第一章绪论
1.1研究背景和研究意义
1.1.1研究背景
本项目研究主要依托西藏天仁矿业公司西藏天仁矿业公司委托中国地质大学(武汉)对邦铺Mo (Cu)多金属矿露天开采高陆边坡进行稳定性研究专题之“西藏邦铺矿区土力学测试”,部分试验工作也得到中央直属高等院校基础科研业务专项资助项目(摇篮人才计划CUGL100413)、教育部直属高等院校博士学科点基础研究专项科研基金(资助号:200804911526)、中国博士后基金特殊资助项目(中博基2009)、中央直属高等院校基础科研业务专项“工程灾变滑坡控制团队”项目(资助号:2010059004)的资助。
沿318国道往西79公里到西藏自治区省会城市拉萨市,在邦达浦曲上游,河谷两侧为谷坡地带,山体坡度在10-30°之间,斑岩体出露区地势相对平缓,坡度5-15“,而岩体北东侧地势陆峻。邦达浦曲河谷两侧形成教大切割,河谷狭窄。矿区地势总体趋势为北部高于南部、东部高于西部,地形起伏较大。矿区一般海拔4640米一5264米之间,相对高差约624米,坡度大,海拔高,相对高差大,属高山深切割区。矿区支干流邦达普地区最低地带侵烛基准面高程为4640米。第四系松散天然堆积物较为发育,山坡上密灌丛生或为腐殖覆盖或为寒冻风化形成的倒石堆覆盖,厚度一般在10—30米不等。矿体出露地表形态大致呈椭圆形,而垂直方向表现为桶状体,矿体地表最高海拔在4985. 87m,直径约在900m左右,矿体埋藏深度从目前钻探揭露到海拔3733m,目前矿山设计采矿方式为露天开采,预计开采到4250m水平,平均开采深度5CK)m左右。
在矿区的工程勘察和室内现场测试主要是为矿区工程开挖设计及边坡治理提供必要的强度参数及相关资料,而在矿山设计和滑坡防治中最重要就是确定坡体内部软弱层与及关键部位抗剪强度参数指标。岩土体抗剪强度是其重要物理力学性质之一,在矿体中矿床土层的承载能主要由岩土体的强度确定。岩土的强度不仅控制着路堤、基坑、隧道、自然土坡等人类工程边坡稳定性,也关系着工程岩土体是否产生裂缝等破坏方式[''a]。岩土体的强度指标特别是抗剪强度参数测试结果的精确和准确程度直接影响到相关的工程结构的安全性、可靠性、耐用性和经济合理性。当前获得岩土强度参数主要途径有三种:试验测试法、经验分析法、反演计算法。试验测试法得到的参数比较精确、真实可靠,但由于现场取样条件、试验技术水平、试验仪器和设备等因素的局限,会导致试样数量少代表性不全面等缺陷,所以通过试验获取的参数往往不能直接运用到工程设计和计算中来,而需要将其他方法得出的参数与试验结果对比以保证其准确性。目前现有的岩土体抗剪强度的测试方法较多,主要包括现场土体原位测试和室内剪切试验。室内剪切试验包括:单剪试验、环剪试验、三轴试验、扭剪试验、直剪试验、无侧限抗压试验、慢剪试验等;现场土体原位试验包括:现场大型剪切测试、原位十字板剪切测试等。
近几十年来,三轴试验被广泛使用与科研和生产项目中。普遍认为在三轴试验中能得到土体内部最薄弱面上的抗剪强度,所以通过三轴试验得到的抗剪强度比其他试验方法更加准确。在试验中三轴试验又包括三轴伸长试验和三轴压缩试验,不同的应力状态下三轴试验测试出的强度是有差异的。均质土坡受剪破坏模式中的经典圆弧破坏模式,土坡内不同位置的应力状态不同,左上方、右上方及中间部分点的应力状态分别相当于三轴压缩试验、三轴伸长和直接剪切试验的应力状态。所以在以上三个区域内剪切破坏产生滑坡时应考虑这三种相应的应力状态的试验最为恰当,但在科研生产实践中这几种试验不能全做,只能根据实际情况恰当选取一种,因此在工程建设实践中操作简便的直剪试验被普遍使用,研究表明直剪试验其结果具有能接近整个滑弧上整体平均强度的优点。直剪试验的剪切和包括上剪切盒与下剪切盒,试样在受剪过程中沿着上剪切盒与下剪切盒间的剪切面破坏。直剪试验具有原理简单、明确、操作方便、试验过程中试件一直处于平面应力状态。在当今各种工程建设的岩土测试中直剪试验被广泛应用。所以在科研实践中有必要总结、分析出直剪试验技术的规律和特点,并不断作出相应的改进,以促使工程岩土测试技术的发展。
1.1.2研究意义
西藏邦铺银铜矿区地质灾害防治是邦铺矿区工程及矿区基础设施建设的重要组成部分,是关系到矿区广大人民群众生命财产安全和釆矿生产的大事,历来受到天仁矿业公司高层和各级党委政府的高度重视。鉴于矿区地质灾害防治在勘察和设计工作中的重要性,西藏天仁矿业公司委托中国地质大学(武汉)对邦铺Mo (Cu)多金属矿露天开采高陆边坡进行稳定性研究科研课题;其中“西藏邦铺矿区土力学测试”是其子题之一。
在测试方法的选取中,考虑到矿区第四系覆盖层多为在高寒、高地应力和季节性周期冻融循环的自然条件和特殊地质环境下形成的高原碎石土,由于其力学成因较特殊,因而具有大颗粒多、联结力很小的特点。大颗粒在土体中起着“骨架”的作用并与颗粒间的细粒土相互连结,大颗粒碎石在整体强度的形成过程中起着决定性的作用,因此在强度测试中不能将大颗粒碎石从土体中剥离出来,这样测试得出的强度指标是片面的、不符合实际
第二章新型多功能大型剪切试验仪的性能测试及应用
2. 1新型多功能大型剪切试验仪的工作机理与结构组成
根据工程现场岩土体的特点及项目要求,本文选用新型多功能大型剪切试验仪进行试验研究,该大型直剪仪是由中国科学院岩土力学研究所与香港大学共同研制开发的新型应变控制式大型直剪仪,目前国内外所进行的现场原位直剪试验中大部分的直剪仪的水平剪力加载方式都属于应变控制式1341,这种加载方式不能在试验数据中将试样变形过程完整地反映出来,不能反映出试样剪破后的残余强度。本文采用的新型多功能大型剪切试验仪的应变控制式加载及变频控速系统就有效地解决了这个问题,而且还根据各种复杂岩土的内部结构特点,考虑尺寸效应的影响。试验过程性能稳定、适用各种性状不同结构岩土体、测试结果准确、试验原理简单、试验可操作性强、能够进行现场原位测试与室内剪切试验的多功能大型直剪仪对工程建设及科学研究具有很大的现实意义。
第三章大型直剪试验剪切过程的数值模拟研究............20
3.1 引言............20
3.2计算过程介绍 ............20
3.3计算结果与分析............23
3.4 小结............24
第四章高原特殊碎石土剪切强度特性研究............47
4.1工程背景............47
4.2高原特殊碎石土的力学成因............49
4.3大型直剪试验过程简介............51
4.4大型直剪试验结果整理分析............55
4.5 小结............67
第五章总结与展望............68
5.1 总结............68
5.2 展望............69
总结
本文主要研究内容及成果如下:
(1)有限差分软件FLAC3D的计算结果证实在大型直剪试验中剪切面(或剪切带)上的剪切应力、剪应变、正应力分布不均匀,剪切盒前后两端偏大,而盒内的中间区域偏小。
(2)从剪切应变增大的整个过程中看,剪切应力、剪应变、正应力的发展都是从剪切盒前后两端开始,并随着剪切不断进行逐渐向中部区域扩展。最终发生剪切破坏后剪切盒前后两端与中部区域的差异显著减小,整个剪切面达到相对均匀状态。
(3)在大尺寸的直剪试验中,剪切盒侧壁施加的摩擦力对测试结果的影响不容忽视,正是由于摩擦力的存在导致了剪切面所分布的正应力的增(减),由此而对剪应力产生影响,导致误差。
(4)上述剪切盒侧壁施加的摩擦力主要是影响试样剪切面上剪切应力、正应力、剪应变的数值大小,对其分布形状及分布趋势没有影响。
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