安太堡露天矿边坡岩体结构面统计及力学特性分析

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1、第五章安太堡露天矿边坡岩体结构面统计及力学特性分析5.1现场条件简介平朔矿区位于陕两省朔州市境内，安太堡露天矿位于平朔矿区的中南部，处于黄土高原地区，根据矿K地质勘察资料，地表覆盖有厚层第四系黄土，矿K赋存地层主要有排弃物料、第四系黄土、第三系红土和石炭系基岩。北帮边坡体石炭系基岩中看泥岩M、砂岩M和煤M，其中砂岩M岩组以灰白色为主，以灰白色为主，也有灰黄色、棕黄色、棕红色等，主要分布于1200m〜1400m标高。矿物组成主要是石英、岩屑、K:石，石英含量占绝对优势，岩屑与长石的含量在不同的展位互省増减，砂岩以粘质胶结的呈酥粉状或手可粉之，以铁质或硅质胶结的质硬。通过野

2、外爷理裂隙调查，北端边坡岩体节理、裂隙、层理、片理，断续分布，数量较多，且通常闭合无充填。随着采矿规模、强度的不断扩大，地质环境条件的渐变脆弱，环境地质灾害在空问、规模和发生频率上均敁现出一定程度的延续和增强。尤其在矿区北帮边坡曾出现过滑坡现象，经现场勘查，整体上矿区边坡岩体风化严重，岩体支离破碎严重，潜在的地质灾害，将严重威胁着矿山生产及人身安全，并对矿山周边建筑造成严重的影响。5.2现场结构面测试及统计分析根据现场勘察资料，安太堡露天矿北帮边坡砂岩岩组节理裂隙发冇，大多平直光滑，延展性较好，隙宽很小，大多闭合，只是在机械振动或者风化作用下裂隙才张幵，属于硬性结构面，

3、是现场结构面测试得重点区域。测试选取太堡露天矿北帮1330水平作业平台，进行边坡砂岩节理岩体进行结构面测试，如閉5.1所示。利用奥地利3GSM公司生产的ShapeMetriX3D岩体几何参数三维不接触测量系统进行现场结构而测试，然后运用3GSM系统软件识别的岩体出露结构而的空间分布，根据主要结构而的产状信息，对其进行分组，如图5.2所示，同一种颜色表示同一组结构面，即图中的红色组和蓝色组。图5.3为结构而的赤平极投影，图中可以明显看出，图5.3是软件G动生成的第1、2组节理迹线分布。图5.1安太堡露天矿现场节理岩体照片图5.2岩体模型中节理分亦情况N330*Z30*2

4、40,..’120。CwofCoftfid«aeftFig.5.4Distributionmapofjointtrace(b)第二组节理迹线分布210*^z^lSO*图5.3结构面赤平极投影阁5.4节理迹线分布将搜集到的数据进行整理，根据统计学原理分别统计出结构面的倾向、倾角、迹长、间距和断距信息，得到结构而的统计分布规律，统计结果如表5.1所列。表5.1结构面概率模型统计表Table5.1Statisticstableofstructuralplaneprobabilitymodel结构面儿何参数特征值倾向/。倾角/。迹长/m间距/m断距/m标准差均值分布状态标准差

5、均值分布状态标准差均值分布状态标准差均值分布状态标准差位均分布状态45O6-负指数68•O45O对数正态83.2.4正态28.68-均匀149.815.7均匀40O87會O对数正态42正态65..6对数正态35.3.8正态283.016.5均匀5.3节理岩体力学参数确定假设结构面为无厚度的Beacher圆盘模型，依据表5.1得到的结构面统计信息，通过MontCarlo方法编制程序生成三维边坡模型中的结构面网络模型，如图5.5所示。Fig.5.53Dfracturenetworkofsandstoneslope图5.5边坡三维节理分介图根据Kawamoto【1】等人提出的

6、几何损伤张量的计算方法，对于空间问题，损伤张量D可以写为：£>=[Dkni®ni(5.1)/=i式中。，为三维损伤张景的特征向景，仏为特征句景对应的特征值。对于空间体积为V的节理岩体，对所有结构面的损伤进行积分，求得岩体表征单元体的损伤张量表达式为：®"‘A))(Z，y=l,2,3)(5.2)Vk=式屮：N为节理而条数；/为节理而最小闹距；V为岩体体积；n(Zr)为第々条节理而法向矢量；三维情况下，〃(k)力第々条节理面面积，二维情况下，tz(k)为第々条节理迹长。根据杨建平、陈卫忠等【2-3】提出的节理岩体尺寸效应研究方法，对节理网格模型进行尺寸效应分析，求得安太堡

7、露天矿砂岩节理岩体的尺寸效应为9m,通过计算机程序求解，计算得岩体三维损伤主值为=0.25，Z)2=0.42,£>3=0.32。根据Sidoroff提出的能景等价原理，节理岩体各向掉性变形参数与损伤主值之间的关系【4】为：Vy一]-Dt■*(14)其中v()为岩块的弹性模模量和泊松比，根据现场岩心取样，室A试验测试得,砂岩岩块的弹性模量£o=20GPa,泊松比&=0.3,那么安太堡露天矿砂岩节理岩体的各向异性变形参数如表5.2所列。表5.2.节理岩体各A异性参数表Table5.2.Themechanicalparametersofrock