本书系统阐述了露天矿岩体边坡卸荷失稳的基本理论、方法和应用。全书共6章，在介绍露天矿岩体边坡卸荷破坏研究发展现状的基础上，基于应力叠加原理，推导了卸荷条件下边坡岩体内部和端部裂隙尖端应力强度因子表达式；借助真三轴力学伺服试验系统，分析了含裂隙试样的裂隙扩展演化特征和贯通破坏模式；利用断裂力学理论，构建了边坡岩体裂隙扩展贯通力学模型，阐明了边坡岩体断裂破坏机理，提出了边坡失稳判据；通过PFC数值模拟，探讨了不同开采水平下坡体位移场和裂隙发展的时空演化规律以及边坡的破坏模式；最后以底摩擦模型试验为研究手段，得出了不同高度边坡在卸荷过程中破坏特征与破坏模式。
本书可供采矿工程和岩土工程领域的科研工作者及设计、施工人员参考，也可作为高等院校采矿工程和岩土工程专业师生的参考书。

第1章 绪论 001
1.1 国内外发展现状 002
1.1.1 岩石卸荷断裂破坏发展 002
1.1.2 岩质边坡岩体卸荷断裂机理发展 005
1.1.3 岩质边坡稳定性发展 008
1.1.4 岩质边坡破坏模式发展 010
1.2 本书主要内容 013
1.3 本章小结 015

第2章 露天矿边坡岩体裂隙卸荷扩展的断裂力学分析 016
2.1 边坡岩体卸荷分区 016
2.2 边坡岩体内部裂隙卸荷断裂力学模型 018
2.3 岩体卸荷内部双裂隙尖端应力强度因子求解 019
2.3.1 单轴拉伸作用下裂隙尖端应力强度因子求解 020
2.3.2 单轴压缩作用下裂隙尖端应力强度因子求解 022
2.3.3 卸荷条件下双裂隙尖端力强度因子求解 024
2.4 卸荷条件下单裂隙岩体应力强度因子求解 027
2.5 卸荷作用下不等长共线裂隙之间相互作用规律分析 028
2.5.1 裂隙倾角的影响 028
2.5.2 裂隙间距的影响 029
2.5.3 大裂隙长度的影响 029
2.5.4 小裂隙长度的影响 030
2.6 边坡岩体端部裂隙卸荷断裂力学模型 031
2.7 岩体卸荷端部裂隙应力强度因子求解 032
2.8 本章小结 033

第3章 岩石裂隙扩展的类岩石材料卸荷试验 034
3.1 试验试样制备与方案 034
3.1.1 试验试样制备 035
3.1.2 试验方案 037
3.2 含内部裂隙的类岩石材料卸荷试验结果分析 038
3.2.1 裂隙扩展过程分析 038
3.2.2 试样裂隙起裂及极限荷载分析 042
3.2.3 理论计算与试验结果对比分析 044
3.3 含端部裂隙的类岩石材料卸荷试验结果分析 045
3.3.1 试样应力-位移曲线分析 045
3.3.2 试样裂隙扩展与破坏形态分析 048
3.3.3 理论计算与试验结果对比分析 054
3.4 本章小结 055

第4章 露天矿边坡岩体卸荷断裂机理与稳定性 057
4.1 开挖卸荷坡体内部裂隙扩展力学模型 057
4.1.1 初始应力作用下裂隙扩展分析 058
4.1.2 采动应力作用下裂隙扩展分析 059
4.1.3 开挖坡体内部裂隙起裂条件和扩展方向 060
4.1.4 边坡卸荷极限安全高度模型 063
4.2 开挖卸荷对含内部裂隙边坡破坏的影响 065
4.2.1 开挖卸荷对边坡岩体破坏定性分析 065
4.2.2 开挖卸荷对边坡岩体破坏定量分析 066
4.3 开挖卸荷坡体内部裂隙扩展长度求解 067
4.3.1 卸荷作用下分支裂隙尖端应力强度因子 067
4.3.2 卸荷作用下分支裂隙端部塑性区范围 067
4.4 开挖卸荷作用下含内部裂隙坡体的断裂破坏机理 069
4.4.1 开挖卸荷坡体内部裂隙间岩桥力学分析 069
4.4.2 初始坡体裂隙组贯通与优势裂隙的形成 075
4.4.3 卸荷条件下优势结构面发展与坡体破坏 076
4.5 开挖卸荷作用下含内部裂隙边坡稳定性分析 076
4.5.1 边坡安全系数推导 076
4.5.2 边坡稳定性影响因素分析 077
4.5.3 工程实例对比分析 078
4.6 开挖卸荷作用下含后缘裂隙坡体的断裂破坏机理 083
4.6.1 开挖卸荷诱发含后缘裂隙边坡失稳的力学基础 083
4.6.2 开挖卸荷坡体后缘裂隙扩展力学模型 085
4.7 开挖卸荷作用下含后缘裂隙边坡稳定性分析 090
4.7.1 边坡安全系数推导 090
4.7.2 影响因素分析 091
4.7.3 工程实例分析 093
4.8 本章小结 096

第5章 露天矿岩质边坡裂隙测量与卸荷破坏的数值模拟 097
5.1 大孤山铁矿地质概况 097
5.2 研究区域边坡岩体裂隙空间分布特征 099
5.2.1 裂隙现场调查与测量 099
5.2.2 裂隙实测样本的聚类分析 100
5.2.3 裂隙地质参数的确定 101
5.3 裂隙岩质边坡颗粒流数值模型 103
5.3.1 裂隙边坡颗粒流建模原理 104
5.3.2 裂隙网络模型的构建与检验 104
5.4 模型选择与参数标定 105
5.4.1 模型选择 105
5.4.2 参数标定 106
5.5 裂隙岩体尺寸效应分析 107
5.5.1 表征单元体及其尺寸 107
5.5.2 工程岩体细观参数的确定 109
5.6 裂隙边坡颗粒流开挖卸荷数值模型的建立 109
5.7 裂隙边坡颗粒流模拟结果分析 110
5.7.1 边坡开挖卸荷裂隙发展的时空演化规律分析 110
5.7.2 边坡开挖卸荷位移演化规律分析 115
5.7.3 边坡破坏模式分析 119
5.8 本章小结 120

第6章 露天矿岩质边坡卸荷破坏的模型试验 122
6.1 试验目的 122
6.2 试验原理 123
6.2.1 相似条件 123
6.2.2 底摩擦模型 124
6.3 试验设备及测量系统 126
6.3.1 试验设备 126
6.3.2 测量系统 126
6.4 边坡开挖卸荷试验设计 127
6.4.1 试验设计 127
6.4.2 相似关系及相似材料 128
6.4.3 试验模型制作 129
6.5 边坡开挖卸荷试验结果分析 129
6.5.1 变形失稳过程分析 129
6.5.2 位移场演化过程分析 135
6.5.3 特征点变形追踪 138
6.6 本章小结 142

参考文献 144

我国是全球最大的铁矿石消费国和进口国，铁矿石对外依存度长期保持在80%左右，资源安全形势严峻。为保障国家资源供给安全，近年来国内铁矿资源开采规模不断扩大，其中露天开采占比高达80%。然而，随着露天矿开采深度不断增加，高边坡乃至超高边坡的稳定性问题日益突出。深部开采过程中的强卸荷作用导致岩体质量劣化、次生应力场频繁调整、节理裂隙扩展加剧，进而引发边坡局部或整体失稳，严重威胁矿山安全生产。因此，深入研究露天矿高边坡岩体卸荷断裂机理与破坏模式，对于保障矿山安全高效开采、推动矿业可持续发展具有重要意义。
本书围绕露天矿高边坡岩体卸荷断裂问题，综合运用现场实测、理论分析、室内试验、数值模拟和模型试验等多种研究手段，系统探究了卸荷条件下边坡岩体的裂隙扩展规律、破坏模式及失稳判据。研究成果不仅丰富了岩土工程领域的边坡稳定性理论，也为露天矿高边坡设计与灾害防控提供了科学依据。
本书的主要内容包括：基于应力叠加原理，推导了卸荷条件下边坡岩体内部和端部裂隙尖端应力强度因子的表达式，揭示了裂隙扩展的力学机制。利用真三轴力学伺服试验系统，研究了含裂隙试样的裂隙扩展演化特征和贯通破坏模式，验证了理论模型的准确性。通过PFC数值模拟，分析了不同开采水平下坡体位移场和裂隙发展的时空演化规律，阐明了开挖卸荷对边坡稳定性的影响。基于底摩擦模型试验，探讨了不同高度边坡在卸荷过程中的破坏特征与破坏模式，揭示了边坡失稳破坏机制。结合断裂力学理论，构建了边坡岩体裂隙扩展贯通力学模型，提出了边坡稳定性系数计算方法，为工程实践提供了理论支撑。
本书的特色在于：
① 多学科交叉：融合断裂力学、岩土工程、数值计算和试验技术，系统研究边坡卸荷破坏机理。
② 理论与试验结合：通过理论推导、数值模拟和物理试验相互验证，确保结论的科学性和可靠性。
③ 工程导向：研究成果直接服务于露天矿高边坡稳定性分析与灾害防控，具有较强的实践价值。
本书的完成得益于陈忠辉教授的指导与支持，在此向他表示诚挚的感谢。同时，感谢研究团队成员的辛勤付出，以及相关科研项目的资助。
由于笔者水平有限，书中难免存在疏漏或不足之处，恳请广大读者和同行专家批评指正，以便在今后的研究中进一步完善。

山西工程科技职业大学
王建明