Vol.27 No.4 宋卫东等：大冶铁矿深凹露天开采最终边坡稳定性分析 ·387· 2数值模拟计算及分析 格，B区划分为192个网格，模型网格46116个. 图中虚线代表岩性分界线，带圈的数字表示岩性 研究采用FLAC2D软件，该软件主要是为 编号，模型中下部分斜线填充体代表铁矿石，坡 岩土工程应用而开发的，包括了反映地质材料力 顶以及露天坑底的交叉线代表回填碎石土· 学效应的特殊计算功能，可计算地质类材料的高 2.2计算结果及分析 度非线性（包括应变硬化/软化）、不可逆剪切破坏 模拟计算主要记录不同开挖条件下模型的 和压密、粘弹（蠕变）、孔隙介质的应力一渗流耦 应力场、位移场和塑性区的变化过程，通过对比 合、热一力耦合以及动力学行为等，本研究的岩体 分析来评价边坡的稳定状况.模拟计算包括：形 以铁矿石、大理岩、闪长岩为主，均属于弹塑性材 成初始应力场：模拟开挖至露天坑底部48m水 料，计算采用Mohr-Coulomb屈服准则： 平：回填至0m水平. m。-2√品 /1+sing 现场的初始应力场中最大主应力为15.0 式中，，分别是最大和最小主应力，c,P分别是 MPa,位于模型的右下角部位.最小主应力为12.5 材料粘结力和摩擦角.当6≥0时，材料将发生剪 MPa,位于模型的中下部位. 切破坏. 开挖至0m水平时最大主应力的大小未发 21建模 生变化，仍为15.0Pa,而最小主应力降低到10.0 通过采准设计发现有-2、V”和VT三个剖面 MPa,由于断层Fs的存在，最小主应力发生不连 在露天转地下的开采范围之内，现仅以I-2剖面 续的变化，最大和最小主应力的分布规律是随着 为例进行简要说明. 深度的增加而增加，最大主应力的方向基本平行 -2剖面计算模型宽700m,高550m,模拟 于坡面，最小主应力基本垂直坡面.最大剪应力 至-300m.开挖引起的错动角设计值为60°，模型 出现在边坡的坡脚部位，大小为3.6Pa.在边坡 上盘边坡角43°，下盘边坡角为40°.按照设计值 下部的坡面和坡脚出现部分塑性区， 确定错动角，按最终采深为-120m计算，上盘预 开挖至48m水平时最大主应力增加到17.5 留安全距离130m,下盘预留安全距离226m.模 MPa,最小主应力的数值未发生变化，两者的分 型左右两侧限制水平位移，底部限制垂直位移。 布规律与开挖至0m水平时的规律基本相同，最 模型竖向荷载主要为自重荷载，侧压系数12，如 大剪应力出现在边坡的坡脚部位（图3），数值为 图2所示. 7.2MPa,较开挖至0m水平增加1倍.在转入地 边坡下盘有一条较大断层F25,模型在断层 下开采的原岩部位，应力场的方向变化较为复 附近分为A区和B区，竖向网格采用均等划分每 杂，最大主应力基本为水平方向，最大位移矢量 个网格竖向尺寸为3m.A区横向划分为60个网 出现在右侧边坡的坡脚，数值为118.8mm,方向 为斜向上.沿着两侧的边坡，位置越向上、越向岩 130.3 226 -350,250 体内部则位移矢量的大小越小，但方向均为指向 -195,250 410,250 露天边坡面，X方向位移具有明显的对称性，最大 F25 B 102 FLAC (Vermfon 3.30) lcaND 120 410,-300 21 4 图2剖面【-2计算模型简图 图3剪应力分布图 Fig.2 Schematic plot of the model profile I-2 Fig.3 Distribution of the shear stress宋卫 东等 大 冶 铁 矿 深 凹 露 天 开 采 最 终 边 坡 稳 定 性 分 析 一 数 值 模 拟 计 算及 分 析 研 究采 用 软 件 【一 ， 该 软 件 主 要 是 为 岩 土 工程 应 用 而 开 发 的 ， 包 括 了反 映地 质 材料 力 学 效应 的特殊 计 算 功 能 ， 可 计 算地质类 材料 的高 度 非线 性 包 括 应 变 硬 化 软化 、 不 可逆剪 切 破 坏 和 压 密 、 粘 弹 蠕 变 、 孔 隙介 质 的应 力一 渗 流 祸 合 、 热一力 祸合 以及 动 力学 行 为等 本 研 究 的岩 体 以铁矿 石 、 大 理岩 、 闪长岩 为主 ， 均 属 于 弹 塑性材 料 ， 计 算 采用 ‘毛 屈 服 准 则 ， 必 。 厅平丽五石 一 一 伪 一一一下尸气二一 ‘ 厂百一一一下甲一丁 一 恻 丫 一 】 沪 式 中 ， 。 ， 仍 分 别 是 最 大 和 最 小 主 应 力 ， ， 分 别 是 材料 粘 结 力 和 摩 擦 角 当人七 时 ， 材 料 将 发 生 剪 切 破 坏 建 模 通 过 采 准 设 计 发 现 有 、 ，和 三 个 剖 面 在 露 天 转 地 下 的开采 范 围之 内 ， 现 仅 以 剖 面 为例 进 行 简要 说 明 剖 面 计 算 模 型 宽 ， 高 ， 模 拟 至一 开 挖 引起 的错 动 角 设计 值 为 ， 模 型 上 盘 边 坡 角 ， 下 盘 边 坡 角 为 按 照 设计 值 确 定错 动 角 ， 按 最 终采 深 为一 计 算 ， 上 盘 预 留安全 距 离 ， 下 盘 预 留安 全 距 离 模 型左 右 两 侧 限制 水 平 位 移 ， 底 部 限制 垂 直 位 移 模 型 竖 向荷载 主 要 为 自重 荷 载 ， 侧 压 系 数 ， 如 图 所 示 边 坡 下 盘 有 一 条 较 大 断层 ， 模 型 在 断 层 附近 分 为 区 和 区 竖 向 网格 采 用 均 等划 分 每 个 网格 竖 向尺 寸 为 区横 向划 分 为 个 网 一 厂 格 ， 区 划分 为 个 网格 ， 模 型 网格 个 图 中虚 线 代表 岩 性分 界 线 ， 带 圈 的数 字 表示岩 性 编 号 ， 模 型 中下 部 分 斜 线 填 充 体代 表 铁 矿 石 ， 坡 顶 以及 露 天 坑 底 的交 叉 线 代 表 回填 碎 石 土 计 算 结 果 及 分 析 模 拟 计 算 主 要 记 录 不 同开 挖 条 件 下 模 型 的 应 力 场 、 位 移 场 和 塑 性 区 的变 化 过 程 ， 通 过对 比 分 析来 评 价边 坡 的稳 定状 况 模 拟 计 算包 括 形 成 初 始应 力 场 模 拟 开挖 至 露 天 坑 底 部一 水 平 回填 至士 水 平 现 场 的 初 始 应 力 场 中 最 大 主 应 力 为 巧 ， 位 于模 型 的右 下 角 部位 最 小主应 力 为 ， 位 于模 型 的 中下 部 位 开挖 至士 水 平 时最 大 主 应 力 的大 小 未发 生变 化 ， 仍 为 巧 ， 而 最 小主 应 力 降低 到 ， 由于 断层 。 的存 在 ， 最 小 主 应 力 发 生 不 连 续 的变 化 最 大和 最 小主 应 力 的分布 规 律 是 随着 深 度 的增 加 而 增 加 ， 最 大 主应 力 的方 向基 本平 行 于 坡 面 ， 最 小 主 应 力 基 本 垂 直 坡 面 最 大 剪应 力 出现 在边 坡 的坡脚 部 位 ， 大 小 为 在 边 坡 下 部 的坡 面 和 坡脚 出现 部 分 塑 性 区 开 挖 至一 水 平 时最 大 主 应 力增 加 到 ， 最 小 主 应 力 的数值 未 发 生变 化 ， 两者 的分 布 规 律 与 开挖 至士 水 平 时 的规律基本 相 同 ， 最 大 剪 应 力 出现 在 边 坡 的坡 脚 部 位 图 ， 数值 为 ， 较 开 挖 至士 水 平 增 加 倍 在 转 入 地 下 开 采 的 原 岩 部位 ， 应 力 场 的方 向变 化 较 为 复 杂 ， 最 大主 应 力 基 本 为水 平 方 向 ， 最 大 位 移 矢量 出现 在 右 侧 边 坡 的坡 脚 ， 数 值 为 ， 方 向 为斜 向上 沿着 两侧 的边 坡 ， 位 置越 向上 、 越 向岩 体 内部 则 位 移 矢 量 的大 小越 小 ， 但 方 向均 为指 向 露 天 边坡 面 万方 ‘ 向位移 具 有 明显 的对 称 性 ， 最 大 图 剖面 计算模型 简图