露天开采相比于地下开采而言,具有机械化程度高、工作环境安全、运输成本低等显著优点,目前全世界的矿产资源开采大多以露天开采为主,而露天开采需要面临的主要问题就是露天边坡的稳定性。由于我国经济持续不竭的快速发展,几乎所有矿区边坡都有朝着高边坡发展的趋势,而高边坡需要考虑的主要问题就是最终边坡角的设计问题,因为最终边坡角的设计方案直接影响着矿山企业的经济效益和施工人员的生命安全。本文对国内某露天开采高边坡的最终边坡稳定性研究及最终边坡角优化方案为研究主题,结合矿山内可能存在的对边坡稳定性产生影响的因素,对最终边坡进行稳定性分析,并根据分析结果,对原设计最终边坡提出合理边坡角优化方案。(1)通过工程水文地质调查及现场勘探结果,确定典型剖面用以表征整个边坡的地质概况及几何参数,然后通过室内岩石力学试验获取岩石力学参数,为边坡稳定性分析提供数据支持。(2)采用马氏距离判别法,建立应用于边坡潜在滑动面判断的分析模型。结合实地勘查和前人研究成果数据资料,得出最终边坡潜滑动面类型为圆弧型滑动。(3)由于爆破震动产生的冲击波会衰减为地震波,本文使用萨道夫斯基公式和地震影响系数计算公式相结合计算出爆破震动影响系数;通过抗震建筑设计规范中的地震影响系数计算公式结合该地区发生过的地震波峰值加速度和边坡自振周期,计算出边坡的地震影响系数。由于爆破震动和地壳运动都是产生地震波作用于边坡,因此可以通过比较发现地震影响系数小于爆破震动影响系数,且爆破震动长期作用于矿山边坡,假定如果在爆破震动产生的地震波影响下边坡不会发生失稳破坏,在该地区可能发生的地震作用下也不会发生失稳破坏,因此本文仅考虑爆破震动对边坡稳定性的影响,并在后续对边坡安全系数计算中将爆破震动影响系数带入slide软件求取计算结果。(4)采用极限平衡法基于slide二维数值模拟软件,确定边坡在导入爆破荷载后边坡安全系数和确定的允许安全系数1.25比存在一定的差距,由此确定边坡处于较为稳固的状态。(5)使用ansys软件与flac3d软件耦合建模技术,构建了边坡计算模型,并对边坡进行了应力位移分析。从分析的结果可知,边坡总体位移值较小,表现为上部下沉,下部位移较小;边坡存在局部受拉情况,主要集中在坡顶及部分台阶处,但并未大于岩体的抗拉强度,因此该边坡受拉区域并不会产生拉伸破坏;从强度应力比云图中可以反映出断层上部岩体更为稳定。(6)通过对高边坡稳定性分析结果,提出了边坡稳定性针对性优化方案,将岩体结构较为稳定断层上部边坡定为最终边坡角优化的优势区域,将岩体结构相较之下偏弱的断层下部边坡定为最终边坡角优化的劣势区域,使用改变上部台阶坡面角的方式,来改变优势区域的边坡角,直到边坡安全系数接近或达到1.25时完成优化。使用此优化方案,最终确定了采用断层以下区域13-17号台阶保持不变,断层以上区域1-12号台阶台阶坡面角取72°-73°(具体值根据选取剖面的区域而定),平台宽度、高度保持不变,最终边坡角角度为42°-43°(具体值根据选取剖面的区域而定)的设计方法为最终边坡最优设计方案。