弱层是导致露天煤矿滑坡的重要因素,如何对含弱层非均质边坡稳定性进行评价是露天开采领域亟需解决的难题。传统的极限平衡法通过静力平衡方程和力矩平衡方程进行稳定性分析,建立的方程属于超静定问题,需引入大量假设条件,计算过程复杂。相比于极限平衡法,极限分析法通过构建静力许可的应力场和运动许可的速度场寻求边坡岩土体变形破坏机构,理论基础严密,推导过程严谨,尤其对于三维边坡稳定性问题,不必建立大量平衡方程组,计算过程简单、计算结果准确。现阶段极限分析法对均质边坡稳定性分析问题给出了较好的解答,但对于含弱层非均质边坡稳定性的极限分析研究相对较少,因此难以应用于工程实践中。为解决露天煤矿含弱层非均质边坡稳定性分析问题,论文基于塑性力学基本原理构建了满足速度分离要求的二维、三维含弱层非均质边坡变形破坏机构,采用坐标转换、最小二乘法拟合的方式推导了直角坐标系下边坡岩土体外力功率及内能耗散率计算方法,依据上限分析定理及强度折减原理,提出了最危险滑面搜索及稳定系数计算方法,将边坡稳定性分析问题转化为多约束非线性最优化求解问题,编制了最危险滑面搜索及稳定系数计算循环程序,扩宽了上限分析法的适用范围,通过在中轴面位置处插入拉伸块体的方式揭示了滑体长高比与含弱层非均质长大边坡三维稳定性之间的定量关系,并将研究成果应用于胜利东二露天煤矿南帮边坡工程实践中,充分验证了该方法计算结果准确性。研究结果表明:二维状态下含弱层非均质边坡破坏机构由组合对数螺旋线与弱层线构成,三维状态下破坏机构由曲线圆锥与弱层面构成,二维上限分析法与剩余推力法以及三维上限分析法与三维JSlope3D极限平衡分析软件稳定系数计算结果误差率均小于10%,三维稳定系数随插入块体长度的增加而降低,直至插入块体长度达到500m时,三维稳定系数随插入块体长度的增加无明显变化,此时三维稳定系数近似等于二维稳定系数,表明胜利东二露天煤矿南帮边坡滑体长高比大于4.3时,可忽略边坡的空间效应,应用二维稳定性分析方法来评价其稳定性即可。该论文有图33幅,表13个,参考文献184篇。