基于流固耦合的高陡边坡开挖稳定性研究.pdf

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1、第24卷第4期中国矿业V0L24，No．42015年4月CHINAMININGMAGAZINEApr．2015基于流固耦合的高陡边坡开挖稳定性研究李庆文，郭奇峰(北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083)摘要：随着露天矿山开采深度的不断增加，边坡高度不断增高，采区内地应力场及边坡内孑L隙水压力场因开采扰动而表征复杂，且它们对边坡稳定的影响起着不容忽视的重要作用，因此，准确地模拟分析真实边坡的稳定情况是一个亟待解决且复杂的问题。本文基于现场地应力及边坡内部水文情况的监测，结合实际工程地质结构，在数值模拟软件FIAC中建立三维有限元模型，带人物理力学参数，地应力场及水头

2、高度等边界条件进行三维流固耦合分析。通过结合孔隙水压力，对比分析位移及塑性破坏云图可知边坡整体位移以沉降形式为主，位移值较小，且破坏主要发生在边坡的表层，边坡整体稳定性较好，但在坡脚、坡面、坡顶等处可能出现局部岩石崩落现象。关键词：边坡开挖；地应力；耦合分析；数值模拟；边坡稳定中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：1004—405l(2015)04—01()()一05Studyonthestabilityofdeepandsteepslopeexcavationbasedonthefluid—solidcoupledLIQing—wen，GU0Qi—feng(Col

3、legeofCivilandEnvironmentalEngineering，UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beiing100083，China)Abstract：Withtheincreaseofexploitationdepthintheopenmetalpits，theslopesheightareincreasedcontinually．Theinsitustressintheminingareaandtheporewaterpressureintheslopeareshownasdisturbedandcompli

4、cated．Also，theyarethenon—ignorablefactorsfortheslopestability．SoitisanurgentandcomplexproblemtOsimulatetherealslopestabmtyaccurate1y．Inthispaper，basedonthein—situstressmonitoringdata，hydrologicconditionsurveyingdata，practicalengineeringgeologicalstructure，a3DmodelwasbuiltintheFEMsoftwareFL

5、AC。tOaccepttheconstitutiveparameters，thein—situstressboundaryconditionsandfluid—solidcoupledconstitutiverelation．Aftercombiningtheporewaterpressurecontours，thecontrastiveanalysisonthedisplacementandtheplasticdamagezonecontours，thewholedisplacementisverticalsedimentation，anditsvalueismuchsm

6、aller．Themaindamageoccurredonthesurfaceofslope．Thewholeslopestabilityisbetter，but，somepartialcollapsesappearedattoe，surfaceandtopofslope．Keywords：slopeexcavation；insitustress；coupledanalysis；numericalsimulation；slopestability目前，国内外有大量的矿山采用露天开采的方坡为不稳定或潜在不稳定边坡j，研究高陡边坡的式进行开采，据统计，露天开采的铁矿石产量占所有

7、稳定性是一个亟待解决的重要问题。铁矿石总产量的8O以上，露天开采的有色金属矿目前世界各地的学者对边坡稳定进行了大量的石占总量的40以上，工业材料占总量的7O左研究：Lilly和Li(2000)应用位移模型对边坡开挖右，露天开采的煤矿产量比重也在5以上]。随后的稳定性进行了研究_3]；彭小云等(2002)总结着矿山资源的不断开采，浅部资源渐为枯竭，许多露了影响高陡边坡稳定性的因素；蔡美峰等(2006)天矿山面临更深部资源开采的问题，需要对原有的对露天高陡边坡进行了基于流固耦合的稳定性分矿坑进行扩帮增加开采深度。由此导