露天矿边坡稳定总结
据弹性理论：
每次大的深部构造运动都会导致产生新的应力状态
水平应力=上覆岩层重力×侧压应力系数
构造应力场内：自重应力
水平应力
铅直应力
李四光《地质力学理论》
非洲测得：水平应力是铅直应力的2.6倍
2.6其他因素影响
一、露天矿存在年限
具体讲应指边坡服务年限
时间长，岩体强度减弱大，稳定系数大些
二、边坡形状
凹形：侧向阻力大，稳定性好
凸性：侧向阻力小，稳定性不好
但凸性边坡剥离量最小，经济合理
三、地形荷载：外排土场就近位置
推进方向（工作线）破坏岩体完整性，引起边坡滑落总之，因为边稳固什么很多，尚待研究。
3—1边坡工程地质工作程序
一、边坡工程工作主要任务：
1、搜集影响边坡稳定性的各项因素；
2、分析边坡岩体的稳定性：
—查明岩体中结构面分布及岩性变化；
—分析潜在滑面；
—建立滑动模式。
二、边坡工程地质工作程序：
三、1、区域地质背景；
四、2、矿区地质构造；
五、3、露天矿现采场边坡工程地质条件；
六、4、露天矿最终采场边坡工程地质条件；
七、5、露天矿边坡工程地质分区。
三、露天矿边坡各阶段的工作内容
-矿山地质勘探报告；
-露天矿设计阶段；
-投产以后岩层暴露。
1、岩性分布；
2、地质结构面分布
3、出水点；
4、采掘台阶现状；
5、工程地质分区及剖面线；
6、岩石力学试验取样地点
3—2岩体结构面的调查
主要调查节理、岩层面产状、密度。
方法：地面测量；钻孔。
一、结构面地面调查（表3-1为调查内容）
二、钻孔定向取芯，主要是探明深部的不利结构面。
（一）岩芯定向三个要素：倾向、倾伏角、围岩轴
线（旋转的某一基准线）。
第五章边坡稳定性计算
5.1概述
一、边坡岩体内部分析
1、有两种运动
a、相对静止：边坡稳定
b、显着变动：滑坡（变动非常复杂）
2、滑坡原因
a、驱动滑坡因素
荷载
震动
水
构造应力
温差应力
b、抗滑能力
岩体强度
二、露天采场边坡
1、高大边坡
2、暴露岩层多
3、地质构造面纵横交错
4、水文及工程地质条件复杂
因此，边坡随时监控调整，合理的边帮角只能最终评价。
三、目前研究现状及任务
1、土体边坡稳定研究，解决岩石边坡有许多问题
2、露天边坡稳定计算任务
a、验算已有边坡的稳定性，以便决定是否采取防护措施，并作为防护设施设计的依据。
b、设计露天矿合理边坡角，在已知开采深度，设计既经济合理又安全的边坡角。
c、边坡的技术原理
Ⅰ、到界边帮台阶的减震爆破
Ⅱ、防排水
Ⅲ、伞檐处理
管理不善，缓坡可能滑坡，管理好陡帮也可能安全（例如平装西露天矿）结合生产工艺
3、经验法选取边帮稳定角
爆破<40度金属矿<50度
4、边坡稳定表示方法
当Fs<1，滑坡
当Fs=1，极限平衡
当Fs>1，稳定。保守起见:=1.1－1.5，多数取1.3。
根据边坡服务年限选取不同值
四、本章研究内容：
1、确定边坡岩体内最危险区
2、分析区内的全部作用力
3、求FS
4、判断稳定程度
5.2计算基础及方法分类
滑力
下
抗滑
F
F
Fs
一、边坡稳定分析步骤 1、确定滑面
2、分析滑面上的作用力及反作用力，建立平衡条件 二、计算方法 1、刚性极限平衡法
①、将滑体视为刚体 ②、滑体的位移是剪切破坏
③、滑体在滑面上的平衡条件，应用滑块在斜坡上的平衡原理 2、有限元法 3、概率法
5.3平面滑面计算法
边坡沿某一倾斜面滑动，发生在以下条件： 1、滑面走向与边坡走向平行或近于平行（）度左右 2、滑面出露在坡面上，二者相交在坡面上 3、滑体两侧有裂面，侧阻力小（略） 一、边坡内有确定的滑面及垂直裂隙 (一)、数学分析法
设：1、岩石不透水，垂直裂隙渗入，流经滑面自坡面逸出，水的压强呈线性分布。
2、滑体重力W ，水压U 及V 均通过滑体重心不产生力矩，滑体无转动，则滑体稳定条件为： 当断裂出露在坡顶时： 当断裂出露在坡面时：
边坡的稳定程度，以稳定系数表示，抗滑力与滑动力之比：
=++T N W ρρρ)}
1cot (cot cot ])/(1{[2
1
22--=αββγH Z H W β
β?
ββcos sin tan )sin cos (V W V U W CA +--+=
C=0
（二）矢量法
力多边形封闭为平衡状态 步骤：
1、绘铅直重力矢W ，比例自选
2、接W 之首绘V 矢，与W 方向垂直
3、接V 之首绘U 矢，与铅直方向成β角
4、接U 之首绘反力矢N ，与铅直方向与U 同
5、求封闭力矢S ，其方向平行滑面，指向与滑动方向相反。
自W 之尾绘线，使其平行滑面，并与N 矢相垂交，便是所求平衡抗力S 。 抗力中摩擦阻力
接U 绘拐角φ，在
S 线上截取便是 稳定系数：
二、边坡内无确定的滑面，最危险滑面位置可分析求得 1、滑面临界倾角（不计
U 、V ） 平衡方程： 又由于： 故： 或： 令： 最后解得：
（最危险滑面倾角）（排土台阶，土边坡，锡盟地区） α<45度多为圆弧滑坡， 坡角较大时，多为平面滑面
g
AC
F Fs +=?
tan N F =β
?ββsin tan cos sin CH W W +
=)sin(sin sin 22
βαβ
αγ-=H
W ?
α?ββαγcos sin )
sin()sin(2--=H C 0=β
d dH
?
ββtan cos sin 9090W CA W +=
2、直立边坡的临界高度： 当边坡垂直时，α=90度 所以： 带入整理后得： 应用公式： 教材中： 方法二：
5－7式将代入上式可得：
对于垂直边坡时，α=90°：
把α=90°代入5－7式：
以上绘制曲线图5－6： 说明：
1、垂直边坡的高度大于上式值时，岩体自重力足， 以使边坡产生剪切破坏，滑坡。
2、小于上式值时，处于弹性应力状态，不发生剪切位移。
3、任意边坡滑动时，剪切面仅在距坡顶一定的深度即以下方能产生，以上岩层成为弹性层，它的破坏呈拉断。 抗拉强度小于抗剪强度
4、当边坡体内某局部开始达到塑性变形，而远未形成滑坡之前，坡顶处便首先出现 垂直张裂隙，往往称作为滑坡的前兆特征，用来预报即将发生滑坡。 存在最小的极限高度，相对应的弱面倾角为： 当C=0时，张性断裂时，岩石坚硬：
极限平衡
说明：当C 趋于0时，滑面被较陡的坡面切割，而沿滑面的摩擦角又小于滑面倾角
90
2
cot 2
βγH W ＝
2
4590φ
β+
?＝α
α
ααα
cos 1sin sin cos 12
cot
-=
+=
α
α
ααα
sin cos 1cos 1sin 2
tan
-=
+=
)
2
45tan(490?
+?=
r C
H 垂
直边坡极限高
β
0°
90°圆弧滑面
崩落
平面
滑面
∞→??
?
??
?→→≤90900H ββ?β2
4590
φ
β+
?＝φ
β=
时，
即：，则可能产生滑坡，与坡面和坡角无关（在α>β时而言）,此时为增加边坡稳
定性,减少坡高和削坡是无益的,只有沿滑面削掉或机械加固，煤矿多见此种例子。
三、边坡内无确定的拉张裂缝，其最危险的位置可分析求得 1、滑体稳定系数 将 带入上式
2、拉张裂缝的临界高度
解Fs 的极限值（最小化）
不考虑水的因素，一般采用减弱系数法处理，分步微分法 设：
求Fs 极值，设，用分步微分法：令 又知： ，， 令： 得：
3、滑体临界顶宽 从图中求： 代入上式： 四、实例分析
1、条件：已知某矿坡高382m ，坡角42度，断层倾角70度（弱面），宽度5m ，求解①：Fs ，②：坡角 岩体力学性质： 闪长岩：
φ
βα>>
β?ββcsc )(tan cos sin Z H C W W -+<β
β
?βsin csc )(tan cos W Z H C W Fs -+=
下滑力
抗滑力
)
cos /1(βH Z P -=β
αβsin }cot cot ])/(1{[2--=H Z Q Q
H C P Fs 1
2=??αβγγtan tan H
Zc H b c --=
α
ββαtan tan )tan cot 1(H H H b cr ---=
γ=27KN/m3 c=500－1000KPa φ=40度 断层c'=0－30KPa φ'=18度 2、滑动模式
经分析确定为平面滑动 3、稳定性计算：
)]
70(90cos[sin tan )]}70(90sin[cos {2
ββ?ββ-?-?++-?-?-=
P W Cl P W Fs