老師：侯殿坤,第一章 概論,1.1概述 一、邊坡的重要性 1、節(jié)省成本 2、安全生產(chǎn) 二、國內(nèi)外露天礦邊坡概述 1、露天礦開采現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2、列舉優(yōu)化邊坡的實(shí)例,1.2基本概念,一、采場邊坡 （一）、露天礦邊坡 1、山坡露天礦 2、凹陷露天礦 （二）、邊坡 1、底幫邊坡 2、頂幫邊坡 3、端幫邊坡,（三）、邊坡角 1、工作幫坡角 2、非工作幫坡角（廢正角） 二、排土場邊坡 1、外排土場建立條件 2、內(nèi)排土場建立條件 3、排土場臺階高度、坡面角 4、排土排棄物的性質(zhì) 5、穩(wěn)定性分析,1.3滑坡概論及研究意義,一、邊坡變形種類 1、剝離（振動、風(fēng)化） 2、崩落（陡立柱狀巖體

2、突然倒塌滾動） 3、滑動（沿一定的面或帶緩慢移動）滑坡 4、流動（指飽和水的松軟巖體沿4度6度甚至 更緩的斜面流動） 5、沉陷變形、垂直下沉 排土場管理主因 所以規(guī)范規(guī)定排土場到邊坡一定距離范圍內(nèi)有25的反坡 如圖2所示,二、實(shí)例,三、滑坡危害,1、阻斷運(yùn)輸線路（鐵道、公路、膠帶） 2、推倒、掩埋采掘運(yùn)輸設(shè)備 3、破壞地面工業(yè)民用建筑物 總體規(guī)劃不合格 地面建筑物安全距離 采場 0200m 200m 排土場造成地面地層變形滑坡危害 較大:為準(zhǔn)能黑岱溝儲煤倉、鐵路地面膠帶走廊等,四、優(yōu)化邊坡角,同時考慮兩個問題 1、剝離費(fèi) 2、邊坡維護(hù)費(fèi),1.4露天礦邊坡的特點(diǎn),與水庫岸坡、壩肩、引水渠道、鐵路

3、公路路塹、山區(qū)挖方工程的的邊坡相比有以下特點(diǎn)： 一、邊坡較高 幾米到60米 走向長 幾公里 揭露的巖層多 變化復(fù)雜 二、煤礦邊坡主要是沉積巖：層理明顯 弱夾層較多 巖石強(qiáng)度低 40度以下 金屬礦主要是巖漿巖 變質(zhì)巖 強(qiáng)度高 但斷層、節(jié)理發(fā)育不利于邊坡的穩(wěn)定 三、主要是滑動變形,四、露天礦邊坡是機(jī)械開挖邊坡,邊坡巖體較破碎，邊坡一般不加維護(hù)，易受風(fēng)化作用影響。 五、露天礦廠每日受爆破、機(jī)車行走等因素，邊坡受振動影響大，負(fù)載加大。 六、露天礦服務(wù)年限長內(nèi)排可以解決邊坡滑問題 陡幫開采配合內(nèi)排效果較好，如平裝西露天煤礦 七、不同地段邊坡穩(wěn)定程度可以不同建筑物和鐵路穩(wěn)定性高,1.5 研究內(nèi)容及步驟,一

4、、研究內(nèi)容 1、邊坡巖體中各種結(jié)構(gòu)面 如斷層、層面、節(jié)理、裂隙分布狀態(tài) 2、結(jié)構(gòu)面的物理力學(xué)性質(zhì) 3、水 4、開采工程、河流、爆破、構(gòu)造應(yīng)力 5、設(shè)計(jì)邊坡 6、提出防滑措施 7、邊坡監(jiān)測,二、研究步驟 1、礦山勘探，設(shè)計(jì)階段必須開始邊坡工作 2、礦山投產(chǎn)后，做大量的實(shí)驗(yàn)研究，校核邊坡穩(wěn)定角 3、長期性工作，直到露天礦壽命結(jié)束 4、最后評價,第二章 影響邊坡穩(wěn)定性的因素,引言：因素分類 1、內(nèi)因：巖石的礦物組成及地質(zhì)結(jié)構(gòu) 2、外因：水、震動、構(gòu)造應(yīng)力、采礦活動、風(fēng)化及溫差,2.1 巖石礦物組成的影響,1、不同礦物的強(qiáng)度不同 （1）、Na、K、Ca、Mg等化合物易溶于水，為不穩(wěn)定礦物 （2）、蒙脫

5、石(OH)4Al4SiO8O20吸水性強(qiáng)而透水性差，易導(dǎo)致滑坡 2、巖石是礦物的集合體 3、巖石有晶質(zhì)非晶質(zhì)碎屑質(zhì) 硅質(zhì)膠結(jié)鈣質(zhì)膠結(jié)泥質(zhì)膠結(jié) 粒度0.005mm時，粒度增加時，內(nèi)摩擦角減小 4、巖石的構(gòu)造有定向與非定向之別,2.2巖體結(jié)構(gòu)面、結(jié)構(gòu)體、 巖體結(jié)響,定義：結(jié)構(gòu)面：巖體中這些自然生成的強(qiáng)度減弱面統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)面 結(jié)構(gòu)體：這些結(jié)構(gòu)面將巖體切割成不同規(guī)模和幾何形態(tài)的塊體 工程巖體：有結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體組成的具有一定結(jié)構(gòu)的地質(zhì)體的一部分,一、結(jié)構(gòu)面（IV級） 煤礦中主要5種面： 1、軟弱夾層：粘土層、碳質(zhì)頁巖層、泥巖、薄煤層、頁巖層 2、巖層面、節(jié)理 3、斷層 4、節(jié)理、裂隙 節(jié)理是構(gòu)造裂隙 裂隙

6、是原生裂隙 5、片理、頁理：壓應(yīng)力作用下動力變質(zhì)的結(jié)果 二、結(jié)構(gòu)體 IV級 三、巖體、結(jié)構(gòu),2.3水的影響,露天礦邊坡防水便等于防滑：雨后、雨季、解凍時期 現(xiàn)場防治水辦法介紹 一、水在巖石中存在的的形態(tài) （一）、氣態(tài)水 是結(jié)晶水及化學(xué)水，對巖體穩(wěn)定性影響不大 （二）、結(jié)合水 1、吸附水（或強(qiáng)結(jié)合水）強(qiáng)結(jié)合水，70000倍重力加速度不能使其分離 2、薄膜水（或弱結(jié)合水）弱結(jié)合水，長期荷載可能被擠出 結(jié)合水是在巖石中顆粒表面與水分子的吸引力（靜電引力）而結(jié)合的水,吸附水：是顆粒表層或離子的吸附層內(nèi)的水分子，在分子力作用下，不能移動 薄膜水：是離子擴(kuò)散層內(nèi)的水分子，若在分子力作用下可能移動，在長期荷

7、載作用下可能部分被擠出 （三）、自由水：是土巖顆粒水化膜以外的水，受重力影響，分毛細(xì)水和重力水 1、毛細(xì)水 、孔隙角水 、懸浮水 、毛細(xì)孔水 毛細(xì)孔水是巖石毛細(xì)孔內(nèi)的水（結(jié)合水除外） 它與重力水相同，可以傳遞靜壓力,2、重力水 、滲流水 、地下水 （四）、固態(tài)水（冰） 體積增大、擴(kuò)大裂隙、減弱巖體強(qiáng)度（融冰期邊坡易滑原因）。 總之，邊坡巖體內(nèi)的水主要是結(jié)合水和自由水,二、水對邊坡的不利影響主要表現(xiàn) 1、軟化巖體，降低其強(qiáng)度； 2、靜水壓力 3、動水壓力：自由水在重力作用下流動，對巖石產(chǎn)生動水壓力,三、地下水在邊坡內(nèi)的分布 1、在松軟土巖中水位變化,2、堅(jiān)硬巖石中裂隙水無定向 堅(jiān)硬巖石的水文地質(zhì)

8、條件不易掌握全貌，水位差異很大,現(xiàn)場實(shí)例介紹 1、遼寧阜新海州露天煤礦1956年1957年之間39次滑坡中，有24次有水的影響 2、平裝西露天煤礦工作幫1957年8月14日第24次滑坡39.5立方米的滑坡是連續(xù)三天降雨，雨水滲入綠泥層面及滑體，以及滑體下部常年積水12米，深浸泡而發(fā)生的。 1983年4月18日，第26次滑坡，47.73立方米玄武巖裂隙水滲透到松散砂巖，使滑體底部頁巖層泥化層發(fā)生的,3、義馬 4、哈密三道嶺 5、大冶露天鐵礦獅子山北幫西口工程滑體 6、海南露天鐵礦 7、云南小龍?zhí)堵短烀旱V,四、靜水壓力作用,露天礦上部風(fēng)化帶巖層受水浸潤后容重增加 巖石飽和水容重 0:干容重 n:空

9、隙比 w:水容重 d:巖石比重,飽水重量： 浮重量：,干重量,孔隙水,干重量,骨架顆粒水重,則巖柱所受浮力： 靜水壓力就是水壓三角形乘積： 重點(diǎn)水壓強(qiáng)度：,實(shí)踐中，當(dāng)坡底處斷裂面無滲流時，則該處的水的壓強(qiáng)不等于零，并可達(dá)到高峰值。,五、動水壓力作用：動水壓力是指滲流水在流通過程中作用于巖石顆粒上的滲流力，它是體積力 實(shí)驗(yàn)表明：多孔隙（或裂隙）水相互貫通，因而產(chǎn)生滲流水，動水壓力 圓管內(nèi)的水流運(yùn)動時需要克服阻力 1、與管徑大小成反比 2、與兩端壓差成正比 3、巖石介質(zhì)中水的滲流阻力與孔隙率成反比,動水壓力： 計(jì)入 P浮力，靜動壓力為矢量和 滑面上切向法向分力 N（指向滑面）,=,結(jié)論：穩(wěn)定滲流邊

10、坡的水壓，包括靜壓與動壓，可近似按滑面上各點(diǎn)水的壓強(qiáng)乘以該處滑面面積計(jì)算即近似等于滑面上的靜水壓力值,2.4爆破作業(yè)、振動影響,一、影響因素 1、爆破震動增加了邊坡的滑動力 2、爆破作用破壞邊坡巖體 降低了巖體強(qiáng)度，使雨水地下水易于沿爆破后巖石裂隙滲透，加速巖體風(fēng)化 3、穿、采、運(yùn)設(shè)備作業(yè)時，使飽和砂土液化 二、破壞主因 震波在巖石中傳播有縱波，橫波，主要是縱波,橫波是二者方向一致 地震時：,m/s,三、減震措施 1、控制一次爆破藥量 2、微差爆破最佳時間，不使各次震波峰值疊 加而達(dá)到最高值 3、采用預(yù)裂爆破、緩沖爆破,2.5構(gòu)造應(yīng)力影響,據(jù)彈性理論： 每次大的深部構(gòu)造運(yùn)動都會導(dǎo)致產(chǎn)生新的應(yīng)力

11、狀態(tài) 水平應(yīng)力=上覆巖層重力側(cè)壓應(yīng)力系數(shù) 構(gòu)造應(yīng)力場內(nèi)：自重應(yīng)力 水平應(yīng)力 鉛直應(yīng)力 李四光地質(zhì)力學(xué)理論 非洲測得：水平應(yīng)力是鉛直應(yīng)力的2.6倍,2.6其他因素影響,一、露天礦存在年限 具體講應(yīng)指邊坡服務(wù)年限 時間長巖體強(qiáng)度減弱大，穩(wěn)定系數(shù)大些 二、邊坡形狀 凹形：側(cè)向阻力大，穩(wěn)定性好 凸性：側(cè)向阻力小，穩(wěn)定性不好 但凸性邊坡剝離量最小，經(jīng)濟(jì)合理 三、地形荷載：外排土場就近位置 推進(jìn)方向（工作線）破壞巖體完整性，引起邊坡滑落 總之，因?yàn)檫叿€(wěn)固什么很多，尚待研究。,第三章 邊坡工程地質(zhì)程序及巖體結(jié)構(gòu) 面的調(diào)查、統(tǒng)計(jì)與分析,31 邊坡工程地質(zhì)工作程序,一、邊坡工程工作主要任務(wù)： 1、搜集影響邊坡穩(wěn)

12、定性的各項(xiàng)因素； 2、分析邊坡巖體的穩(wěn)定性： 查明巖體中結(jié)構(gòu)面分布及巖性變化； 分析潛在滑面； 建立滑動模式。,二、邊坡工程地質(zhì)工作程序：,1、區(qū)域地質(zhì)背景； 2、礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造； 3、露天礦現(xiàn)采場邊坡工程地質(zhì)條件； 4、露天礦最終采場邊坡工程地質(zhì)條件； 5、露天礦邊坡工程地質(zhì)分區(qū)。,三、露天礦邊坡各階段的工作內(nèi)容,礦山地質(zhì)勘探報(bào)告； 露天礦設(shè)計(jì)階段； 投產(chǎn)以后巖層暴露。,四、繪制邊坡工程地質(zhì)平面圖及斷面圖內(nèi)容,1、巖性分布； 2、地質(zhì)結(jié)構(gòu)面分布 3、出水點(diǎn)； 4、采掘臺階現(xiàn)狀； 5、工程地質(zhì)分區(qū)及剖面線； 6、巖石力學(xué)試驗(yàn)取樣地點(diǎn)。,五、E.HOCK邊坡工程地質(zhì)工作程序圖,1、利用已有的勘測、

13、地測及巖芯初步收集資料 2、初建邊坡地質(zhì)模型、評價其穩(wěn)定性 3、排除穩(wěn)定性地段、此段邊坡穩(wěn)定性按運(yùn)輸條件定 4、確認(rèn)不利的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面可能失穩(wěn)的地段 5、 詳細(xì)的工程地質(zhì)研究包括補(bǔ)勘 6、巖體強(qiáng)度試驗(yàn)7、水文試驗(yàn)及監(jiān)測 8、以5、6、7所得資料進(jìn)行穩(wěn)定性分析 9、設(shè)計(jì)危險(xiǎn)地段邊坡，擬定加固措施及監(jiān)測計(jì)劃，進(jìn)行各種可能方案對比 10、位移監(jiān)測及滑坡預(yù)報(bào)，在不危及人員及設(shè)備等條件下承擔(dān)滑坡風(fēng)險(xiǎn)。,32 巖體結(jié)構(gòu)面的調(diào)查,主要調(diào)查節(jié)理、巖層面產(chǎn)狀、密度。 方法：地面測量；鉆孔。 一、結(jié)構(gòu)面地面調(diào)查（表3-1為調(diào)查內(nèi)容） 二、鉆孔定向取芯，主要是探明深部的不利結(jié)構(gòu)面。 （一）巖芯定向 三個要素：傾向、傾

14、伏角、圍巖軸 線（旋轉(zhuǎn)的某一基準(zhǔn)線）。,33 巖體結(jié)構(gòu)面的統(tǒng)計(jì),一、玫瑰圖法 此法為一半圓形，徑向刻度表示裂隙數(shù)目， 圓周上刻度表示裂隙 傾向，與其垂直方向 表示走向。常用于緩 斜巖層，裂隙多與巖 層垂交，在露天礦有實(shí)際意義。,二、赤平極射投影法,（一）定義： 赤平極射投影表示點(diǎn)、線、面的角距關(guān)系或方位的平面拱形，而不涉及面的大小，線的長度或點(diǎn)與點(diǎn)之間的絕對距離。為了確定角距或方位，必然要設(shè)立一個坐標(biāo)原點(diǎn)，自此點(diǎn)向四面八方發(fā)出射線，作為角度線來量度方向。（把空間的點(diǎn)、線、面自球的中心投影于球面上，為了便于觀測，把球面上的點(diǎn)、線、面再以南、北極為焦點(diǎn)（發(fā)射點(diǎn)）投影于三維赤道平面上） 球面上的投影

15、既不便于觀察，又不易于表示，于是把球面的點(diǎn)、線、面再以南極或北極為焦點(diǎn)（發(fā)射點(diǎn)）投影于赤道平面上，這種投影叫做赤平極射投影。,二、赤平極射投影法,拱形原理：作一投影球O（參考球）表示三維空 間，球的上下極點(diǎn)為A及F，赤道平面為NWSE。,二、赤平極射投影法,1點(diǎn)的投影:在球的上半球面上有一點(diǎn)H，自球 的下半球的極點(diǎn)F向H發(fā)射線FH，射線與赤道平 面的交點(diǎn)M，便是H點(diǎn)的赤平極射投影。幾何實(shí) 物位于上半球，極點(diǎn)在下半球時的投影稱上半球 投影。,二、赤平極射投影法,2. 線的投影 一條直線與球交于兩點(diǎn) B及C，BCF成為一平 面，所以它的投影必 然是一條直線bc。,二、赤平極射投影法,3. 面的投影

16、 大圓斜面SHNH 表示投影：SMNG。,34 巖體結(jié)構(gòu)面的分析,了解,第四章 巖體的力學(xué)性質(zhì),41 巖石的物理、水理性質(zhì),一、巖石的主要物理性質(zhì) 二、巖石的空隙性 三、巖石的吸水性 1、巖石的吸水率 2、巖石飽水率 3、飽水系數(shù)K 四、土巖的可塑性及其指標(biāo),42 巖石的力學(xué)性質(zhì),定義：P51 一、 巖石的變形特征 （一）巖石在單向軸壓縮條件下的變形特征 （二）巖石在多向應(yīng)力和剪切條件下的變形 1、巖石在三軸壓縮條件下的變形特征 2、巖石在直接剪切條件下的變形特征 （三）表征巖石變形特征的主要參數(shù)彈性模量和泊松比 1、初始彈性模量E0 ； 2、割線彈性模量Ei；3、切線彈性模量 4、泊松比定義

17、：當(dāng)巖石試件縱向受壓時縱向有壓縮變形l 的同時，橫向產(chǎn)生伸長變形d ，表征橫向與縱向變形關(guān)系的參數(shù)稱為泊松比u。 彈性范圍內(nèi)：d=ul u= （四）巖石的流變性 1、蠕變特性；2、巖石流變性的影響因素；3、流變力學(xué)模型,42 巖石的力學(xué)性質(zhì),二、巖石強(qiáng)度特征 1、巖石破壞及強(qiáng)度的一般特征 1-4 2、巖石強(qiáng)度理論 3、巖石強(qiáng)度圖 4、巖石抗剪強(qiáng)度指標(biāo)粘聚力和內(nèi)摩擦角,43 結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度,一、層間無填充物的平直結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度； 二、起伏狀結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度。,44 破碎巖體強(qiáng)度,一、破碎巖體的結(jié)構(gòu)效應(yīng) 1、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的力學(xué)效應(yīng) 2、破碎巖體的抗剪強(qiáng)度,45 巖石、巖體力學(xué)指標(biāo)的測定,第五章 邊坡穩(wěn)

18、定性計(jì)算,5.1概述 一、邊坡巖體內(nèi)部分析 1、有兩種運(yùn)動 a、相對靜止：邊坡穩(wěn)定 b、顯著變動：滑坡（變動非常復(fù)雜） 2、滑坡原因 a、驅(qū)動滑坡因素,荷載 震動 水 構(gòu)造應(yīng)力 滑差應(yīng)力 b、抗滑能力 巖體強(qiáng)度 二、露天采場邊坡 1、高大邊坡 2、暴露巖層多,3、地質(zhì)構(gòu)造面縱橫交錯 4、水文及工程地質(zhì)條件復(fù)雜 因此，邊坡隨時監(jiān)控調(diào)整，合理的邊幫角只能最終評價。 三、目前研究現(xiàn)狀及任務(wù) 1、土體邊坡穩(wěn)定研究，解決巖石邊坡有許多問題 2、露天邊坡穩(wěn)定計(jì)算任務(wù) a、驗(yàn)算已有邊坡的穩(wěn)定性，以便決定是否采取防護(hù)措施，并作為防護(hù)設(shè)施設(shè)計(jì)的依據(jù)。 b、設(shè)計(jì)露天礦合理邊坡角，在已知開采深度，設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)合理又安

19、全的邊坡角。,c、邊坡的技術(shù)原理 、到界邊幫臺階的減震爆破 、防排水 、傘檐處理 管理不善，緩坡可能滑坡，管理好陡幫也可能安全（例如平裝西露天礦）結(jié)合生產(chǎn)工藝 3、經(jīng)驗(yàn)法選取邊幫穩(wěn)定角 爆破40度 金屬礦50度 4、邊坡穩(wěn)定表示方法,當(dāng) 1，穩(wěn)定 保守起見: =1.11.5，多數(shù)取1.3,根據(jù)邊坡服務(wù)年限選取不同值 四、本章研究內(nèi)容： 1、確定邊坡巖體內(nèi)最危險(xiǎn)區(qū) 2、分析區(qū)內(nèi)的全部作用力 3、求FS 4、判斷穩(wěn)定程度,5.2計(jì)算基礎(chǔ)及方法分類,一、邊坡穩(wěn)定分析步驟 1、確定滑面 2、分析滑面上的作用力及反作用力，建立平衡條件 二、計(jì)算方法 1、剛性極限平衡法 、將滑體視為剛體 、滑體的位移是剪

20、切破壞,1111111111111111111111111111 、滑體在滑面上的平衡條件，應(yīng)用滑塊在斜坡上的平衡原理 2、有限元法 3、概率法 5.3平面滑面計(jì)算法 邊坡沿某一傾斜面滑動，發(fā)生在以下條件： 1、滑面走向與邊坡走向平行或近于平行（）度左右 2、滑面出露在坡面上，即滑面傾角小于坡面角，二者相交在坡面上 3、滑體兩側(cè)有裂面，側(cè)阻力小（略）,一、邊坡內(nèi)有確定的滑面及垂直裂面 (一)、數(shù)學(xué)分析法 設(shè)：1、巖石不透水，垂直裂面滲入，流經(jīng)滑面自坡面逸出，水的壓強(qiáng)呈線性分布。 2、滑體重力W，水壓U及V均通過滑體重心不產(chǎn)生力矩，滑體無轉(zhuǎn)動，則滑體穩(wěn)定條件為：,當(dāng)斷裂什么在坡頂時： 當(dāng)斷裂什么

21、在坡面時： 邊坡的穩(wěn)定程度，以穩(wěn)定系數(shù)表示，抗滑力與滑動力之比：,C=0 （二）矢量法 力多邊形封閉為平衡狀態(tài) 步驟： 1、繪鉛直重力矢W，比例自選 2、接W之首繪V矢，與W方向垂直 3、接V之首繪U矢，與鉛直方向成角 4、接U之首繪反力矢N，與鉛直方向與U同 5、求封閉力矢S，其方向平行滑面，指向與滑動方向相反。 自W之尾繪線，使其平行滑面，并與N矢相垂交，便是所求平衡抗力S。,抗力中摩擦阻力 接U繪拐角，在S線上截取便是 于是穩(wěn)定系數(shù)： 二、邊坡內(nèi)無確定的滑面，最危險(xiǎn)滑面位置可分析求得 1、滑面臨界傾角（不計(jì)U、V） 平衡方程：,又由于：,故：,或：,令：,最后解得：,（最危險(xiǎn)滑面傾角）（

22、排土臺階，土邊坡，錫盟地區(qū)） 45度多為圓弧滑坡， 坡交較大時，多為平面滑面 2、直立邊坡的臨界高度：,當(dāng)邊坡垂直時，=90度,所以：,帶入整理后得：,應(yīng)用公式：,教材中：,57式 將 代入上式可得：,對于垂直邊坡時，=90：,方法二：,把=90代入57式： 以上繪制曲線圖56：,說明： 1、垂直邊坡的高度大于上式值時，巖體自重力足，以使邊坡產(chǎn)生剪切破壞，滑坡。 2、小于上式值時，處于彈性應(yīng)力狀態(tài)，不發(fā)生剪切位移。 3、任意邊坡滑動時，剪切面僅在距坡頂一定的深度即 以下方能產(chǎn)生，以上巖層成為彈性層，它的破壞呈什么推斷。 抗拉運(yùn)動什么抗剪強(qiáng)度 4、當(dāng)邊坡體內(nèi)某局部開始達(dá)到塑性變形，而遠(yuǎn)未形成滑坡

23、之前，坡頂處便首先出現(xiàn),垂直張裂隙，往往稱作為滑坡的前兆特征，用來預(yù)報(bào)即將發(fā)生滑坡。,存在最小的極限高度，相對應(yīng)的弱面傾角為：,當(dāng)C=0時，什么性斷裂時，巖石堅(jiān)硬：,極限平衡,說明：當(dāng)C 時，滑面被較陡的坡面切割，而沿滑面的摩擦角又小于滑面傾角時， 即： ，則可能產(chǎn)生滑坡，與坡面和坡角無關(guān)（在時而言）,此時為增加邊坡穩(wěn)定性,減少坡高和削坡是無益的,只有沿滑面削掉或機(jī)械加固，煤礦多見此種例子。 三、邊坡內(nèi)無確定的拉張裂縫，其最危險(xiǎn)的位置可分析求得 1、滑體穩(wěn)定系數(shù),將,帶入上式,2、拉張裂縫的臨界高度 解Fs的極限值（最小化） 不考慮水的因素，一般采用減弱系數(shù)法處理，分步微分法 設(shè)：,求Fs極值

24、，設(shè) ，用分步微分法： 令 又知：,令：,得：,3、滑體臨界頂寬 從圖中求： 代入上式：,四、實(shí)例分析 1、條件：已知某礦坡高382m，坡角42度，斷層傾角70度（弱面），寬度5m， 求解：Fs，：坡角,巖體力學(xué)性質(zhì)： 閃長巖： =27KN/m3 c=5001000KPa =40度 斷層c=030KPa =18度 2、滑動模式 經(jīng)分析確定為平面滑動 3、穩(wěn)定性計(jì)算：,4、計(jì)算結(jié)果 度不同坡角=4249，沖水條件,粘聚力C=5001000KPa，計(jì)算結(jié)果見表5-1 結(jié)論：邊坡尚可適當(dāng)加陡 5.4圓弧畫面計(jì)算方法 引言：適用范圍 1、勻質(zhì)土坡 2、露天礦的排土場 3、結(jié)構(gòu)面與邊坡面相反傾向的巖體邊

25、坡 一、純粘性土（=0） 假設(shè)條件,1、滑體圍繞一定軸心成鋼體轉(zhuǎn)動 2、畫面通過坡腳或坡腳以下 力矩平衡條件分析邊坡穩(wěn)定性：,計(jì)算的圓弧是無數(shù)的 應(yīng)從中確定出最危險(xiǎn)滑面 Fs最小者為最危險(xiǎn)滑面 第一步：先假設(shè)一弧，通過坡腳，軸心為O 第二步：分析作用力 作用在圓弧上的力包括 1、滑體重力W 2、沿弧面的粘聚力C 3、弧面上滑體所受的反力N,第三步：建立極限平衡方程： 抗滑力矩= 滑動力矩 抗滑力矩 其中：,抗滑力矩,抗滑力矩 滑動力矩 a為整個滑體，重心與轉(zhuǎn)軸的力臂長VABDF，計(jì)算時分為VABD， 求各自力矩：,又：,平衡方程：抗滑力矩滑動力矩： 517 表達(dá)式，粘聚力值因圓弧的幾何參數(shù)（W

26、，R）而定。 解：C極大值，可確定最危險(xiǎn)滑弧面 即對求導(dǎo)并求極大值得：,519 聯(lián)立518，519兩式子，用數(shù)值解法繪制成圖512；,從圖512可求得不同坡角之下的，;而，三個值代入517式，可求H，也可將517式繪制成圖，直接可取用數(shù)值：,=90度，極限坡高 二、兼有C和時的條分發(fā) 將滑體劃分為垂直分條 1、滑動力矩Md為各分條的重力Wi與重力線對圓心取矩Xi的乘積之和即 i為分條底滑面傾角,2、抗滑力矩Mr為各分條在滑面上所能提供的最大抗剪力Si與滑弧半徑的乘積之和 3、滑體的穩(wěn)定系數(shù)Fs,第六章滑坡防治 引言：防治滑坡工作特點(diǎn) 1、提高邊幫角，減小剝采比，獲較大的經(jīng)濟(jì)效益。 2、允許有一

27、定的邊坡破壞概率。 3、實(shí)踐證明，加大邊坡角有最優(yōu)區(qū)間，并非邊幫角越大越好，應(yīng)考慮綜合效率（如運(yùn)輸費(fèi)用）。 4、在生產(chǎn)過程中特別注意邊坡巖體動態(tài)監(jiān)測，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)調(diào)查以及穩(wěn)定分析工作，如發(fā)現(xiàn)滑坡征兆，及時防治滑坡，以免造成損失。 6.1滑坡防治方法類型及程序 一、滑坡防治方法類型 方法： 1、削坡，壓坡腳；削坡降低下滑力，提高Fs，壓坡腳阻止滑體下滑，內(nèi)排即為例證 2、增大或維持邊坡巖體強(qiáng)度 3、人工建造支擋物（人工加固）,二、滑坡防治工作的一般程序 1、進(jìn)行有關(guān)滑坡原因的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)的勘探工作 2、截集并排出流入滑坡區(qū)的地表水 3、疏干滑坡區(qū)域附近的地下水，或降低地下水位 4、削

28、坡減載，反壓坡腳或清除滑體，爆破減震等 5、采用人工支擋物或其他預(yù)防措施,6.2大型預(yù)應(yīng)力錨桿（索） 一、概述 1、采用大型預(yù)應(yīng)力錨桿（索），增大幫坡角1015度 2、安裝深度可達(dá)80m 3、預(yù)應(yīng)力可達(dá)到幾百噸 4、錨桿加固系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（如圖63） 錨頭 錨桿 水平橫梁 錨固段 金屬網(wǎng) 二、錨桿（索）加固邊坡的工作原理 1、固結(jié)錨固段（或越過滑面），利用分隔圈使鋼筋混凝土固結(jié)牢固 2、施加預(yù)應(yīng)力,3、擰緊錨頭，形成錨桿（索）為中心的密合整體 4、再若干錨桿（索）的聯(lián)合作用下，形成一個均勻的壓密帶，提高巖體強(qiáng)度 5、滑面處增加摩擦力，提高邊坡巖體的穩(wěn)定性 6、未壓密的部分巖體，由水平橫梁，金屬網(wǎng)支護(hù)

29、，防止金屬網(wǎng)銹蝕，用瀝青或水泥漿噴護(hù),7、錨桿疏密程度的形成連續(xù)壓密帶即可（窄壓密帶） 三、錨桿（索）設(shè)計(jì) 1、錨桿（索）錨固力的確定 滑體受到滑體重力W、錨固力P兩個力的作用：,2、最佳安裝角的確定（ ） 最佳“ ”應(yīng)為所需錨固力最小 即：61式中，分母最大即為P最小 即：,所以： 一般 =510度 向水平方向下方傾斜510度 3、錨桿（索）承載力計(jì)算 錨桿（索）承載力一定要大于錨固力 錨桿（索）才可能不被拉斷,P (KN) Q:錨桿承載力，KN; D: 錨桿（索）的直徑； ：錨桿（索）材料的抗拉強(qiáng)度，KN/cm2； P：錨桿（索）的錨固力，KN； 4、錨固長的確定 要實(shí)現(xiàn)錨固力，必須足夠的

30、錨固長度 錨固長度的大小與下列因數(shù)有關(guān) 、錨固段砂漿與錨固桿的粘結(jié)強(qiáng)度R1,MPa 光面鋼筋 MPa 螺紋鋼 R為混凝土標(biāo)號，kg/ cm2； 水泥砂漿與孔壁的粘性強(qiáng)度R2，MPa; 錨固段巖體的抗拉強(qiáng)度R3，MPa; 錨固段長度l應(yīng)按R3 R2 R1的原則確定 按R1確定l較為合理 四、錨桿（索）應(yīng)力狀態(tài)的測試,作用：1、檢查錨桿安裝有效性 2、錨桿（索）應(yīng)力變化情況 方法： 1、剛強(qiáng) 2、電阻應(yīng)變片 3、信息平臺隨時查尋應(yīng)力變化情況 五、大型預(yù)應(yīng)力錨桿（索）加固邊坡實(shí)例,6-4疏干排水,引言：水對邊坡影響 使邊坡巖體強(qiáng)度降低 動水壓力 靜水壓力 因此防排水工作非常重要,一、地表排水,1、采

31、場周邊設(shè)截水溝堤壩 2、漲裂隙填堵 裂隙大時先填透水性好的材料先填堵，頂部用隔水性能好的材料密封，防止深部產(chǎn)生靜水壓力。,二、水平鉆孔排水,對降低漲裂隙和潛在滑面附近的水壓很有效 的 施工方法：5%坡度的鉆孔，孔徑5080mm， 水自然流水坡度3 集水管 采場底部積水坑 排除采場外積水池 真空排水 費(fèi)用高一般不采用。圖 6.4.1 使水滲透壓力近似垂直于滑面， 增大了法向壓力， 有利于邊坡穩(wěn)定。,三、垂直排水井（疏干井）,水位降低位置：L=1.35H （一）流程 ：疏干井水 地面溝道 地面儲水池 書中抽入積水坑是錯誤的。 （二）注意事項(xiàng)： 1、切忌水自由排放，要考慮匯水面積范圍和地表水與地下水

32、的水力聯(lián)系。 2、切忌將水排入采場積水坑然后再抽到地面積水池，增加排水費(fèi)用。 3、排水溝網(wǎng)及積水池防滲漏工作要做好 。 （三）優(yōu)點(diǎn): 1、穿孔 2、采裝 3、運(yùn)輸 4、排卸,四、地下疏干巷道排水（簡述）,費(fèi)用高，如有舊井巷道利用可行，排土場基底地下盲溝排水。,6-5 控制爆破,1、微差減震爆破； 2、預(yù)裂爆破； 3、緩沖爆破。,一、預(yù)裂爆破的基本原理,1、預(yù)裂爆破是在邊坡計(jì)劃最終邊坡線上鉆一排傾斜（臺階坡面角）小鉆孔、裝少量藥比主爆孔先起爆50ms。 2、截?cái)嘀鞅频臎_擊波，減少邊坡的破壞作用，提高邊坡穩(wěn)定性（光面爆破）。 3、無需超鉆，齊發(fā)爆破,二、預(yù)裂爆破參數(shù),1、孔徑和孔距 孔徑5012

33、7mm，孔距是孔徑的1020倍 2、裝藥量 采用不偶合裝藥（徑向或軸向）； 一般不充填； 藥量經(jīng)驗(yàn)法。,66 抗滑擋垟,一、概述,1、依靠自力重量抵抗滑坡推力的； 2、對于滑面不深的小型滑坡面用，同時也是防治大型滑坡的綜合措施之一； 3、就地取材，施工方便； 4、擋垟設(shè)置在推力小的部位； 5、保證滑體不越過垟頂?shù)幕?，同時不能產(chǎn)生擋垟下部產(chǎn)生新的滑面。,二、抗滑擋垟?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算,現(xiàn)以平底擋垟為例，要進(jìn)行擋垟?shù)目够箖A覆穩(wěn)定驗(yàn)算： 1、抗滑驗(yàn)算 KC= 當(dāng)KC1時，擋垟不會因滑坡推動力產(chǎn)生水 平滑動。,二、抗滑擋垟?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算,2、擋垟傾覆穩(wěn)定演算 K0= = 當(dāng)K01時，擋垟不會因推力作用而傾斜。

34、,67 改變滑帶土巖性質(zhì),通過各種措施提高滑帶在弱面的土巖強(qiáng)度，即增加土巖的凝聚力C、內(nèi)摩擦角值。,一、松動爆破滑面,（一）原理：在滑動面附近進(jìn)行松動爆破，破壞滑面的連續(xù)性，使得滑帶的土巖值提高。 1、土巖經(jīng)松動爆破后破碎塊之間的內(nèi)摩擦角增大。 2、改善滑帶附近的水文地址條件，有利于穩(wěn)定。 （二）實(shí)例：阜新海州露天礦爆破東北環(huán)滑坡，以松動爆破滑面獲得良好防治效果，主要依據(jù)： 1、7#弱層從1931； 2、透水性條件改善； 3、滑體五個臺階均已到界，臺階上削坡不合理； 4、滑體已處于緩慢移動階段，人工加固難以實(shí)施，爆破后趨于穩(wěn)定。,二、注漿法,68 礦山工程法,指采用礦山工程措施或制定并執(zhí)行 正

35、確的剝離采礦程序維護(hù)邊坡的穩(wěn)定性。 1、清幫減重法； 2、減重壓坡腳法； 3、改變合理的開拓運(yùn)輸系統(tǒng)； 4、合理安排開采程序； 5、采用汽車運(yùn)輸工藝。,第七章 邊坡監(jiān)測,一、引言：,（一）基本概念種類 1、露天礦邊坡監(jiān)測工作:是指用儀器或裝置，探測邊坡巖體的移動規(guī)律或穩(wěn)定狀況，目的是提供邊坡穩(wěn)定性分析用的基礎(chǔ)資料、預(yù)報(bào)滑坡。 2、種類： 1大面積邊坡移動的觀測； 2邊坡表面或鉆孔內(nèi)局部巖體移動的觀測； 3地音監(jiān)測。,二、邊坡監(jiān)測特點(diǎn),1、經(jīng)常觀察巡視邊坡及時發(fā)現(xiàn)邊坡滑坡跡象； 2、對重要建筑物及早采用監(jiān)測措施； 3、讀數(shù)及記錄要仔細(xì)認(rèn)真分析； 4、雨季及融凍期應(yīng)加強(qiáng)觀測，認(rèn)真記錄相關(guān)數(shù)據(jù)； 5

36、、長期性的工作（從設(shè)計(jì)到露天礦壽命結(jié)束）。,71大面積邊坡巖體移動觀測,一、觀測原則： 1、是指在邊坡上設(shè)置觀測點(diǎn)，觀測線用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、鋼尺等測量巖體移動，原則是觀察方法、觀測精度均應(yīng)符合測量規(guī)程要求。精度1/5000 2、觀測點(diǎn)設(shè)置要求：觀點(diǎn)上部應(yīng)有清楚的中心，以保證 精確測量； 3、設(shè)置位置應(yīng)便于觀測； 保證樁柱巖體牢固結(jié)合，是觀測點(diǎn)能真實(shí)反映巖 體的移動； 4、觀測點(diǎn)與露天礦的三角測量網(wǎng)建立聯(lián)系，確定基坐標(biāo)。,二、觀測資料的圖示,1、滑坡平面圖 內(nèi)容：1邊坡平面形狀； 2滑體范圍； 3地貌； 4測點(diǎn)； 5標(biāo)高。 2、滑坡區(qū)斷面圖（如圖72） 1滑坡前后邊坡外形； 2滑動面位置； 3露

37、頭； 4測點(diǎn)標(biāo)高； 5巖層； 6構(gòu)造。,二、觀測資料的圖示,3、觀測點(diǎn)位移時間關(guān)系曲線圖 4、觀測點(diǎn)移動向量圖,三、觀測資料分析,（一）分析滑動面的形狀及位置；（15） （二）分析滑坡原因； （三）預(yù)報(bào)滑坡。,72 邊坡表面測量巖體移動的裝置,一、簡易裝置 1、裂隙上涂石膏漿或水泥砂漿，觀察裂隙發(fā)展情況。 2、淺孔埋入鋼樁，測量位移。 二、錮鋼尺伸長計(jì)； 三、錮桿伸長計(jì)裝置； 四、多點(diǎn)邊坡位移自動記錄儀； 五、滑動觸點(diǎn)裝置。,73鉆孔內(nèi)測量巖體移動的裝置,一、鋼絲或多點(diǎn)不變拉力鉆孔伸長裝置； 二、桿式鉆孔伸長計(jì)裝置； 三、倒置擺； 四、鉆孔內(nèi)探測滑動面的裝置與儀器； 五、鉆孔傾斜儀。,74 微震監(jiān)測,巖石在高應(yīng)力作用下會發(fā)生噪音，設(shè)備包括地音