矿联井口上方边坡加固前后稳定性对比分析

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边坡工程稳定性研究是涉及技术、经济及安全生产等诸多因素的复杂系统工程。煤炭资源在我国能源结构中占据重要地位,为满足煤炭的需求量,露天煤矿开采由浅层开采到深层开采转变,山坡型露天开采到深凹型露天开采,这期间形成的高陡边坡,其稳定性威胁到矿区安全生产和正常生活,所以高陡露天矿边坡的稳定性研究具有十分重要的意义。本文以平朔露天煤矿矿联井口上方边坡为工程研究对象,采用理论分析和数值模拟手段,开展了边坡加固前后的稳定性分析,并提出加固优化措施。(1)结合该露天矿边坡的地质特点和现状,分析研究影响边坡稳定性的因素,主要包括地层岩性、岩土体结构、降雨、风化作用、地震、边坡表面植被、露井开采方式等。从边坡自身因素和外界因素两个方面简要分析了研究区边坡现阶段存在的问题和隐患,为边坡稳定性的进一步分析提供基础。(2)基于极限平衡法分析边坡的稳定性,比较Bishop法、Janbu法、Spencer法三种方法的优缺点。采用SLIDE软件计算边坡安全系数,通过比较分析发现Bishop法比较适合该边坡,所求安全系数小于规范值,表明边坡稳定性较差,安全储备不足。通过分析c、φ值对边坡安全系数的敏感程度,发现泥砂互层敏感性最高,单独对破碎风化带分析后,发现φ的影响程度大于c。(3)边坡加固应用预应力锚索系统,采用不平衡推力法计算边坡滑坡推力,计算得出单根锚索合理的轴力设计值,同时计算锚索截面、锚固段长度、自由段长度,并对锚索倾角进行优化设计,结合规范和工程实际取值。在此基础上借助削坡减载、排水、生态护坡综合防治手段,防止非主导因素引起的边坡破坏。(4)分别借助FLAC3D与极限平衡法开展边坡加固前的稳定性计算,并对二者计算进行了对比,发现两种方法得到的安全系数和危险滑动面基本一致。(5)对预应力锚索加固后的边坡,应用FLAC3D进行分析,边坡水平位移明显减小,几乎为零;计算边坡安全系数,发现高于规范值,说明边坡处于稳定状态,具有较高的安全储备强度。对临界状态的应力,应变分析表明,边坡中部台阶处出现塑性贯通区,故锚索加固位置予以改进处理,以提高边坡的稳定性。(6)通过FLAC3D数值模拟分析锚索不同加固角与边坡安全系数的关系,并作出拟合曲线,确定最合适的锚索加固倾角。
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