井采扰动对露天矿边坡稳定性的影响研究.pdf

国内图书分类号 国际图书分类号 T D 8 2 4 硕士学位论文 井采扰动对露天矿边坡稳定性的影响研究 国家自然科学基金项目 4 1 4 0 2 2 7 5 山东省科技发展计划 2 0 13 G S F l2 0 0 3 高等学校博士学科点专项基金 2 0 1 1 3 7 2 1 1 1 0 0 0 1 硕士研究生塞往洼 导师姓名王坦壹熬授 申请学位级别王堂亟 学科、专业岩工猩 所在单位本工猩堂陵 答辩日期2 Q 墨堡32 县 学位授予单位壹岛堡王太堂 万方数据 C l a s s i f i e dI n d e x ．T D 8 2 4 U ．D ．C D i s s e r t a t i o nf o rt h eM a s t e rD e g r e ei nE n g i n e e r i n g S T U D YO NI N F L U E N CEo F U N D E R G R o U N DM I N I N GD I S T U R A N C E O NO P E NP I TS L O P ES T A B I L I T Y P r o j e c to fN a t i o n a lS c i e n c eF o u n d a t i o no fC h i n a D e v e l o p m e n tP l a no fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yo fS h a n d o n gP r o v i n c e S p e c i a lF u n do fD o c t o r a lD i s c i p l i n eo fC o l l e g e sa n dU n i v e r s i t i e s C a n d i d a t e S u p e r v i s o r S o n gW e i t a o P r o f e s s o r W a n gX u c h u n A c a d e m i cD e g r e e A p p l i e df o r M a s t e ro fE n g i n e e r i n g S p e c i a l t y G e o t e c h n i c a lE n g i n e e r i n g D a t eo fO r a lE x a m i n a t i o n D e c e m b e r2 015 U n i v e r s i t y Q i n g d a oU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y 万方数据 硕士学位论文 井采扰动对露天矿边坡稳定性的影响研究 指导教师签字 多玎 答辩委员会成员签字2 塑魄 握坞 幽鲢 堕望 髯“纽 万方数据 青岛理工大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得青岛理工大学或其它教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的 说明并表示了谢意。 研究生签名盈垡盔 日期兰 篁垒 旦』 目 青岛理工大学学位论文使用授权声明 青岛理工大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、C D M D 和D M D 有权保留本人 所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文 被查阅和借阅，可以公布 包括刊登 论文的全部或部分内容。论文的公布 包括刊登 授权青岛理工大学研究生处办理。 万方数据 一一I I 鱼墼呈些些型型塑圣一 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I I 第1 章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 课题研究背景、目的及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 。1 ．1 研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 ．2 研究目的和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 课题研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．2 ．1 边坡稳定性评价方法的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～3 1 ．2 ．2 露井联采的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．2 ．3 井采下边坡岩移规律及稳定性研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．3 研究内容、方法及创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 1 ．3 ．1 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 ．3 ．2 创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 1 ．4 研究技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 第2 章边坡工程地质背景及影响因素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 - 1 自然地理概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 ．1 地形地貌⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．1 ．2 水系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．1 ．3 气象⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．1 ．4 地震烈度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10 2 ．2 矿区地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．10 2 ．2 _ 1 地质特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10 2 ．2 ．2 地质构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．2 ．3 水文地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 2 ．3 边坡工程概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．12 2 ．3 。1 井田位置及交通⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 2 2 ．3 ．2 边坡工程概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13 2 ．3 ．3 边坡存在问题分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 4 2 ．4 边坡稳定性影响因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．4 ．1 边坡自身因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．4 ．2 自然因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．4 ．3 人工因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19 万方数据 一． 青岛理工大学工学硕士学位论文 2 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 第3 章井采扰动对边坡稳定性的影响机理研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 3 ．1 露井联采的类型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 3 ．2 井采扰动对边坡稳定性影响机制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 3 - 2 ．1 地下开采对采空区覆岩内部应力的影响分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 3 3 ．2 ．2 地下开采对覆岩形态的影响分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 3 ．2 ．3 采空区上覆岩层移动机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 3 ．2 ．4 地下开采对边坡岩体强度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．3 井采下边坡地表移动规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．4 ．井采下边坡滑坡机制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．4 ．1 边坡破坏的基本模式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．4 。2 地下采动诱发近水平煤层滑坡的特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．4 ．3 地表形态、裂缝及水文地质对边坡的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 3 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 第4 章边坡稳定性计算方法与模型的选取及失稳判据分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 1 4 ．1A b a q u s 简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 4 ．1 ．2A B A Q U S 模块和分析步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 1 4 ．1 ．3A B A Q U S 在岩土工程中的适用性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 ．2 本构模型的选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 ．2 ．1 线弹性模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 4 4 ．2 ．2M o h r - C o u l o m b 摩尔库伦 模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 5 4 ．2 ．3 扩展的D r u c k e r - P r a g e r 模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 4 ．2 ．4 修正剑桥模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 4 ．2 ．5 本构模型的选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 4 ．3 强度折减法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 0 4 ．4 边坡失稳判据的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 4 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 第5 章井采扰动下边坡稳定性评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 5 5 ．1 边坡岩土体物理力学参数的选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 5 5 ．2 边坡数值模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 5 ，3 井工开采前后边坡稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 5 ．3 ．1 井工开采前边坡稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 5 ．3 ．2 斜煤回采后边坡稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 5 ．3 ．3 井采前后边坡稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 3 5 ．4 井工采空区位置对边坡稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 5 ．4 ．1 采空区方位变化对地表沉陷的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 5 万方数据 青岛理工大学工学硕士掌位论又 5 ．4 ．2 采空区方位变化对坡表水平位移的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 5 ．4 ．3 采空区方位变化对安全系数的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 5 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 第六章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 9 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 9 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 0 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 攻读硕士学位期间所发表的学术论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 攻读硕士学位期间参加的课题项目⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．‘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 7 万方数据 青岛理工大学工学硕士学位论文 I V 万方数据 摘要 露天开采煤矿过程中，形成的高大边坡下部积压着大量的煤炭资源，为提高煤炭 的回收率，提高矿山的经济效益，许多矿山企业采取井工的方式回采煤炭资源。然 而，边坡下部井采对边坡稳定性影响极大且机理复杂，与一般的边坡滑移和单一井工 引起的地表沉陷不同，井采边坡的稳定性研究需综合考虑边坡滑移、边坡岩移，以及 地表沉陷等因素的影响。因此，本文综合运用边坡工程学和开采沉陷学理论开展了井 采边坡的岩移机制分析，同时，选取井东煤业广场西北帮边坡为工程实例，借助数值 模拟分析了该边坡下部井采前后的稳定性状况，归纳其失稳破坏规律。 [ 1 】针对井东煤业广场西北帮边坡，结合边坡地质资料和工程背景，分析了边坡工 程的滑坡现状；从边坡自身因素、自然因素和人工因素三个方面分别分析了不同因素 对露天矿边坡稳定性的影响，其中自然因素和人工因素是外因，岩体自身因素是内 因，内外因不是独立起作用的，是共同作用的。 [ 2 】综合运用边坡工程学和开采沉陷学的理论知识，研究下部井采对边坡稳定性的 影响机理。机理如下井工开采对边坡稳定性的影响，主要体现在采空区和爆破振动 对边坡稳定性的影响。爆破振动对边坡的作用表现为促进裂缝的开展，使裂缝变宽、 变密，影响地下井采的整个过程。采空区的存在，首先使覆岩应力释放，岩层应力重 分布，由此引起覆岩冒落破坏，引起上部岩层的变形移动，随着井工工作面的推进， 采空区增大，井采影响范围也变大，作用在地表表现为地表沉陷，作用在坡表表现为 指向采空区的移动和指向临空侧的移动。另外，岩土层的变形破坏使边坡体内部产生 裂缝，使岩土体强度降低，在降雨、地震等外因作用下，容易引起边坡滑移。 【3 】借助功能强大、操作简便的大型有限元软件A B A Q U S 开展了井采前后边坡稳 定性研究。比较分析几种经典的本构模型，考虑到岩土体复杂的应力应变关系，选取 M o h r - C o u l o m b 本构模型。详细阐述了强度折减法的原理，并分析了学者们提出的三种 判别准则，它们有各自的适用性，考虑到边坡工程的实际情况，决定采用以塑性区贯 通为特征，以特征区位移拐点为依据求安全系数。 [ 4 】实地考察研究区边坡，通过现场取样和室内试验的方法，确定岩土体的物理力 学参数。运用数值模拟的方法，研究边坡在井采前的稳定性，得到边坡在开采前的安 全系数为2 ．7 1 ，处于稳定状态。然后，模拟井采后边坡的稳定性，得到井采后边坡岩 万方数据 青岛理工大学工学硕士学位论文 土体变形场和应力场，并用井采对边坡稳定性影响机理解释了变化的原因，井采后， 边坡安全系数大大降低。 [ 5 】运用A B A Q U S 软件，研究了不同位置的采空区对边坡稳定性的影响。通过不 同工况之间的比较，得出如下结论采空区与边坡坡面的相对位置对边坡稳定性有很 大影响；采空区距离坡表很近时，坡体内部靠近采空区端部产生剪应力集中区，坡体 同时有指向临空侧的水平移动和向下方采空区移动的变形趋势；随着采空区与坡面距 离的增加，坡表受采空区影响减小，边坡竖向位移以指向采空区的沉陷为主；采空区 距离边坡坡面越近，安全系数越小。 关键词边坡稳定性；露天矿边坡；井采扰动；采空区；强度折减法 万方数据 A b s t r a c t I nt h ep r o c e s so fs u r f a c ec o a lm i n i n g , l a r g ea m o u n t so fc o a lr e s o u r c e sa r ep r e s s e d b e n e a t ht h eh i g hs l o p ec a u s e db yo p e np i tm i n i n g ．M a n ym i n ee n t e r p r i s e sr e c o v e rc o a l r e s o u r c e su s i n gu n d e r g r o u n dm i n i n gm e t h o di no r d e rt oi m p r o v et h ec o a lr e c o v e r ya n dm i n e ’S e c o n o m i cb e n e f i t s ．H o w e v e r , u n d e r g r o u n dm i n i n gb e n e a t ht h es l o p eh a sg r e a ti n f l u e n c eo n s l o p es t a b i l i t ya n di th a sc o m p l i c a t e dm e c h a n i s mw h i c h i sd i f f e r e n tf r o mn o r m a ls l o p es l i d i n g a n ds u r f a c es u b s i d e n c ec a u s e db ys i n g l eu n d e r g r o u n dm i n i n g ．R e s e a r c ho ns l o p es t a b i l i t y u n d e ru n d e r g r o u n dm i n i n gs h o u l dc o n s i d e ri n f l u e n c eo fm a n yf a c t o r s ，s u c ha ss l o p es l i d i n g ， s l o p er o c km o v e m e n ta n ds u r f a c es u b s i d e n c e ．T h e r e f o r e ，t h i sp a p e ra n a l y z et h es l o p er o c k m o v e m e n tm e c h a n i s mc o m b i n e ds l o p ee n g i n e e r i n gw i t hm i n i n gs u b s i d e n c e ．M e a n w h i l e ，t h e n o r t h w e s ts l o p eo fJ i n g d o n gi n d u s t r i a ls q u a r ei sc h o s e na sp r o j e c te x a m p l e s ，s l o p es t a b i l i t y c o n d i t i o n sb e f o r ea n da f t e ru n d e r g r o u n dm i n i n ga r ea n a l y z e d ，a n dt h el a wo fs l o p eu n s t a b l e f a i l u r ei sg e n e r a l i z e d ． [ 1 ] T a k et h en o r t h w e s ts l o p eo fJ i n g d o n gi n d u s t r i a ls q u a r ea sr e s e a r c ho b j e c t ，t h e l a n d s l i d es i t u a t i o no fs l o p ee n g i n e e r i n gi sa n a l y z e dc o n s i d e r i n gs l o p e ’Sg e o l o g i c a ld a t aa n d e n g i n e e r i n gb a c k g r o u n d ．E f f e c to fd i f f e r e n tf a c t o r so nt h eo p e np i ts l o p es t a b i l i t ya r ea n a l y z e d f r o mt h r e ea s p e c t s ，i n c l u d i n gs l o p ef a c t o r s ，n a t u r a lf a c t o r sa n dh u m a nf a c t o r , i nw h i c hn a t u r a l f a c t o r sa n dh u m a nf a c t o ra r ee x t e r n a lc a u s ea n ds l o p ef a c t o ri si n t e r n a lc a u s e ．A tt h es a m e t i m e ，i n t e r n a la n de x t e m a lf a c t o r sp l a yr o l e sn o ta l o n eb u tc o m b i n e d ． [ 2 ] I n f l u e n c i n gm e c h a n i s mo fs l o p es t a b i l i t yu n d e ru n d e r g r o u n dm i n i n gc o n d i t i o n si s s t u d i e dc o m b i n i n gs l o p ee n g i n e e r i n gw i t hm i n i n gs u b s i d e n c e ．T h em e c h a n i s mi sa sf o l l o w s t h ee f f e c to fu n d e r g r o u n dm i n i n go ns l o p es t a b i l i t ym a n i f e s ta st h ei n f l u e n c eo fg o a fa n d b l a s t i n gv i b r a t i o no ns l o p es t a b i l i t y ．T h ef u n c t i o no fb l a s t i n gv i b r a t i o ni se x p r e s s e dt h a ti t c o n t r i b u t et ot h ed e v e l o po ff r a c t u r ea n dm a k ef r a c t u r em o r ew i d ea n df i s s u r e ，a n di ta c t sa l l O V e rt h eu n d e r g r o u n dm i n i n gp r o c e s s ．S t r e s so fo v e r l y i n gr o c kr e l e a s e sa n dr o c ks t r e s s r e d i s t r i b u t e s ，w h i c hm a k eo v e r l y i n gr o c kc a v ea n dr o c km a s sd e f o r ma n dm o v e ．W i t h u n d e r g r o u n dm i n i n ga d v a n c i n g ，g o a fb e c o m e sb i g g e ra n d t h e i n f l u e n c i n gr a n g eo f u n d e r g r o u n dm i n i n gb e c o m e sb i g g e r , a l s o ．I tm a n i f e s ta ss u r f a c es u b s i d e n c ew h e na c t i n go n g r o u n ds u r f a c e ，a n dm a n i f e s ta st h em o v e m e n tt o w a r d sg o a fa n df r e ef a c ew h e na c t i n go n s l o p es u r f a c e ．I na d d i t i o n ，d e f o r m a t i o na n df a i l u r eo fs l o p er o c kl a y e ri n d u c e sc r a c k si n s i d e t h es l o p e ，w h i c hm a k er o c km a s ss t r e n g t hr e d u c e d ．I ti n d u c e ss l o p es l i d i n gu n d e rt h ef u n c t i o n o fe x t e r n a lf a c t o r s ，s u c ha sr a i n f a l la n de a r t h q u a k e ． I I I 万方数据 青岛理工大学工学硕士学位论文 [ 3 】W i t ht h eh e l po ft h ef i n i t ee l e m e n ts o f t w a r eA B A Q U Sw h i c hi sp o w e r f u la n de a s yt o o p e r a t e ，s l o p es t a b i l i t yb e f o r ea n da f t e ru n d e r g r o u n dm i n i n gi ss t u d i e d ．A f t e rc o m p a r i n gs o m e d i f f e r e n tc l a s s i c a lc o n s t i t u t i v em o d e l ，m o h r - c o u l o m bc o n s t i t u t i v em o d e li sc h o s e nc o n s i d e r i n g c o m p l i c a t e ds t r e s s - s t r a i nr e l a t i o n s h i po fr o c km a s s ．M e a n w h i l e ，t h ep r i n c i p l eo fs t r e n g t h r e d u c t i o ni se l a b o r a t e di nd e t a i l ，a n dt h r e ek i n d so fc r i t e r i o na r ea n a l y z e d ．T h e yh a v et h e i r o w na d a p t a b i l i t y , c h o o s i n gt h ee n t i r e l yr u n - t h r o u g ho fp l a s t i cz o n ea sc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h e d i s p l a c e m e n to fc h a r a c t e r i s t i cp o i n t sa sc r i t e r i o na f t e rt a k i n gs l o p e ’Sa c t u a ls i t u a t i o ni n t o a c c o u n t ． [ 4 】T h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp a r a m e t e r so f r o c ka n ds o i lm a s sa r ed e t e r m i n e du s i n g s i t es a m p l i n ga n dl a b o r a t o r yt e s t i n g 。A n dt h e n ，s l o p es t a b i l i t yb e f o r eu n d e r g r o u n dm i n i n gi s s t u d i e du s i n gn u m e r i c a ls i m u l a t i o nm e t h o d ，a n dt h es a f e t yf a c t o ri s2 ．7 1 ，w h i c hi n d i c a t et h a t t h es l o p ei ss a f e ．T h e n ，s l o p es t a b i l i t ya f t e ru n d e r g r o u n dm i n i n gi ss t u d i e d ，a n ds l o p em a s s ’S d e f o r m a t i o na n ds t r e s sf i e l di sg o t t e n ，a n dt h er e a s o no ft h ec h a n g ei se x p l a i n e du s i n gt h e m e c h a n i s mo fi n f l u e n c eo fu n d e r g r o u n dm i n i n gt os l o p es t a b i l i t y ．T h es a f e t yf a c t o rb e c o m e s s m a l la f t e ru n d e r g r o u n dm i n i n g ． 【5 ] I n f l u e n c eo fg o a fi nd i f f e r e n tp l a c e o ns l o p es t a b i l i t yi ss t u d i e du s i n gs o f t w a r e A B A Q U S ，t h r o u g hc o m p a r i s o nb e t w e e nd i f f e r e n tc o n d i t i o n s ，c o n c l u s i o n sa lea s f o l l o w s f i r s t l y ，t h er e l a t i v ep e t i t i o no fs l o p es u r f a c ea n dg o a l h a sg r e a ti n f l u e n c eo ns l o p es t a b i l i t y ． S e c o n d l y ，t h e r ea l es h e a rs t r e s sc o n c e n t r a t i o n a r e a sn e a r b yt h ee n d so fg o a fi n s i d et h es l o p e a n dt h e r ea r em o v e m e n tt o w a r d sg o a fa n ds l o p ef r e ef a c e ，w h e nt h eg o a fi sc l o s et os l o p e s u r f a c e ．T h ei n f l u e n c eo fg o a lo ns l o p es u r f a c er e d u c e sa n ds l o p e ’Sv e r t i c a ld i s p l a c e m e n ti s s u b s i d e n c et o w a r d sg o a f m a i n l y ．L a s t l y ，m o r ec l o s et h eg o a f t os l o p es u r f a c e ，t h es a f e t yf a c t o r i ss m a l l e r K e yw o r d s S l o p es t a b i l i t y ；O p e np i ts l o p e ；U n d e r g r o u n dm i n i n gd i s t u r b a n c e ；G o a l ； S t r e n g t hr e d u c t i o nm e t h o d 万方数据 第1 章绪论 1 ．1 课题研究背景、目的及意义 1 ．1 ．1 研究背景 煤炭是三大能源之一【1 1 ，在我国，煤炭资源的地位更加突出，我国以煤炭为主要能 源，长期以来，煤炭占我国一次能源生产与消费总量的7 0 ％左右【2 】，如表1 ．1 所示。如 在2 0 1 3 年，原煤产量达3 6 ．8 亿吨，占我国一次能源生产总量的7 5 ．7 ％左右【3 1 。我国多 煤、少油气的资源赋存情况，决定了煤炭在国内能源结构中占据主要地位，并且在未 来几十年煤炭仍将作为我国不可替代的能源基础。因此，确保煤炭资源的安全供给显 得尤为重要。 表1 - 1 我国能源结构 能源生产总值占能源生产总值的比例 ％ 年份 原煤原油天然气水电、核电 万t 煤标准 2 0 0 7 2 4 7 2 7 9 7 7 ．71 0 ．83 ．77 ．8 2 0 0 82 6 0 5 5 27 6 ．81 0 ．54 ．18 ．6 2 0 0 92 7 4 6 1 97 7 ．39 ．94 ．18 ．7 2 0 1 02 9 6 9 1 67 6 ．59 ．84 ．39 ．4 2 0 1 1 3 1 7 9 8 77 7 ．89 ．14 ．38 ．8 2 0 1 23 3 1 8 4 87 6 ．58 ．94 ．3 1 0 ．3 2 0 1 3 3 4 0 0 0 07 5 ．68 ．94 ．61 0 ．9 煤炭资源的开采方式可以分为露天开采、井工开采和露天．井工联合开采。由于 露天开采具有安全条件好、开采速度快、回采率高、成本低【4 5 】等优点，在我国煤炭生 产中广泛应用。如安家岭露天矿、抚顺西露天煤矿等，都是应用露天开采的大型煤 矿。然而，随着露天开挖深度的增加，剥采比将会提高很多，生产成本亦会提高。为 实现资源优化配置，国内的许多大型露天矿将开采方式从单一的露天开采，转向露天． 井工联合开采模式。此模式下，可以同时利用露天开采和井工开采两者的优点，降低 生产成本，适应国家煤炭资源需求。 同时，露天开采形成的矿井周围是越来越高大的边坡，而边坡下部积压着大量的 煤炭资源，提高边坡下压煤炭的回采率显得十分重要。然而，我国煤炭资源回采率却 万方数据 一 青岛理工大学工学硕士学位论文 很低，有毡_ t g N 甚至存在“采一半、丢一半”的现象【6 1 。有数据显示，新中国成立至 2 0 0 4 年以来，我国累计产煤约3 7 0 亿吨，煤炭资源浪费则超过1 0 0 0 亿吨- 2 0 0 0 亿吨。 按照3 0 ％N 平均回采率【7 】计算，至少扔掉7 0 0 亿吨。为减少煤炭资源的浪费，许多矿山 企业运用露井联采的模式开采煤，即前期进行露天开采，后期井工回采边坡下压煤炭 资源。 煤炭资源开采为人类带来巨大财富的同时，也带来了许多的滑坡等灾害问题。随 着露天开采深度的增加，矿区周围边坡越来越高，滑坡等灾害给矿山企业及社会带来 了沉重的负担。如抚顺西露天煤矿，从投产以来发生过大小不等的滑坡9 0 多次，累计 滑坡体积约4 ．5 千万立方米，严重威胁到矿区的生产和周边人民群众的安全阜新海州 露天矿自投产以来，共发生地质灾害达7 0 余次【8 1 ，给煤矿生产带来了严重的损失；小 龙潭露天矿从