岩质高边坡是矿山、公路铁路、水利水电等工程建设活动中常见的地质环境之一。随着国民经济发展的需要以及工程科技的进步,各类工程建设的规模逐渐增大,高陡边坡的地质灾害也随之增多,边坡工程的研究重点也从原来相对简单的土质边坡转移到复杂的岩质高边坡上来。岩质高边坡一般出现于规模大、工程重要性等级高、地形地貌复杂的山地地带,其建设及运营期的安全稳定性是决定工程建设的成败因素之一。目前,国内外已出现过许多岩质高边坡失稳的工程案例,给人类生命财产造成了巨大的损失。因此,我国相当重视对边坡工程的研究治理工作。从现阶段来看,已经取得了不少的成绩,但总体来说,很多关于岩质高边坡的稳定性研究工作还需要进一步探索。基于此,本文对邦矿铁矿矿山边坡的稳定性进行了计算分析,以期为同类工程提供借鉴。邦矿铁矿位于大西洋东岸的西非利比里亚邦州,本论文依托的邦矿岩石力学研究项目主要是在对岩质高边坡地质条件和岩石力学参数研究的基础上,进行岩石质量分级和结构面特征分析,进而对边坡岩体工程地质分区和边坡分区,考虑邦矿铁矿中矿区露天开采矿段稳定性分析,作为项目初步设计的一个组成部分,最终为露天开采推荐边坡角设计方案,以满足项目开展露天开采设计的需要。根据项目研究结果,本论文结合邦矿铁矿岩石力学研究项目,以C3岩质高边坡为研究对象,深入开展了前期的地质调查、各类现场和室内实验进行岩质高边坡的稳定性分析评价工作。通过对各类数据的整理分析,获取本次评价边坡的岩体力学参数,确定边坡的潜在滑动面;采用工程类比法、赤平投影、极限平衡法以及结合数值模拟法对邦矿铁矿岩质高边坡的稳定性进行分析、计算和评价。本文所做的工作及主要的研究成果主要包括以下几个方面:(1)前期对岩质边坡所在矿区进行了详细的地质调查,包括岩质边坡所在区域的地形地貌、工程地质条件、水文地质条件;同时收集了岩质边坡所在区域的地震资料,获取相关的地震参数。(2)开展现场及室内的多项实验。现场实验主要包括钻探、抽水实验、压水实验、波速测试、现场直剪实验;室内岩石实验主要包括岩石块体的密度实验、岩石单轴抗压强度实验、岩石单轴抗拉强度实验、岩石单轴压缩变形实验以及岩石三轴压缩强度实验,并对数据进行了整理分析。(3)综述性地介绍了国内外影响边坡工程稳定性的主要因素和计算评价方法的研究历史和现状,总结了影响岩质边坡稳定性的主要影响因素及岩质边坡主要的变形失稳类型。(4)基于阅读大量文献的基础上,指出Hoek-Brown强度准则中扰动系数D值取值离散、方法单一、经验性强以及量化困难等方面的不足,总结了目前存在的几种改进方法并逐一给予评述。文中引进了岩石强度弱化指标Dc、岩体完整性折减指标Dv,通过数值拟合的方法对D值进行量化评价。通过计算,本文工程实例中最终扰动系数D=0.924,并根据本文改进的Hoek-Brown强度准则求取本次评价边坡稳定性所需的各类岩体力学参数。(5)根据大量岩质边坡工程的实践资料,拾取影响岩质边坡稳定性的主要影响因素。采用层次分析法,构造出影响C3边坡稳定性的主要影响因素的层次模型,计算出各影响因素的相对权重,最后得出影响C3边坡稳定性的主要因素的排序结果为:岩性及岩体结构(0.226)>地质构造(0.138)>水的作用(0.127)>岩体内摩擦角(0.084)>岩体粘聚力(0.077)>爆破震动强度(0.073)>风化作用(0.069)。(6)根据野外地质调查数据统计得出的三组优势节理组,采用DIPS软件通过极射赤平投影的方法确定边坡的破坏模式为多平面滑动的边坡破坏模式。(7)极限平衡分析采用改进的Sarma法,本文计算出了3种不同工况下C3边坡的稳定性系数分别为:工况1(自重+地表荷载+现状水位)=1.343;工况2(自重+地表荷载+现状水位+爆破荷载)=1.318;工况3(自重+地表荷载+现状水位+暴雨)=1.276。(8)通过数值模拟软件FLAC3D对C3边坡进行模拟评价,结果显示,C3边坡在坡角处的速率和位移均达到了最大值,分别为2.25×10-4 m/s和550 mm;在坡顶处的速率和位移值分别减小到1.75×10-4 m/s和350mm;滑移带的变形速度和位移分别为7.5×10-5 m/s和50mm。坡顶剪应变速率接近于零,因此坡顶不会发生剪应变破坏,可能产生坡顶的拉裂破坏;坡脚的剪应变较大,最大值可达到1.75×10-5,但最大剪应变并未完全贯通,塑性区分布图也显示坡脚处的条状塑性区并未与变坡面塑性区贯通。同时,经过模拟计算得出C3岩质高边坡的稳定性系数为1.635。因此,此时的边坡仍然处于稳定状态。(9)根据工程类比、极限平衡和数值模拟的计算结果,综合得出C3边坡在最终边坡角为59°的情况下依然能够保持稳定的结论。(10)基于对C3边坡的整体认识,借鉴其他矿山实践经验和结合本工程实际,本文建议采用削坡减载、疏排水、设置预应力锚杆(索)和坡面柔性防护网措施对边坡进行治理和加固以保证矿山开采工作的顺利实施和工作人员的安全。同时给出了对裂缝、边坡地表及深部位移、地表水水量、地下水水位和压力监测的相关仪器和方法来进行边坡变形破坏的监测和预报,为矿山的后续施工和动态设计提供数据支持。