井東露天礦邊坡穩(wěn)定性評價及GIS三維可視化研究.pdf

1、邊坡工程一直是科研工作者關(guān)注的重點課題。邊坡失穩(wěn)引起的滑坡、崩塌災(zāi)害往往給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人民生命財產(chǎn)造成巨大損失。露天礦開采形成的坡體是一類典型的邊坡工程問題，近年來露天礦邊坡引起的巖土工程災(zāi)害問題越來越嚴(yán)重。邊坡的穩(wěn)定性分析和評價是核心問題，準(zhǔn)確地對邊坡的穩(wěn)定性現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢進(jìn)行評價和預(yù)測，能為邊坡的監(jiān)測防治工作提供依據(jù)。
　　本文以井東煤礦工業(yè)廣場西幫邊坡為工程背景，在考察現(xiàn)場環(huán)境和分析地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，分析邊坡隱患，對露天

2、礦邊坡的自然地理條件和地質(zhì)特征充分了解，并結(jié)合理論分析、數(shù)值試驗、GIS空間分析與可視化技術(shù)，研究了邊坡自然條件下的穩(wěn)定性現(xiàn)狀及防治措施。主要有以下工作內(nèi)容:
　　(1)邊坡強(qiáng)度穩(wěn)定性分析。依據(jù)邊坡的傾向及走向、鉆孔的布置情況，選取6個特征剖面，對其進(jìn)行模型化，用SLIDE5.0軟件建立計算模型;結(jié)合邊坡工程巖樣室內(nèi)物理力學(xué)實驗，采用正分析方法確定計算使用的物理力學(xué)參數(shù);采用簡化簡布法（Janbu Simplified）、簡化畢肖

3、普法(Bishop Simplified)、斯賓塞法(Spencer)、摩根斯坦-普拉斯法(Morgenstem-Price)四種方法作對比驗證分析，計算所得穩(wěn)定系數(shù)為0.955-1.099，不能滿足工程要求。
　　(2)邊坡變形穩(wěn)定性分析。運用FLAC-3D建立邊坡地質(zhì)模型，模擬露天礦邊坡的變形發(fā)展特征，分析井工開采對邊坡變形的影響作用，在9＃煤井采的影響下，邊坡的中部和上部以沉陷變形為主，位移矢量指向下方采空區(qū)，邊坡下部以向臨

4、空側(cè)的變形為主，在上部及后方坡體的變形擠壓作用下向露天采坑內(nèi)變形;隨著9#煤的繼續(xù)回采推進(jìn)，將對露天邊坡的變形和受力產(chǎn)生更進(jìn)一步的影響，使邊坡在最大變形量值和受影響范圍產(chǎn)生不同程度的增長。
　　(3)邊坡穩(wěn)定性分區(qū)研究。運用GIS建立邊坡三維地質(zhì)模型以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，結(jié)合邊坡的強(qiáng)度和變形穩(wěn)定性分析，分析影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素，選取坡度、高程、地質(zhì)巖性、地下水、地質(zhì)構(gòu)造為評價因子，建立研究區(qū)域評價指標(biāo)體系，采用層析分析法，將邊坡的定

5、性特征轉(zhuǎn)化為定量數(shù)據(jù)來表達(dá)，運用ArcGIS的Model Builder工具建立露天礦高陡邊坡穩(wěn)定性等級區(qū)劃模型，將研究區(qū)域穩(wěn)定程度分為4個等級，得到邊坡穩(wěn)定性等級區(qū)劃圖;在分析穩(wěn)定性等級后，結(jié)合邊坡的工程地質(zhì)圖，運用GIS進(jìn)一步對邊坡的主要滑動方向、徑流、裂縫緩沖區(qū)三個關(guān)鍵因素進(jìn)行研究分析。
　　(4)滑動力與位移耦合監(jiān)測研究。制定了滑動力與位移耦合監(jiān)測方案，滑動力監(jiān)測采用集監(jiān)測、預(yù)警、加固于一體的“滑坡災(zāi)害遠(yuǎn)程智能監(jiān)測系統(tǒng)”;

6、位移監(jiān)測是依據(jù)FLAC-3D的變形分析以及GIS穩(wěn)定性分區(qū)研究，結(jié)合邊坡位移監(jiān)測設(shè)計原則，建立位移監(jiān)測網(wǎng)，采用徠卡全站儀，定期測量監(jiān)測點的三維坐標(biāo)。對滑動力數(shù)據(jù)和位移數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果表明，邊坡實施監(jiān)測加固后每個月的滑動力最大變化量均不超過20kN，證實了在井東露天礦邊坡實施滑動力遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的有效性;同時，位移-時間曲線現(xiàn)階段非常平穩(wěn)，變化量很小，表明總體處于穩(wěn)定狀態(tài)。
　　(5)GIS三維可視化綜合分析。應(yīng)用GIS數(shù)據(jù)處理及可