金堆城露天矿北帮旋转变形体的三维数值模拟

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坡体平面旋转运动是近十几年才被发现的一种新的边坡变形方式,其基本特点是边坡沿着某个空间平面发生旋转,坡体内各个部分运动方向均不相同,其稳定性研究更加侧重于横向稳定性而并非传统边坡的纵向稳定性。本文研究对象的变形方式与平面旋转运动就有一定的相似之处。陕西华县金堆城露天钼矿位于陕西省华县境内,是我国目前最大的露天开采钼矿,经历五十余年的开采目前已经形成了数百米的高边坡,露天矿北帮受燕门凹断裂带的影响,边坡问题尤为突出。本文以金堆城露天采矿场北帮观礼台变形体为研究对象,其主要特点:岩性以断层角砾岩和安山玢岩为主,整体为一系列外倾结构面所分割,外倾结构面倾角与坡面整体坡角大致相同,但变形体整体尚未从该外倾结构面剪出,西侧以断层为界,变形体东侧局部形成拉张破坏;顶部存在着整体下错变形,西侧变形较快,已经形成数条裂缝。通过对其基本形态及变形特征综合分析确定该变形体变形方式为一旋转变形方式。本文以野外调查的变形体基本资料为基础,并进行适当简化,最终建立变形体的地质模型,并采用赤平投影和三维有限元模拟变形体变形破坏特征,结果如下:①通过赤平投影分析可知:对单台阶坡面而言,边坡处于不稳定的状态;对整体坡面而言,边坡处于稳定状态。②通过有限元分析可知:该变形体整体的变形方式主要是以重力作用下的竖直运动和水平面上的左旋运动两种变形相结合的变形模式;塑性应变区首先会在变形体东侧界线处贯通,显示该处首先发生破坏,其次随着折减系数的增大坡脚处塑性应变在不断扩展,最终贯通;继续开挖导致的压碎岩带出露于坡脚与爆破振动作用对变形体的变形和稳定性会产生很大的影响。通过对数值模拟计算结果的分析和对比,首先弄清楚了边坡变形机理,其次研究了开挖及爆破等因素对变形体稳定性的影响程度,最后考虑到上述因素对边坡稳定性的影响程度提出相关建议。
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