摘要
露天煤矿端帮边坡受采排作业的影响，其稳定性受支撑体空间效应的影响尤为明显，工程中多采用二维平面应变简化的方式对端帮边坡稳定性进行分析，目前尚无考虑内排压帮过程中的空间效应对露天煤矿端帮稳定性影响的系统研究。针对此问题，本文通过理论分析结合数值模拟的方法研究了露天煤矿端帮三维空间结构特征，阐明了端帮稳定性随三维空间结构变化的规律，揭示了在支撑体空间效应下端帮三维与二维稳定性产生差异的原因。探索出一种新的三维地质数值模型建立方法，获得了工程实例对此建模方法的实用性验证。基于此地质建模方法，以新疆某露天煤矿为工程实例对其内排压帮过程进行了数值模拟分析。取得的主要成果如下： （1）通过露天煤矿端帮三维空间结构特征，分析了露天煤矿端帮边坡岩体的稳定性影响因素，明确了端帮暴露部分岩体在支撑体空间效应下的应力分异规律，揭示了支撑体空间效应对端帮边坡稳定性产生影响的作用机理。 （2）从坑底距离及支撑体边坡角度两个方面，利用数值模拟手段分别分析了两者对端帮三维稳定性的影响，揭示了支撑体对端帮暴露部分岩体产生位移约束的原因。研究了端帮角度和坑底宽度共同作用下的端帮稳定性系数演化规律，进行了在支撑体空间效应影响下的端帮边坡暴露部分二维稳定性系数与三维稳定性系数的对比分析，获得了前者受平面应变简化处理与后者空间效应之间产生的误差，为露天煤矿端帮二维稳定性系数在实际工程中的应用价值提供了评价参考。 （3）探索出了一种高效建立露天矿复杂三维边坡地质模型的新方法，并获得了工程案例实用性验证。基于此建模方法对新疆某露天煤矿内排压帮过程进行了数值模拟分析。建立了南帮内排压脚的极限平衡理论模型，同时推导出内排压帮过程中南帮稳定性系数的计算公式，阐述了南帮内排压帮过程中坡体应力演化规律，揭示了这一过程中南帮潜在滑移面位置变化及稳定性提高的机理。根据潜在滑动面位置随内排几何参数的演化规律，将内排压脚分为三个阶段，指出支撑体三维效应对内排三个阶段的影响，对类似工况的露天煤矿端帮边坡的时效控制提供了重要参考。
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