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第一章 绪论

§1.1选题背景及研究意义

广东省某锑矿矿山开采有十几年的历史，据统计，我国每年由地质灾害所带来的经济损失平均在200亿～500亿元之间，而这其中由于滑坡所造成的损失达数亿元，严重危害着人民的生命和财产安全。正是由于这些严重客观事实的存在，人类与滑坡灾害作斗争的努力始终没有中断。也正是由于这种不懈的努力，使人们在认识滑坡机理、完善边坡稳定分析的理论和方法、开发滑坡治理技术以及滑坡预报等方面不断取得新的进展。多年的理论研究和生产实践表明，人们对于滑坡灾害认识的不断深化，是建立在工程地质、岩石力学、土力学等一系列科学分支的不断形成、发展和不断完善基础之上的。而滑坡预报和工程治理又是围绕着确保人身安全和经济建设顺利开展这一中心进行的。因此，边坡稳定性研究与岩土工程的发展有着紧密的联系，边坡的稳定性分析具有重要学术价值和工程实用意义。

§1.2边坡稳定性分析与治理研究进展

边坡治理是一项技术复杂、施工困难的灾害防治工程。近年来，随着高速公路建设事业的迅速发展，以及大型重点工程项目的日益增多，边坡治理显得越来越突出[18]。

在20世纪50年代，我国治理边坡主要采用地表排水、清方减载、填土反压、抗滑挡墙及浆砌片(块)石防护处治等措施。但工程实践经验证明，采用地表排水、清方减载、填土反压仅能使边坡暂时处于稳定状态，如果外界条件发生改变，边坡仍然可能失稳[35]。在1981年洪水期间，宝成铁路有10处滑坡是属于曾经整治过但仅采取排水、减载或抗滑挡土墙措施。

20世纪60年代末期，我国在铁路建设中首次采用抗滑桩技术并获得成功。随后在成昆线、湘黔线、宝成线、川黔线等铁路建设中推广应用。抗滑桩技术[43]的诞生，使一些难度较大的边坡工程问题的处理成为现实，由于它具有布置灵活、施工简单、对边坡扰动小，开挖断面小、施工体积少、承载能力大、施工速度快等优点，受到工程师们和施工单位的欢迎，在全国范围内迅速得到推广应用，并从20世纪70年代开始逐步形成以抗滑桩支挡为主、结合清方减载、地表排水的边坡综合治理技术。1975铁道部颁布的《铁路工程技术规范》有关路基章节中对滑坡治理强调一次根治，强调综合整治，重视支挡作用，将地表排水、地下排水、抗滑挡土墙作为主要技术推荐，将抗滑桩作为新技术推荐，强调减载要注意是否会引起后部次生滑坡产生。1985年修订的《路基设计规范》与1978年规范对照，其变化之处强调支挡为主、综合整治，抗滑桩作为一种主要措施被推荐。在20世纪80年代末期，由于锚杆技术理论研究和凿岩机械突破性的发展，我国开始采用锚喷防护技术。锚喷技术的采用对高边坡提供了一种施工快速、简便、安全的处治防护手段，因此很快得到广泛采用。对于排水，人们也有了新的认识，主张以排水为主、结合抗滑桩、预应力锚索支挡综合整治。南昆铁路八渡车站巨型滑坡，采用地面、地下、立体排水、锚索和锚索桩支挡、建立滑坡地质环境保护区的综合治理措施获得成功，并被誉为20世纪90年代治理巨型滑坡的成功典范。

在20世纪90年代，压力注浆加固手段及框架锚固结构越来越多地用于边坡处治，尤其是用于高边坡的处治防护工程中。它是一种边坡的深层加固处治技术，能解决边坡的深层加固及稳定性问题，达到根治边坡的目的，因而是一种极具广泛应用前景的高边坡处治技术。

目前可采用的边坡加固措施很多，有削坡减载技术、排水与截水措施、锚固措施、混凝土抗剪结构措施、支挡措施、压坡措施以及支护框格护坡、护面等，在边坡治理工程中强调多措施综合治理的原则，以加强边坡的稳定性。然而随着工程建设规模的不断增大，边坡高度增高，复杂性增大，对边坡的处治技术要求也越来越高。如采矿边坡可达300-500m，在新西兰己达1000m;举世瞩目的长江三峡工程，其双线连续五级船闸是世界上规模最大的船闸，位于山顶劈岭下切的岩槽中，土石方开挖量达3700万立方米，形成的花岗岩体高边坡高度达170多米，且下部为50m~60m的直立岩墙，在边坡加固中仅锚杆用量就达18万多根。可以预见，随着科学技术的发展，边坡处治技术将得到进一步的发展，并逐步走向完善。

对边坡理论和工程实践的发展。除现有理论的影响外，社会实践给当今边坡科学研究也起到不可估量的作用。边坡稳定性研究方法一般可分为定性分析和定量分析两类。近年来，研究者在这定量和定性分析方法的基础上，引进了一些新的理论、学科，形成一种非确定性分析方法，如模糊分级评判法、可靠性分析法、灰色系统理论分析法、系统工程地质分析法等。此外现场监测分析方法和地质力学模型等物理模型方法也逐渐用于边坡工程中[15]。在边坡稳定性分析和评价方面，虽然评价方法不断地发展和完善，但实际上边坡的失稳都是因部分岩体达到强度极限，不满足边坡的变形要求和强度要求而形成破坏的滑裂面的计算方法。而岩质边坡的破坏除了岩块的张破裂和剪破坏这种材料破坏，此外还主要是沿结构面的张裂与滑动破坏。

目前，对于岩质边坡的失稳机理、稳定性评价和预测方面的研究也很多，也对岩质边坡的失稳做了一定量的物理模型试验及分析，同时也取得了一定的成果，但这些研究一般以定性描述为主，而且对于不同的边坡、不同的地质条件和自然环境下，研究的结果差异也很大。尤其是对于具有软弱结构面的边坡失稳的研究，在一些其他实际工程上不是很实用。在定量分析计算方面，对于具有软弱结构面的滑坡，在分析中往往忽略掉岩体所受的一些较为重要的作用力。随着边坡稳定性理论研究的推进和工程中对其稳定性的重视，边坡现场监测技术方法和监测结果分析等的研究也逐渐重视起来，通过现场监测所获得的应力、位移、位移速度、声发射率、地下水、脉冲频率等有关特征，对岩体边坡稳定性做出客观的评价和预测，为施工的安全保护等提供可靠的信息。由于现场监测结果可靠直观，因而利用边坡的现场监测结果对边坡工程的稳定性分析，已成为目前边坡工程中稳定性评价极其重要的一种方法。由于边坡稳定性分析是一项复杂的工程，因此对边坡稳定评价这种单一方法是不可靠的，依托于现行的计算机技术，逐渐形成一种集成式智能评价的系统，是边坡稳定性分析的一种未来发展趋势。同时由于对边坡工程的分析常依赖于工程经验，故利用边坡工程实例来建立系统，综合多方面因素，多学科融合交叉，研究开发一种基于案例推理的边坡稳定的综合集成式智能评价系统，将是未来的发展方向之一。

§1.3本论文的主要内容与技术路线

本文根据矿体边坡进行了分析，研究了矿体边坡的稳定性，通过ANSYS分析找出问题的原因，并提出一系列的智力对策。第一章主要介绍选题背景及研究意义、国内外金属矿山的地质环境问题研究进展、尾矿边坡稳定性分析与治理研究进展以及主要内容与技术路线;第二章对自然地理与地质环境进行介绍;第三章对矿区边坡稳定性分析，其中包括矿区边坡基本特征、边坡稳定性分析计算以及边坡稳定性的有限元分析等; 第四章主要阐述矿区边坡失稳恢复治理措施分析，包括边坡失稳治理措施概述和矿区边坡失稳治理措施分析等。

本文的技术路线如图1-1所示。

图1-1技术路线图

第二章 自然地理与地质环境

§2.1自然地理

矿区所处的广东省乐昌市处于南岭山脉中段南坡，地势中部和北面较高，向东西两侧递减，山脉总体呈南东走向。全市海拔1000m以上的山峰有144座，其中有著名的大瑶山、九峰山、五指山、狮子山、八宝山等。全市山多而平地少，有碳酸盐岩、碎屑岩、岩浆岩等多种岩层分布，构成岩溶地貌、中山—丘陵等多种地貌单元。

2.1.1地理位置与交通

矿区紧邻乐昌市庆云镇，该镇有三级公路往西南24km至坪石镇，与京珠高速公路、坪乳公路相连，并于坪石镇与京广铁路坪石站相接，可通全国各地，交通较为方便(图2-1)。

本区地貌属低山丘陵区，坡度一般在10～30°。局部侵蚀剥蚀作用强烈，矿区内地形较缓，并呈中间高周围低的蘑菇状，矿区最高海拔高程523.7m。山坡地植被较发育，以松木为主，少量杉木、山竹、杂木及果园。矿区所在的庆云镇总人口1.26万，其中农业人口1.11 万。土地总面积 96 km2，人均拥有耕地1亩，当地居民从事农业为主，主要农用物以稻谷、玉米、红薯为主，次为花生、黄豆、茶叶等。林业有松、杉、竹及杂木等，工业有少量矿山、水电站 。本区经济比较落后。

矿区及其周边有庆云镇及上乐家湾、中乐家湾、红珠坪等村镇，居住人口较多，总人口约1115人，其中庆云镇763人，上乐家湾村100人，中乐家湾村132人、红珠坪村80人、上塘村40人。

图2-1研究区交通位置图

2.1.2气象条件

矿区属亚热带气候区，气候潮湿，雨量充沛，据广东省乐昌市气象台统计资料显示：年降雨量1500mm～1700mm(1988~2010年);最大日降雨量达400mm(2007年7月22日)，雨季主要在4～9月，旱季为11月至翌年2月。该区四季明显，多年年均气温18.6°，昼夜温差较大。多年平均相对湿度80%，蒸发量1211 mm。

区内气象灾害主要有暴雨，极端暴雨日降雨量达400mm，次为干旱、寒潮、阴雨等。如暴雨、干旱造成区内地表、地下水水位升降变化较明显，区内地质环境条件的变化，可引发山体崩塌、滑坡等地质灾害。