大冶铁矿是武汉钢铁集团公司的一个重要矿产资源基地,已经过百余年的发展。本文的研究课题——尖林山采区岩体力学参数取值及围岩稳定性评价,是横向项目“尖林山松软破碎矿体充填法开采关键技术研究”中的重要研究内容之一。大冶铁矿尖林山采区工程地质条件的特殊性与复杂性决定了该区域各相关研究中所选取岩体力学参数分布的离散性、多样性。而且在采矿巷道设计施工、矿区边坡稳定性分析等过程中,需要根据精确的力学参数来进行理论验证计算。为获取该研究区域较准确的力学参数进而评价围岩稳定性,本文主要采用的研究方法为:通过数理统计方法对已有研究成果进行归纳统计,并根据极大似然思想得出参数建议值;基于结构面网络模拟分析岩体分类指标,结合胡克布朗等准则对岩体力学参数取值进行经验估算;采用传统岩体质量分级方法和数值模拟方法评价围岩稳定性。该课题的研究不仅对矿区安全高效生产具有重要的实际意义,而且对其他同样赋存于复杂多变地质环境中的岩体力学参数选取和围岩稳定性评价都有一定的参考价值。本文主要研究内容和成果如下:1. 工程地质性质研究。在实地调查的基础上分析研究区域地形地貌、地层岩性、地质构造、岩体变形及风化程度、水文地质条件和岩体地应力特征等工程地质条件。为了便于分析与后续的数值建模,概化处理后将该区域岩体划分为:下盘闪长岩、上盘大理岩、铁矿体;另外根据对已有资料的整理,将研究区域划分为三个区域:即Ⅰ区-上盘大理岩;Ⅱ区-中部铁矿体;Ⅲ区-下盘闪长岩。2. 基于数理统计方法对大冶铁矿岩体力学参数取值进行研究。大冶铁矿各采区研究历史比较久远,研究资料非常丰富,本文分析近年来各科研生产单位研究成果中所采用的岩体力学参数值,然后按各岩体类别的不同力学参数,对大量文献资料进行了整理统计,归纳出各力学参数的特征值(均值、方差),并绘出各力学参数的统计直方图,从图中观察到各力学参数的选取情况整体比较离散,不排除其中有与真实情况偏差较大的数据,若取用统计加权平均值可能会导致参数失真,因此本文根据极大似然法思想,按照统计图选取使用频度最高的数据为参考数据,给出基于数理统计的力学参数建议值。3. 基于岩体结构面三维网络模拟的力学参数取值研究。首先根据本区域工程地质性质将现场边坡划分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区,分区域选择良好的露头或巷道岩壁采集节理裂隙参数,对结构面数据按产状运用相应软件进行分组处理,结果显示按优势产状分组结果:Ⅰ区结构面3组、Ⅱ区结构面2组、Ⅲ区结构面3组;计算各组结构面内的裂隙间距,然后分组对结构面数据进行数理统计,计算其特征值并得出各参数的概率分布形式。最后将统计出的概率分布形式和特征值代入计算机程序进行结构面三维网络模拟,得出各区域岩体结构面三维分布情况,输出相应的岩体结构参数(结构体密度、裂隙率)。根据模拟结果对岩体广义RQD指标进行研究,结合拟合经验关系式与结构体密度可确定各区域岩体RQD指标的合理阈值,并据此得出整体等效RQD指标,避免了各向异性造成的RQD不确定性。最后根据以上研究结果确定现场岩体的RMR、Q、BQ等指标,确定GSI值。运用Hoek-Brown准则等经验公式,根据GSI指标并查阅图表得出D、mb、s、a等参数值,即可估算出岩体弹性模量、抗压抗拉强度、抗剪强度等力学参数建议值。4. 结合大冶铁矿尖林山采区地质特征,分析影响岩体质量分级的主要因素,详细介绍RMR分级法、Q系统分级法和《工程岩体分级标准》分级法等岩体质量分级法,并对研究区域内的三个分区(Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区)分别运用三种岩体质量分级方法进行岩体质量分级,并将得到的三种分级结果对比,定性的评价巷道围岩稳定性。5. 概化了大冶铁矿尖林山采区的工程地质情况,建立整体地质数值模型和巷道数值模型,通过地质模型的数值计算得到巷道周边地应力,然后将其以边界应力的方式附加到巷道数值模型上,将巷道模型进行数值计算,采用数值模拟的手段分析不同围岩中巷道围岩的应力场、位移场和塑性区,评价巷道围岩稳定性,并将数值模拟结果与传统岩体质量分级法得出的围岩类别对比分析。