第 1 章 緒論

1.1 文獻(xiàn)綜述
邊坡研究的理論基礎(chǔ)是建立在土力學(xué)和巖石力學(xué)之上的，所以土力學(xué)和巖石力學(xué)的成就與發(fā)展決定了對邊坡研究的完善程度。二次世界大戰(zhàn)前后，邊坡問題的研究尚屬土力學(xué)的研究范疇，邊坡穩(wěn)定性分析方法主要借鑒土力學(xué)的研究成果，F(xiàn)ellenius 的圓弧滑動(dòng)法、Bishop 的條分法、Janbu 的普遍條分法等形成的極限平衡理論，是建立在剛塑性體模型基礎(chǔ)上的破壞理論，是古典土力學(xué)解決土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的核心。在20 世紀(jì) 60 年代初期，隨著大型工程的建設(shè)，所形成的邊坡規(guī)模加大，地質(zhì)條件變得極其復(fù)雜，人們逐漸意識到在邊坡穩(wěn)定性分析中必須將地質(zhì)分析和力學(xué)機(jī)制分析緊密結(jié)合起來，從而形成 60 年代初期的剛體極限平衡法。在這之后，許多學(xué)者圍繞這兩種分析方法做了大量的拓展性研究，并在這個(gè)過程中將邊坡穩(wěn)定性分析從原來的二維發(fā)展到了三維。到了 20 世紀(jì) 90 年代，邊坡問題的研究進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代，我們把它叫做現(xiàn)代邊坡工程學(xué)，該方法研究邊坡問題時(shí)結(jié)合了傳統(tǒng)邊坡地址工程學(xué)、現(xiàn)代數(shù)學(xué)力學(xué)和現(xiàn)代巖土力學(xué)。ATAEI M ，BODAGHABADI S[1]用數(shù)值模擬和極限平衡方法綜合分析了 Chador-Malu 鐵礦的邊坡穩(wěn)定性，他們根據(jù)礦區(qū)的地質(zhì)力學(xué)特征，將其分為六個(gè)區(qū)，根據(jù) Hoek-Brown 破壞準(zhǔn)則，計(jì)算了所有區(qū)域的粘性和摩擦角，用 FLAC 2D 和 Geoslope 等軟件顯示了 Talus和 Albitite 是兩個(gè)主要破壞區(qū)。Wael Alkasawneh[2]等人利用包括極限平衡法在內(nèi)的不同滑動(dòng)面搜索技術(shù)得出了邊坡穩(wěn)定性的安全系數(shù)，通過比較得出，使用蒙特卡羅優(yōu)化技術(shù)，可以使極限平衡法分析邊坡穩(wěn)定性的可靠性大大提高。Paul F.McCombie[3]利用多楔體法分析邊坡穩(wěn)定性，充分考慮到在既不是圓形又不是標(biāo)準(zhǔn)平面上運(yùn)動(dòng)所發(fā)生的扭曲。
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1.2 研究方案

1.2.1 研究目標(biāo)
研山鐵礦東幫第四系表土層厚大，采場東北部第四系沖洪積砂、砂礫卵石層孔隙潛水含水層透水性、富水性極強(qiáng)，新河將作為定水頭補(bǔ)給水源，向采場內(nèi)大量涌水，本文的主要目標(biāo)就是分析采場的水文地質(zhì)條件，分析邊坡性質(zhì)和穩(wěn)定性，及其各種水源給其穩(wěn)定性帶來的威脅，并采用防滲墻進(jìn)行堵水工程，分析其穩(wěn)定性，最終實(shí)現(xiàn)礦山安全高效生產(chǎn)。

1.2.2 研究內(nèi)容
1）對礦區(qū)進(jìn)行工程地質(zhì)、水文地質(zhì)調(diào)研分析，查清地層結(jié)構(gòu)、滲流規(guī)律，通過查看已有資料及進(jìn)行巖石力學(xué)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，補(bǔ)全巖土力學(xué)參數(shù)，確定巖土物理力學(xué)性質(zhì)，為數(shù)值分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2）應(yīng)用數(shù)值模擬等方法對高富水特厚沖基層邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，分采用防滲墻處理前后兩種情況來模擬，之后對比分析模擬結(jié)果。3）邊坡位移監(jiān)測方案的設(shè)計(jì)，對邊坡及其采用防滲墻處理之后的效果進(jìn)行穩(wěn)定性評價(jià)。
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第 2 章 研山鐵礦工程地質(zhì)概況

2.1 工程概況
河北鋼鐵集團(tuán)灤縣研山鐵礦位于河北省灤縣城南 3km，地理坐標(biāo)為東經(jīng)118°45′40″，北緯 39°38′20″~39°39′42″。北距京山鐵路灤縣車站 8km，西距遷（遷灤縣司家營一帶鐵礦開采歷史悠久，早在解放前就已探查出地下賦存鐵礦，但由于司家營一帶大部分地區(qū)屬于灤河的沖積平原，其東部又有灤河橫亙南北，向南流入渤海灣，土層中含有透水性強(qiáng)的沙卵石層，水量豐富；而鐵礦大部分埋藏在當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，并為第四系表土所覆蓋，第四系覆蓋層厚度為 10m~30m，最厚約 65m。采場現(xiàn)狀如圖 3 所示。根據(jù)前期勘察資料，東部第四系地層由上至下為雜填土層、粉質(zhì)粘土、粉砂層、礫石層及基巖層。其中沖洪積砂、砂礫卵石層孔隙潛水含水層透水性，富水性極強(qiáng)，新河將作為定水水頭補(bǔ)給水源，并以東段為涌水通道，向采場內(nèi)大量涌水，根據(jù)《唐鋼灤縣司家營鐵礦二期工程初步設(shè)計(jì)》中礦坑?xùn)|部邊幫涌水量正常為33542m3/d，最大 62994m3/d。礦區(qū)出露地層以前震旦系、震旦系和第四系為主。第四系地層大面積覆蓋，基巖露頭除在礦區(qū)東部和尚山—鐵石山一帶有較連續(xù)的分布外，其它均為零星出露。前震旦系（Ar）地層構(gòu)成本區(qū)古老的結(jié)晶基底，主要由一套變質(zhì)程度較淺、巖性較簡單的變粒巖類、片巖類和石英巖類等組成，混合巖化弱而普遍。該系地層走向近南北，傾向西，傾角 40°~50°。其中單塔子群白廟子組第三段（Arb3）為礦區(qū)主要含鐵巖系。
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2.2 帷幕注漿情況
礦區(qū)東部邊幫巖石主要為太古界變質(zhì)巖系，長城系石英砂巖及少量的含燧石條帶白云巖。第四系以亞砂土為主，其次為坡殘積、沖洪積物。根據(jù)前期資料和施工前所做的 5 個(gè)勘察驗(yàn)證孔的地層埋藏條件、巖性特征和物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，場地地基土劃分為 5 個(gè)工程地質(zhì)層、3 個(gè)高噴處理層。從上至下依次為：①雜填土②粉砂、粉土③卵、礫石④粉質(zhì)粘土⑤卵石⑥含泥卵、礫石⑦基巖，其中②③⑤為高噴主要處理層。司家營礦區(qū)東部、新河沿岸的強(qiáng)透水層滲流現(xiàn)象嚴(yán)重，原來用過帷幕方法但效果不理想，現(xiàn)改為防滲墻處理。防滲墻所采用的材料為塑性混凝土，，建設(shè)規(guī)模如下：防滲墻布置于礦區(qū)東北部、新河沿岸，始、末兩端分別達(dá)到不含卵石層的不透水處，墻頂高于新河最高水位以上不少于 0.5m，即 22.5m；防滲墻基礎(chǔ)坐落在下部的強(qiáng)風(fēng)化基巖上，墻底深入強(qiáng)風(fēng)化基巖不小于 1m，從而形成完整的防滲體系，解決礦區(qū)東幫滲漏嚴(yán)重的問題。防滲墻工程剖面圖如圖 4 所示，平面布置圖如圖 5 所示。
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第 3 章 礦巖力學(xué)參數(shù)確定 ....20
3.1 室內(nèi)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)....20
3.1.1 土力學(xué)實(shí)驗(yàn)......20
3.1.2 巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn) ..........21
3.2 現(xiàn)場巖石力學(xué)測試試驗(yàn).....32
第 4 章 數(shù)值模擬及結(jié)果分析 ........36
4.1 研究方案....36
4.2 計(jì)算模型....36
4.3 選取模型參數(shù)....39
4.4 防滲墻設(shè)計(jì)參數(shù)論證 ........41
4.5 建模過程...........42
4.6 數(shù)值模擬結(jié)果分析....42
4.7 本章小結(jié)...........88
第 5 章 邊坡監(jiān)測方案研究....90

第 5 章 邊坡監(jiān)測方案研究

對于東幫邊坡潛在的弱層進(jìn)行位移監(jiān)測和地下水位也十分必要，建立地下巖移監(jiān)測孔網(wǎng)，專人進(jìn)行監(jiān)測，動(dòng)態(tài)監(jiān)測邊坡穩(wěn)定性，及時(shí)掌控邊坡變形破壞規(guī)律，并使用相關(guān)儀器對礦區(qū)東部的地下水位進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)工作人員發(fā)現(xiàn)礦區(qū)的某一部位變形異常的時(shí)候，應(yīng)該馬上采取相應(yīng)的措施，如提高監(jiān)測的頻率等，并在查出問題之后提出相應(yīng)的治理方案，如有異常立即采取工程措施，避免給礦山帶來更大的損失。

1）位移監(jiān)測
（1）監(jiān)測方法
對邊坡監(jiān)測采用傳統(tǒng)的地面觀測網(wǎng)監(jiān)測方法，在設(shè)置若干個(gè)觀測樁（可以應(yīng)用木樁或者混凝土樁），構(gòu)成若干條觀測線，形成觀測網(wǎng)。監(jiān)測線間距一般 15~30m為宜，由于該礦坑跨度較大，故本次監(jiān)測初步選取 50m 間距，在監(jiān)測過程中根據(jù)實(shí)際情況對移動(dòng)較大區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測線加密；隨著坑內(nèi)集水逐步疏干，分別于每個(gè)邊坡平臺進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)布置。本次共布置監(jiān)測線 22 條，監(jiān)測點(diǎn) 198 個(gè)。全站儀（圖124）是測繪中經(jīng)常使用的儀器，它可以測量水平角、垂直角、距離（斜距、平距）、高差等。全站儀滿足本次的監(jiān)測要求，所以在進(jìn)行邊坡監(jiān)測時(shí)使用該設(shè)備。為了控制各觀測樁在三維空間的位移量和位移方向，可以通過觀測各樁垂直觀測線方向的位移值和各樁的升降值來達(dá)到目的。

結(jié) 論

本文通過對研山鐵礦地質(zhì)情況的現(xiàn)場調(diào)研，并結(jié)合室內(nèi)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，獲取相關(guān)力學(xué)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，對礦區(qū)東幫高富水特厚礫石層進(jìn)行數(shù)值模擬，選取了三條勘探線（N24、N26、N28）的剖面，分別模擬采用防滲墻前后的兩種模型。通過開展以上工作，所獲得的成果如下：
1）現(xiàn)場實(shí)地調(diào)研，取得了研山鐵礦相關(guān)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料，確定了第四系巖土的地質(zhì)特征和基本性質(zhì)。
2）利用巖體幾何參數(shù)三維不接觸測量系統(tǒng)（3GSM）對巖體進(jìn)行了節(jié)理裂隙的分析，確定巖體結(jié)構(gòu)特征。
3）通過開展單軸抗壓實(shí)驗(yàn)、巖石變形實(shí)驗(yàn)、抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)及剪切強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)等室內(nèi)巖石物理力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，測定了巖石密度、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及抗剪強(qiáng)度等物理力學(xué)參數(shù)。
4）運(yùn)用數(shù)值模擬等方法建立高富水特厚沖基層邊坡模型，通過研究其滲流場、位移場、應(yīng)力場等特征及安全系數(shù)計(jì)算，綜合評價(jià)了防滲墻邊坡防滲效果與穩(wěn)定性。
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參考文獻(xiàn)（略）