露天采矿学露天矿边坡稳定性分析与维护

露天采矿学露天矿边坡稳定性分析与维护概述露天矿边坡与其他岩土工程边坡相比具有如下特点：）露天矿边坡的规模较大边坡高度一般为～m最高可达～m边坡走向延伸可达数公里因而边坡揭露地层多边坡各部分的地质条件差异大变化复杂。

）露天矿边坡一般不维护故易受风化作用的影响。

）露天矿场频繁的爆破作业和车辆运行使边坡经常受到动荷载的作用。

同时随着采掘、运输及其他设备日益大型化边坡台阶的负荷有日益增大的趋势。

）露天矿的最终边坡由上至下逐渐形成上部边坡服务期长下部边坡服务期则相对较短。

）露天矿边坡的不同地段要求有不同的稳定程度。

边坡上部地表有重要建筑物不允许变形时要求的稳定程度高。

边坡上有站场、运输线路下部有采矿作业时要求的稳定程度较高。

对生产影响不大的地段稳定程度可要求低一些。

露天矿边坡稳定性分析与维护涉及岩体工程地质、岩体力学性质试验、边坡稳定性分析与计算、边坡治理和监测、维护等工作。

影响露天矿边坡稳定性的主要因素和边坡破坏形式影响露天矿边坡稳定性的主要因素影响露天矿边坡稳定的因素较多其中岩体的岩石组成、岩体构造和地下水是最主要的因素此外爆破和地震、边坡形状等也有一定影响。

现将其主要影响因素介绍如下：）岩石的组成岩石的矿物成分和结构构造对岩石的工程地质性质起主要作用通常强度高的岩石边坡稳定性也高片理、层理发育的岩石边坡稳定性相对较差。

）岩体结构边坡岩体的破坏主要受岩体中不连续面（结构面）的控制。

影响边坡稳定的岩体结构因素主要包括下列几方面：结构面的倾向和倾角一般来说同向缓倾边坡（结构面倾向和边坡坡面倾向一致倾角小于坡角）的稳定性较反向坡差。

同向缓倾坡中岩层倾角愈陡稳定性愈差水平岩层稳定性较好。

结构面的走向当倾向不利的结构面走向和坡面平行时整个坡面都具有临空自由滑动的条件对边坡的稳定不利。

结构面走向与坡面走向夹角愈大对边坡的稳定愈有利。

结构面的组数和数量当边坡受多组相交的结构面切割时整个边坡岩体自由变形的余地大切割面、滑动面和临空面多易于形成滑动的块体而且为地下水活动提供了较好的条件对边坡稳定不利。

其次结构面的数量直接影响到被切割的岩块的大小它不仅影响边坡的稳定性也影响边坡变形破坏的形式。

岩体严重破碎的边坡甚至会出现类似土质边坡那样的圆弧形滑动破坏。

结构面的不连续性在边坡稳定计算中通常假定结构面是连续的实际并非如此。

因此在解决实际工程问题时认真研究结构面的不连续性具有现实

意义。

结构面的起伏差和表面性质结构面的光滑程度对结构面的力学性质影响极大。

边坡岩体沿起伏不平的结构面滑动时可能出现两种情况如果上覆压力不大则除了要克服面上的摩擦阻力外还必须克服因表面起伏所带来的爬坡角的阻力因此在低正应力情况下起伏差将使有效摩擦角增大。

另一种情况是当结构面上的正应力过大在滑动过程中不允许因为爬坡而产生岩体的隆胀时则出现滑动的条件必须是剪断结构面上互相咬合的起伏岩石因而结构面的抗剪性能大为提高。

如果结构面上充填的软弱物质的厚度大于起伏差的高度时就应当以软弱充填物的抗剪强度为计算依据不应再把起伏差的影响考虑在内。

）地下水露天矿的滑坡多发生在雨季或解冻期间说明地下水对边坡稳定性的影响是很显著的。

在边坡稳定性研究中对岩体中地下水的赋存情况、动态变化、对边坡稳定性的影响以及防治措施等都要进行详细研究并做出定量评价。

地下水对边坡稳定性的影响主要表现在以下几方面：静水压力和浮托力当地下水赋存于岩石裂隙中时水对裂隙两壁产生静水压力如下图所示。

当由于边坡岩体位移而产生的张裂隙充水时则沿裂隙壁产生的静

水压力为：静水压力作用方向垂直于裂隙壁作用点在Zw的下三分之一处。

此静水压力厂是促使边坡破坏的推动力。

当张裂隙中的水沿破坏面继续向下流动流至坡脚逸出坡面时则沿AB面（上图）的总浮托力为：此力和沿AB面作用的正应力方向相反抵消一部分正应力的作用从而减小了沿该面的摩擦力对边坡稳定不利。

当岩体比较破碎地下水在岩体中比较均匀地渗透并形成如下图所示的统一的潜水面而且当滑动面为平面时则作用于滑面上的浮托力可用滑面下所画的三角形水压分布来表示。

总浮托力可用下式计算：动水压力（或渗透力）当地下水在土体或碎裂岩体中流动时受到土颗粒或岩石碎块的阻力水要流动就得对它们施加作用力以克服它们对水的阻力这种作用力称为动水压力或渗透力。

动水压力作用方向与渗透方向一致。

动水压力用D表示：动水压力是一种体积力其方向与水流方向一致。

在计算土边坡和散体结构的岩石边坡时要考虑动水压力的作用。

水对某些岩石的软化作用某些粘土质岩石浸水后发生软化作用岩石强度显著降低如含有大量蒙脱石粘土矿物岩体或边坡中的泥质软弱夹层等。

对于主要是由坚硬的岩浆岩、变质岩构成的边坡岩体水的软化作

用一般不显著但这些边坡的断层破碎带中常有大量粘十质充填物存在在研究这些断裂而的强度和稳定性时要特别注意水对这些岩石的软化作用。

）爆破震动露天矿爆破产生的地震波给潜在破坏面施以额外的动应力可使岩石节理面张开甚至使岩石破碎促使边坡破坏在边坡稳定分析中必须考虑此附加外应力。

专门研究表明爆破震动对岩体造成的损害取决于岩体质点振动速度的大小。

质点振动速度的影响可用下列临界速度估计：≤cms完整岩体不破坏~～cms岩体出现少量剥落～cms发牛强烈拉伸和径向裂隙＞cms 岩体完全破碎对于爆破造成的岩体质点振动速度目前研究尚不充分通常采用下列经验公式确定：利用上述公式计算v值时必须先通过爆破试验确定系数K和a。

在边坡稳定性计算时一般不直接引用v值而要将其转换为振动力。

转换的程序是取爆破地震的实测图谱把爆破波的主振相作为正弦波处理根据谐振公式求出爆破地震造成的质点加速度：分析边坡稳定性为了安全起见将上式计算所得的a值视为水平加速度。

考虑到作用在岩石质点上的振动力属于体积力故已知水平加速度a值后即确定各质点振动的水平力。

为了简化计算取此水平力为岩体重力的Ka倍即F=KaWKa=ag。

式中F为指向矿坑的水平振动力W为滑体重力g为重力加速度。