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基于位移反分析法的深凹边坡形状力学优化研究

作　者: 任高峰
导　师: 张世雄；张建华
学　校: 武汉理工大学
专　业: 采矿工程
关键词: 深凹边坡优化研究节理裂隙位移监测反分析有限单元法极限平衡法
分类号: TD804
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 238次
引　用: 6次
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内容摘要

随着越来越多的露天矿山转入深凹露天开采,有利于深凹边坡稳定性的最优边坡力学形状研究越来越受到人们所认识和重视。深凹露天矿岩质边坡稳定性分析是边坡工程中的一项重要工作,为了减少和防止各种深凹露天边坡事故的发生,有必要加强这类边坡稳定性分析方面的研究工作。本文以《金堆城凹陷露天矿边坡形状力学优化研究》项目为依托,对深凹露天矿边坡的空间受力状态进行了分析,对边坡形状进行了优化研究。通过对小北露天坑现场边坡岩体节理裂隙产状的统计分析,初步确定了露天采场构造应力的方向:通过对边坡岩体内部位移监测找出了边坡内部岩体的变形规律;通过对边坡内部岩体声波测试研究探讨了边坡松弛层范围;通过有限元位移反分析研究确定了露天采场构造应力的大小;利用弹性力学方法分析了采场平面形状与水平构造应力之间的关系。在现场试验及室内计算研究的基础上,采用三维有限元数值模拟软件ANSYS 8.1建立了小北露天采场的有限元模型,计算并分析了边坡岩体的应力状态;通过ANSYS 8.1软件的优化模块进行了边坡力学形状优化研究,获得了适合于小北露天下步深凹开采的最佳采场方位及最优边坡形状。本文还对小北露天采场的生产爆破震动测试数据进行了分析,找出了爆破震动沿各帮边坡岩体的传播与衰减规律。利用同济大学启明星软件SLOPE 1.0完成了各帮边坡分别在自然状态下以及爆破载荷作用下的稳定性分析,为露天矿现场生产爆破提供了指导。

全文目录

1 引言  8-14
  1.1 国内外深凹露天边坡研究现状  8-10
  1.2 深凹露天边坡优化设计思想  10-11
  1.3 岩土工程位移反分析研究现状及发展  11-12
  1.4 课题研究的目的和意义  12-14
2 金堆城深凹露天矿工程概况及物理力学性质调查  14-30
  2.1 矿区概述  14-15
  2.2 金堆城露天矿  15-21
    2.2.1 金堆城露天矿简介  15-16
    2.2.2 金堆城露天矿工程地质与水文地质  16-17
    2.3.3 金堆城露天矿开采  17-18
    2.2.4 金堆城露天矿山技术设备  18-19
    2.2.5 金堆城露天矿爆破技术  19-20
    2.2.6 金堆城露天矿排土技术  20
    2.2.7 金堆城露天矿采场防排水  20-21
  2.3 矿区岩体节理裂隙调查  21-27
    2.3.1 金堆城露天矿边坡岩体节理裂隙测量  21-26
    2.3.2 金堆城露天矿边坡岩体节理裂隙产状分析  26-27
  2.4 工程意义  27-29
    2.4.1 节理裂隙与构造应力场方向关系的研究  27-28
    2.4.2 节理裂隙对爆破效果影响的研究  28-29
  2.5 本章小结  29-30
3 金堆城露天矿边坡岩体声波测试研究  30-36
  3.1 声波测试概述  30
  3.2 边坡岩体声波测试  30-32
    3.2.1 边坡岩体声波测试孔的布置原则  30
    3.2.2 边坡岩体声波测试方法及测试设备  30-32
  3.3 金堆城露天矿边坡岩体声波测试结果与分析  32-35
    3.3.1 声波测试孔的布置  32-33
    3.3.2 声波测试结果及分析  33-35
  3.4 本章小结  35-36
4 金堆城露天矿边坡岩体内部位移测试研究  36-46
  4.1 概述  36
  4.2 多点位移计测试工艺  36-37
    4.2.1 测试原理  36-37
    4.2.2 测点安装  37
    4.2.3 数据测读  37
  4.3 金堆城钼矿边坡岩体内部位移多点位移计监测系统  37-45
    4.3.1 监测点的布置  37-44
    4.3.2 监测数据的处理及分析  44-45
  4.4 本章小结  45-46
5 金堆城深凹边坡位移反分析研究  46-58
  5.1 引言  46
  5.2 国内位移反分析研究的进展  46-48
    5.2.1 位移反分析的研究范围  46-47
    5.2.2 位移反分析的研究动态  47-48
    5.2.3 位移反分析的研究存在的问题  48
  5.3 位移反分析研究方法  48-49
  5.4 线弹性位移反分析的基本原理  49-56
    5.4.1 均匀初始应力场的有限元法位移反分析原理  50-53
    5.4.2 岩体弹性模量及初始地应力反演  53
    5.4.3 非均匀地应力场的位移反分析  53-56
  5.5 金堆城钼矿地应力场位移反分析  56-57
  5.6 本章小结  57-58
6 金堆城深凹边坡形状力学优化研究  58-87
  6.1 概述  58-60
  6.2 深凹露天矿平面形状的力学分析  60-63
  6.3 深凹边坡形状力学优化的有限元数值模拟研究  63-85
    6.3.1 计算范围、边界条件和单元类型的选取  63-64
    6.3.2 本文岩体本构模型及单元类型的选择  64-66
    6.3.3 非线性分析方法及部分准则  66-69
    6.3.4 ANSYS优化设计模块  69-70
    6.3.5 露天矿坑边坡形状的三维数值分析  70-76
    6.3.6 金堆城深凹露天边坡形状力学优化研究  76-84
    6.3.7 金堆城深凹露天边坡岩石剥离量对比分析  84-85
  6.4 本章小结  85-87
7 金堆城深凹边坡爆破振动测试及稳定性分析  87-113
  7.1 引言  87
  7.2 爆破地震波概述  87-89
    7.2.1 爆破地震波的形成及特征  87-88
    7.2.2 爆破地震波的基本参数  88
    7.2.3 爆破地震效应  88-89
  7.3 爆破振动测试  89-91
    7.3.1 爆破振动测试的基本原理  89
    7.3.2 测试仪器概述  89-90
    7.3.3 测线布置  90-91
  7.4 金堆城深凹边坡爆破振动测试研究  91-99
    7.4.1 金堆城钼矿爆破基本参数  91
    7.4.2 金堆城钼矿爆破测试数据统计  91-95
    7.4.3 金堆城钼矿爆破振动测试成果分析  95-99
  7.5 金堆城深凹边坡稳定性的对比分析  99-112
    7.5.1 边坡稳定性分析方法  99-100
    7.5.1.1 极限平衡求解方法  100-102
    7.5.1.2 考虑圆弧形破坏的边坡极限平衡求解  102-105
    7.5.2 无爆破载荷作用的边坡稳定性分析  105-108
    7.5.3 爆破载荷作用下的边坡稳定性分析  108-112
  7.6 本章小结  112-113
8 结论与展望  113-116
  8.1 结论  113-114
  8.2 展望  114-116
参考文献  116-120
硕士研究生在学期间公开发表的学术论文  120-121
致谢  121

基于位移反分析法的深凹边坡形状力学优化研究

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