露天矿山边坡稳定性影响因素及分析方法研究

露天矿山边坡稳定性影响因素及分析方法研究

发表时间：2018-11-28T14:24:51.693Z 来源：《基层建设》2018年第29期作者：陶学锋

[导读] 摘要：本文分析了露天矿山边坡特点及露天矿山边坡稳定性的影响因素，研究了边坡的稳定性情况，最终得到了新设计露采边坡合理坡型设计参数，并对现有边坡提出了有效的安全稳定性治理措施，确保该矿露天边坡的安全，为该矿安全稳定生产奠定了基础。

四川省煤田地质工程勘查设计研究院四川成都 610000

摘要：本文分析了露天矿山边坡特点及露天矿山边坡稳定性的影响因素，研究了边坡的稳定性情况，最终得到了新设计露采边坡合理坡型设计参数，并对现有边坡提出了有效的安全稳定性治理措施，确保该矿露天边坡的安全，为该矿安全稳定生产奠定了基础。

关键词：露天矿山；边坡稳定性；影响因素；分析方法

一、露天矿山边坡稳定性影响因素

1岩体特征及结构影响

在岩体特征因素中，岩性特征的内容一般包括岩体本身的自重、孔隙度、岩体的内聚力、抗压强度和抗剪强度。此类特征的存在，都会在一定层面上影响到露天矿山边坡的稳定性，尤其是岩体自身的抗剪强度的大小，能够直接决定了露天矿山边坡的是否会产生滑动，发生事故。一般而言，露天矿山中的岩体本身具备的抗剪强度越高，对于露天矿山边坡的稳定性越有正面的帮助[2]。在岩体结构方面，当岩体自身在结构上足够稳定，一定会影响露天矿山边坡的稳定。当露天矿山边坡出现滑动时，滑动的轨迹具有一定的规律，即会伴随着露天矿山岩体的结构构造顺溜下滑。此时，如果露天矿山的边坡坡向和山体的结构面之间的交线倾斜角度一直，那么滑动事故就会发生，此时作为采矿管理人员就需要针对该项问题进行关注和解决。反之，当岩体结构面中的黏粒含量比较少，表面的颗粒之间十分粗糙，泥质物质的填充物料越单薄，此时的露天矿山边坡稳定性更高。

2人类采矿活动影响

在人类采矿活动影响因素中，主要包括三点，分别是爆破震动荷载、附加荷载以及开采顺序和推进方向。其一，在开展露天矿山爆破施工时，会使边坡岩体本身的应力受到一定的影响，如果应力集中区在不断扩大至一定程度后，就会造成露天矿山边坡滑动事故。对于爆破振动而言，其主要是由边坡所受到的振动频率以及速度快慢决定，而影响此类结果的因素包括岩石本身性质、地质、炸药量等。其二，附加荷载为露天矿山施工团队在边坡顶部堆积机械、废弃石材、矿山钻车、挖掘机等矿山开采设备自带的重量，都会对露天矿山山体形成附加性的荷载，继而降低边坡的稳定性。其三是采矿工作的开采次序以及推进方向影响因素。当推进实际的露天矿山采矿工程施工时，如果工程开采的次序推进不科学，亦或是直接在开采的过程中运用掏采的方式从露天矿山边坡的底部进行，此种开采方式形成的浮石、空洞，是影响边坡稳定性的重要因素。

3露天矿山地表、地下水影响

在露天矿山稳定性的众多影响因素中，地表水这一影响因素的存在，在具体的体现上为侵蚀边坡岩体。该种影响的出现时节，主要是在雨季时节和冰雪刚刚解冻的时间点上。在此背景下，岩体会受到裂缝中充水的影响，增加原有的岩体裂缝，从而失去岩石本身固有的约束力。另一方面，当岩体内充水之后，露天矿山的边坡岩体会被充水的结果软化，继而负面降低了岩石体的固有强度和摩擦力，造成边坡的稳定性降低。

4露天矿山岩石体、风化及植被影响

在进行影响露天矿山边坡稳定性因素的分析时，还包括以下几个方面。其一是指露天矿山岩石体的构造力的作用，在该项影响因素中，质构造的运动期间形成的应力，会体现在触发式效应，以及积累效应方面上。其二，是指露天矿山岩石体的风化、植被作用。此类影响边坡稳定性的因素中，风化作用的成因是露天矿山所在地空气、温度的变化、降水量、积雪和风沙蚀变等，引起的表现是将岩体的原生以及构造结构面进行了扩大化处理，将岩体裂缝的进行了加大。

二、边坡稳定性分析的主要方法

1极限平衡法

极限平衡法是将滑动范围内的岩土体按规则划分为小块体，通过分析块体的受力平衡条件来构建平衡方程，以安全系数表示其稳定程度。对于直线型滑动，安全系数定义为抗滑力与下滑力之比；对于曲线型滑动，安全系数则为抗滑力矩与下滑力矩之比。其评判标准为：安全系数大于1时呈稳定状态；等于1时处于临界状态；小于1时为失稳状态。由于边坡结构常常比较复杂、影响因素多种多样，常有安全系数大于1发生破坏，而小于1反而稳定的矛盾现象。因此，极限平衡法还需要进一步的发展和完善。

2基于FLAC30强度折减的有限差分法

FLAC30强度折减法是一种新起的针对性比较强的分析方法，通过折减岩土体抗剪强度参数，代入有限差分软件一直计算到不收敛为止，使边坡处于破坏状态而得到滑动破坏面。这种方法不需事先假定滑移面的形式和位置，可直接得到安全系数，并判断边坡是否处于安全状态和可能发生滑坡的区域。以A为例进行点的应力分析，假设岩体抗剪强度以折减系数F。进行折减，当逐渐增加折减系数，岩体的抗剪强度会逐渐降低，边坡的塑性区范围会逐渐扩大，当折减系数增加到一定程度时，塑性区形成连通区域，则认为边坡已发生破坏。此时的强度折减系数即为边坡的整体安全系数，滑裂面的位置可根据位移等值线和剪应力等值线的疏密程度以及塑形区的范围来确定。

3基于强度折减的有限元法

有限元法是将岩土体分割成不同大小和种类的小区域，然后分析每一个单元的受力情况，再组合成整个系统并构成系统方程组，然后求解。这种方法主要依据弹塑性理论，得出完整的应力、应变结果，再折减所有单元的强度指标直至失去平衡，以此来评价边坡的稳定。该方法具有如下优点：可分析任何形状的结构体，对于几何条件、荷载条件和材料分区较为复杂的问题，也能够解决。理论体系更为严密，除线性分析外，还可进行非线性分析，并考虑边坡内部的应力、应变问题，满足变形协调条件。无需预先假定滑裂面的位置和形状，就可自动找出潜在滑裂面并计算安全系数。可根据塑性区的扩展调整荷载分布。

三、防止露天矿山边坡稳定性灾害方法

①加大对于露天矿山边坡所处位置的地质勘察工作强度。②掌握地下水源资料。依照勘探出的地下水源资料，针对水源的具体位置进行导流，采用的方式可以是注浆堵水或者是挖掘排水沟等，最大程度减低地表水对于露天矿山边坡稳定性造成的伤害。③监测露天矿山边坡。构建完善的露天矿山边坡状况监测系统，应用微震监测技术、AE发射技术最大程度提升监测工作的质量，掌握露天矿山边坡岩体结构