露天矿边坡稳定性分析方法

露天矿边坡稳定性分析方法
摘要：目前，随着我国基础建设事业的发展，越来越多的边坡工程开始出现。

随着露天矿山开采深度的增加，开挖扰动会导致岩体工程不断劣化，应力环境将
会更加复杂，威胁到矿山生产的正常进行。

基于此，必须加强开挖扰动对露天矿
边坡稳定性影响分析，以进一步保证矿山安全。

关键词：露天矿边坡；稳定性；安全因素
引言
在露天矿开采活动中，边坡失稳的现象非常常见，如不能得到妥善处理，很
容易出现安全事故。

在本文中，笔者从露天矿边坡的特点入手，对影响露天矿边
坡稳定性的安全因素展开分析，提出提升露天矿边坡稳定性的有效策略，为该方
面的工作人员提供有价值的参考资料。

1露天矿边坡的特征
1.1露天矿的边坡比较高，有些边坡在几十米到几百米之间，有些边坡甚至会达到数千米高，经过相应的观察可以发现，所揭露的岩层越多，那么边坡的差异
就会越大，而且边坡也就会变得极为的复杂，岩体在暴露的过程中，整个岩体暴
露的时间就会变得更长，而且岩体的完整性也比较差，岩体呈现出破碎性，经常
相应的试验发现整个岩体的强度也是极低的。

1.2露天矿在形成的过程中，最终的边坡主要是从上部到下部逐渐的形成的，而且由于上部的年限比较长，在这种情况下就会缺乏稳定性，与此同时也具有着
一定的时效性，从本质上来说，由于年限的不同，其边坡的上部和下部的稳定性
也就存在着一系列的差异。

1.3露天矿场在开采的过程中，每一天都必须要进行穿孔、运输和爆破处理，这样就会产生一定的振动，对于周围的边坡是有着一定的影响的，在超出边坡承
受范围的时候边坡的稳定性就会下降甚至出现一定的危险。

1.4边坡主要是由于露天矿体被不断的开采导致的，在这样的情况下，边坡的稳定性就在不断的变化，随着时间的推移和矿体的不断开采，边坡的稳定性会逐
渐的下降。

1.5边坡的主要类型按照几何形状可以将其分为内陷边坡、倾斜边坡和外鼓边坡等，根据露天矿的坡体可以将其分为泥土边坡、岩石边坡、尾矿坡和构筑堆坡。

2影响露天矿边坡稳定性的安全因素
2.1地质因素
一是岩石性质与结构产生的影响。

在地质作用的影响下，多种矿物依据一定
的规律聚集到一起，形成岩石。

岩石的矿物组成状况对其性能产生影响，如其抗
风化性等。

岩石的力学性质及强度都会受到岩石矿物成分与结构的影响，进而影
响到整个边坡的稳定性。

二是岩石的孔隙度产生影响。

岩石的吸水性受到岩石的
孔隙度影响。

在孔隙度不断增大的过程中，岩石强度会下降，进而导致岩体的抗剪、抗压、抗弯状况不佳。

三是岩体结构面产生影响。

岩体内不形成的具有一定
方向的。

规模形态的地质界面就是结构面。

结构面对影响边坡的稳定的。

岩体内
的缝隙与节理为地表水的渗入创造了条件，使得岩体的抗剪强度进一步下降。

结
构面还会对岩体滑体的边缘产生影响。

四是地应力的影响。

除了自重应力之外，
地应力还涵盖温差应力、震动应力、残余应力与水应力等。

2.2边坡结构因素
一是台阶高度与平台宽度会对边坡的稳定性产生影响。

在现实中，应从矿岩
的埋藏状况、力学性质、穿爆作业、采掘作业面等来确定台阶的高度与平台宽度。

一般来说，大中型矿山多设置8-15m高的台阶。

坡角会受到平台宽度的影响，在
设定平台宽度的过程中应考虑运输需求与安全需求。

二是边坡角和边坡高度会对
边坡的稳定性产生影响。

如果边坡角一样，边坡的稳定性会随着其高度的增加而
降低。

这是因为边坡的自重力逐步加大，导致边坡滑动产生的剪切力增大。

如果
边坡高度既定，则边坡角越大，边坡的稳定性越差。

三是台阶坡面角与最终边坡
角对边坡的稳定性产生影响。

2.3水因素
矿岩的性能会受到水因素的影响。

在页岩与凝灰岩中，水有润滑剂的作用，
在岩体裂缝中，水会产生压力与浮力。

与此同时，岩体内的动水会产生一定压力，导致岩体下滑力增加，地下水则多导致边坡稳定性下降。

一是静水压力的影响。

存在与岩石裂缝内的水会产生静水水压。

当这些水向下流动的时候，其会对所沿
着的坡面产生一定浮力。

二是动水压力的影响。

裂隙中流动的地下水会给岩石带
来一定压力，这种压力就是动水压力，其作用放下为水流的切线方向，其会促使
岩体向下滑动。

当动水压力非常大的时候，其会将岩石内的可溶解成分带走，对
岩体产生侵蚀影响，导致岩体的稳定性下降。

如果黏土质岩体与节理裂隙发育的
岩体内含有非常多的水量，内聚力与摩擦力都会下降，抗剪性能降低。

3露天矿边坡稳定分析方法
一般有两种对滑坡含义的解释:一种是普遍认为的，大范围边坡岩体岩土体顺
坡向下滑移的现象统称为滑坡，包括地质灾害中经常遇到的岩石崩塌和泥石流等;另一种是专业性解释，是指在地质条件一定的地形下，当外界条件变化以及自然
或人为因素影响，使岩体内部力学平衡被打破，造成边坡整体或部分松动在自重
或周围岩体的重力作用下沿滑动面滑移的重大地形变动现象称为滑坡，其特点为
整体的、缓慢的、间歇性的破坏。

3.1定性分析法
定性方法根据数值计算得到应力结果，从而进行强度判断，划分相应的破坏区，按照破坏区的确切位置和范围进一步进行边坡稳定性的评价。

该法对于岩土
体边坡破坏区的取值很小，对没有出现边坡岩土体破坏区的岩土坡不能做出一个
正确的稳定评价。

3.2极限平衡法
极限平衡法在治理研究工程中得到了很好的应用，在边坡稳定性分析中经常
被采用。

其中心思想是按照某种既定的规则，划分某个范围内边坡岩体成为许多
小块体，之后用极限平衡理论进行边坡稳定性分析。

极限平衡分析方法主要包
括:Fellenius法、Bishop法、Janbu法、Morgenstern－Price法、滑楔法、不平衡推力法、Sarma法。

3.3数值分析法
(1)有限元法。

有限元法在边坡稳定分析中，应用分析线性或非线性几何体，
不连续性和非均匀性也可以考虑在内。

但由于物理参数的选取对该法影响较大，
解决不了岩体内大量的不连续面与节理的问题，尤其对于求解无限域、大位移、
大变形、应力集中等问题不利。

(2)快速拉格朗日法。

即有限差分法，由Cundall．P．A在20世纪70年代首
次提出，并在美国Itasca咨询公司的首先使用下得到推广，其基本原理类与离散
单元法相同。

与有限元分析方法相比，该方法具有可以研究任意时间段内某一流
体质点流速的变化情况、运动经过的地方所形成的轨迹以及加速度变化时的特性。

该方法求解速度非常快，能够迅速得到实验所需的结果，适合求解非线性大变形
等问题。

其不足之处在于，在计算边界与网格的划分上具有很大的不确定性，会
给计算结果带来很大的误差。

结语
综上所述，随着国民经济的快速发展，各种大型露天矿山被开发。

在边坡开
挖过程中，开挖扰动会导致原有的应力平衡状态受到破坏，新形成的人工边坡存
在一定的稳定性问题。

因此，必须合理分析开挖扰动对边坡稳定性的影响，合理
安排施工切实保证工程建设符合安全经济和合理原则，实现安全、高效的资源开采。

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