节理裂隙对露天采场陡倾边坡稳定性的影响研究.pdf

Series No.568October 2023 金 属 矿 山METAL MINE 总 第568 期2023 年第 10 期收稿日期 2023-02-17基金项目 第二次青藏高原科学考察与研究拨款项目(编号:2019QZKK0708)。作者简介 王智佼(1986),男,高级工程师。通信作者 李 勇(1992),男,博士研究生。安全与环保节理裂隙对露天采场陡倾边坡稳定性的影响研究王智佼1 李 勇2,3 尹健斌4 杨 帆4 陶志刚4(1.甘肃长达路业有限责任公司,甘肃 兰州 730000;2.中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京 100083;3.煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室,北京 100083;4.深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京 100083)摘 要 节理裂隙对岩体的强度有着重要的影响,而露天矿开采中的边坡失稳多因岩体的强度较低所引起,因此,对节理裂隙进行研究有助于解决矿区开采的安全性问题。以土屋露天铜矿为工程背景,利用声波测井、测线法和节理宽度调查(赤平极射投影法)对矿区岩体节理裂隙进行分析,再利用离散元数值模拟的方法对不同节理产状的边坡进行佐证 NPR 锚索的力学试验模拟。研究表明:根据调查结果可将矿区分成 4 个区域,其中区和区边坡岩体为 4 级围岩,区和区边坡岩体为 5 级围岩,矿区整体岩体质量较差,节理发育程度较高,存在边坡失稳问题;NPR 锚索具有超强的力学锚固特性,数值模拟试验对比中 NPR 锚索的约束效果为 PR 锚索的 10 倍左右,在破碎岩体中支护效果异常明显,体现出良好的补偿力学行为。本研究对露天矿区的边坡节理裂隙进行了综合分析,为其露天矿边坡的稳定性研究提供科学依据。关键词 节理 裂隙 边坡 NPR 锚索 数值模拟 中图分类号TD854.6 文献标志码A 文章编号1001-1250(2023)-10-196-09DOI 10.19614/ki.jsks.202310028Influence of Joints and Fissures on the Stability of Steep Slopes in Open-pit StopesWANG Zhijiao1 LI Yong2,3 YIN Jianbin4 YANG Fan4 TAO Zhigang4(1.Gansu Changda Highway Co.,Ltd.,Lanzhou 730000,China;2.College of Geoscience and Surveying Engineering,China University of Mining and Technology-Beijing,Beijing 100083,China;3.State Key Laboratory for Fine Exploration and Intelligent Development of Coal Resources,Beijing 100083,China;4.State Key Laboratory for GeoMechanics and Deep Underground Engineering,Beijing 100083,China)Abstract The joints and fissures have an important influence on the strength of the rock mass,and the instability of the slope in the open pit mining is mostly caused by the low strength of the rock mass.Therefore,research on joints and fissures is helpful to solve the safety problem of mining in mining areas.Taking Tuwu Open-pit Copper Mine as the engineering back-ground,acoustic logging,line measurement method and joint width investigation(stereographic projection method)were used to analyze the rock mass joints and fractures in the mining area,and then discrete element numerical simulation method was used to carry out the mechanical test simulation of NPR anchor cable for slopes with different joint types.The research shows that:According to the survey results,the mining area can be divided into four regions,among which the slope rock mass in and areas is level 4 rock mass,and the slope rock mass in and areas is level 5 rock mass.The overall quality of rock mass in the mining area is poor,the joint development degree is high,and the slope instability problem exists.NPR an-chor cable has strong mechanical anchoring characteristics,and the restraint effect of NPR anchor cable is about 10 times that of PR anchor cable in numerical simulation test comparison.The support effect of NPR anchor cable in broken rock is unusual-ly obvious,reflecting good compensation mechanical behavior.In conclusion,a comprehensive analysis of the slope joints and fissures in the open-pit mine area provides a scientific basis for the stability research of the open-pit mine slope.Keywords joint,fissure,slope,NPR cable,numerical simulation 露天矿开采过程中主要的安全隐患为边坡的失稳问题,节理裂隙的存在严重影响岩体的强度,是导致边坡变形和破坏的主要因素之一1。因此,对矿区的节理裂隙进行研究,有助于探明露天采场的薄弱691区域,从而为矿区的安全治理提供依据。国内外学者对含节理裂隙的岩体进行了许多研究。室内试验方面:靳瑾等2利用单轴压缩试验,分析了裂隙倾角对岩体破坏模式的影响规律;唐礼忠等3通过对节理裂隙倾角进行研究,得出倾角较大时,岩石有明显的脆性性质的结论。理论分析方面:周震4通过研究岩石内部的节理裂隙分布特征,提出一种新型的节理裂隙提取分割算法;吴爱祥等5通过 CT 扫描技术对含节理裂隙的岩体进行研究,验证了岩体颗粒与堆体渗透性的关系;沈宝堂等6基于 G 准则提出了 F 准则。随着计算机技术的不断发展,有限元法、边界元法、有限差分法等数值模拟技术不断地深入工程应用分析中7。上述对含节理裂隙的岩体的研究过于单一,实际的矿区开采中现场工况复杂多变,应采用多数据、多对比的方式对其进行分析8。因此,本文基于土屋铜矿露天采场复杂的工程地质背景,使用数学公式与现场声波监测相结合的方法(正态拟合分级)对矿区边坡破碎度进行研究,再利用测线法和节理张开度对矿区节理裂隙进行现场调查(辅助赤平极射投影的生成),佐证正态拟合分级的可行性,最后再利用离散元数值模拟的方法进一步验证上述现场调查 3 种方法的正确性,并利用离散元数值模拟的方法证明NPR 锚索的超常力学特性,为其他破碎岩体的支护提供依据。1 矿区工程地质概述土屋铜矿露天采场位于新疆哈密市,位于塔里木板块与准格尔板块对接带北侧,南距板块边缘断裂 康古尔塔格深大断裂仅 3 km,断裂及其以南即为两大板块缝合带 秋格明塔什 黄山韧性剪切带。由于矿区附近存在多个断裂带,故矿区岩体的稳定性受断裂带的影响较大,内部岩体存在多条节理裂隙。本次调查主要研究 616、628、640、652 和664 m 台阶边坡,如图 1 所示。图 1 露天采场示意Fig.1 Schematic of the open pit由于矿区位于板块交界处,板块运动较为强烈,因此矿区内部主要以侵入岩和火山岩为主,岩性主要表现为玄武岩、安山玢岩和次闪长玢岩等,如表 1 所示。根据单轴压缩试验,三轴压缩试验得出边坡岩性参数如表 2 所示。表 1 岩组划分及岩性特征Table 1 Division and lithologic characteristics of rock groups岩性岩性标志玄武岩灰绿暗绿色,变余斑状间粒结构,块状、杏仁状构造。斑晶主要为斜长石,次为暗色矿物,多已被绿泥石、碳酸盐矿物取代安山岩浅灰绿灰紫色,玻晶交织结构,块状、杏仁状构造。由斜长石组成,多呈板条状微晶。斜长石间分布有不规则绿泥石、绿帘石次闪长玢岩深灰绿色,少斑状半自形粒状结构,块状构造。表 2 边坡岩性参数Table 2 Slope lithology parameters岩性密度/(kg/m3)体积模量/GPa剪切模量/GPa抗拉强度/MPa黏聚力/MPa泊松比内摩擦角/()安山岩2 86112.888.3112.58 16.440.252次闪长玢岩2 77812.728.3817.976.370.23562 正态拟合分级下的声波测井试验研究全波列声波测井主要是利用沿井壁传播的声波滑行波,来探测井壁岩体的裂隙损伤结构9。应用射线声学理论分析,当发射声源(发射换能器)的几何尺寸小于声波的波长时,发射声波的指向性较差,在井孔中激发的声波则以不同的角度辐射到井壁上,并在井液与井壁的界面上发生反射及折射,而折射使部分声波能量进入岩体10。同理,滑行波在传播过程中亦可以 90入射角,不断折射回井液,并被接收换能器拾取。2.1 正态拟合分布分级法采用最小二乘法的正态拟合分布模型分析纵波波速数据,在工程应用上经过实践已经能够很好地对纵波波速进行分段,从而更有针对性地对工程上的岩体进行质量分级,可以真实地反映岩体的实际状况,其推导公式如下11。将纵波波速转换成概率密度曲线:S=i=1n-1Ni+Ni+1()Vpi+1-Vpi()/2Di=NiS,(1)式中,Vpi为第 i 岩体的声速值;Ni为第 i 个岩体的声速值个数;S 为声波数据曲线与坐标横轴之间的面积;Di为概率归一化后的第 i 个岩体指标。正态分布的概率密度函数:791 王智佼等:节理裂隙对露天采场陡倾边坡稳定性的影响研究 2023 年第 10 期f(x,u,)=12e-(x-u)222,(2)式中,为正态分布的期望值;为正态分布的标准差。随后利用正态分布概率密度函数推导出函数:F(x)=f(x,u1,1)+(1-)f(x,u2,2),(3)即F(x)=ni=1if(x,ui,i),(4)式中,n 为正态分布概率密度函数数量;i为第 i 个正态分布概率密度函数权重;i为第 i 个正态分布概率密度函数中期望值;i为第 i 个正态分布概率密度函数中标准差。由图 2 所示,拟合后的曲线根据纵波波速将岩体质量分成 4 个等级,且与纵波波速测得的岩体完整性系数分级法相近,因此具有较强的科学性。具体分级如下:(1)将纵波波速大于 5 100 m/s 的区域划分为级。(2)将纵波波速为 4 4005 100 m/s 的区域划分为级。(3)将纵波波速为 3 5004 400 m/s 的区域划分为级。其中 3 5003 900 m/s 划分为2 级,3 9004 400 m/s 划分为1 级。(4)将纵波波速小于 3 500 m/s 的区域划分为级。图 2 正态分布拟合曲线示意Fig.2 Schematic of the normal distribution fitting curves2.2 现场声波钻孔分析由于横波在穿过相同地层时比纵波的传播速度慢,因此在地球物理勘探中横波波速 Vs的分辨率要比纵波波速 Vp高 12。本次采用全波列声波测井仪器对矿区不同区域的 5 个钻孔(A、B、C、D、F)进行横波波速监测,利用纵波波速约为横波波速的 1.61.7倍计算出纵波波速13,再参考纵波波速正态拟合岩体分级曲线(如图 2 所示),进而得到矿区的岩体质量等级。由图 3 可知,A 孔区域的纵波波速范围约为 1.42.6 km/s;B 孔区域的纵波波速范围约为 1.62.2 km/s;C 孔区域的纵波波速范围约为 1.5 2.6 km/s;D 孔区域的纵波波速范围约为 1.6 2.7 km/s;F 孔区域的纵波波速范围约为 1.52.5 km/s。对比图 2 的正态分布拟合曲线示意图可知,钻孔区域的岩体质量等级表现为级,岩体完整性较差,因此内部岩体的节理裂隙较为发育,岩体较为破碎。图 3 矿区波速监测曲线Fig.3 Mine wave velocity monitoring curves3 现场边坡节理裂隙地质调查分析研究3.1 测线法分析矿区边坡节理裂隙节理裂隙是影响边坡稳定性的重要因素之一,通常可以从以下几个几何参数来加以描述:节理产状、节理组数、节理间距、粗糙度和节理裂隙宽度等 14。因此,从以上几何参数入手,采用测线法对露天采场的边坡稳定性进行现场节理调查分析,边坡部分参数如表 3 所示。采用测线法选择台阶上露头良好、地面平整、具有永久标识的地段布置详细测线。每条测线上根据台阶长度设置若干个测站,测站沿着边坡走向设置,长度不等,约 1050 m 一个。测线沿着边坡倾向间距 12 m,每个测站辐射范围 600 m2。(1)604 m 台阶边坡。604 m 台阶边坡共设置 9个测点,经过现场调查,604 m 台阶边坡累计测量节理19 条,软弱夹层7 条。节理和裂隙分布密度 f=115 条/m。边坡东部南北走向边坡坡面节理最为发育,岩体完整性分类属于破碎和较破碎,由于604 m 台891总第 568 期 金 属 矿 山 2023 年第 10 期表 3 边坡参数Table 3 Slope parameters边坡区域高度/m坡角/()节理走向数量/(条/m)主要成分604 m 台阶1268陡倾顺层边坡115次闪长玢岩616 m 台阶1267陡倾顺层边坡323次闪长玢岩628 m 台阶1268南侧和东侧边坡岩体较破碎125次闪长玢岩640 m 台阶1268陡倾顺层边坡125次闪长玢岩652 m 台阶1271陡倾反层边坡222安山岩664 m 台阶1272陡倾反层边坡58安山岩阶范围较小,因此没有发现明显的滑坡、崩塌等灾害,底部未见积水。(2)616 m 台阶边坡。616 m 台阶共设置 30 个测点,经过现场调查,616 m 台阶边坡节理裂隙、弱层极其发育,其中累计调查 21 组节理,20 组软弱夹层;具体表现为局部滑坡体 2 处、楔形破坏 1 处、小断层1 处、危岩体 2 处。节理和裂隙分布密度 f=3 23条/m。(3)628 m 台阶边坡。628 m 台阶共设置 48 个测点,经过现场调查,整个台阶东北角边坡和西南角边坡受 F16 断层控制,岩体极其破碎;南侧和东侧边坡岩体较破碎,北侧和南侧边坡中部岩体较完整。经过现场工程地质调查,628 m 台阶上发现:节理裂隙和弱层极其发育,其中累计调查 28 组节理,50 组软弱夹层;局部滑坡体 2 处、楔形破坏 1 处、F16 断层 1处、危岩体 1 处。节理和裂隙分布密度 f=1 25条/m。(4)640 m 台阶边坡。640 m 台阶边坡共设置 33个测点,经过现场调查,640 m 台阶边坡上发现节理裂隙、弱层极其发育,其中累计调查 25 组节理,38 组软弱夹层;F16 断层 1 处、危岩体 3 处。节理和裂隙分布密度 f=125 条/m。(5)652 m 台阶边坡。652 m 台阶边坡共设置 10个测点,经过现场调查,整个边坡中部岩体较完整,东西端帮边坡碎石、砾石及砂土堆积。652 m 台阶上发现节理裂隙、弱层极其发育,其中累计调查 21 组节理,10 组软弱夹层,危岩体 1 处。节理和裂隙分布密度 f=222 条/m。(6)664 m 台阶边坡。664 m 台阶边坡共设置 12个测点,经过现场调查,整个边坡中部岩体较完整,东西端帮边坡碎石、砾石及砂土堆积。节理裂隙、弱层极其发育,其中累计调查 1 组节理、16 组软弱夹层、危岩体 1 处。节理和裂隙分布密度 f=58 条/m。综上所述,经过现场地质调查,矿区内的节理裂隙较为发育,岩体完整性较差,部分区域存在滑坡、危岩失稳等问题,如图 4 所示。图 4 现场调查工况Fig.4 On-site investigation working diagram3.2 根据节理宽度分析矿区边坡岩体质量节理裂隙的宽度是评价一个矿区岩体稳定性的重要指标之一,一定程度上可以直观地反映出矿区的岩体破碎程度。节理裂隙的宽度代表岩体的张开度,张开度越大代表结构面失稳越严重,根据铁道工程地质技术规范(TBJ 12-85)可以把节理裂隙的张开度分成 4 个等级 15,如表 4 所示。根据露天采场对节理裂隙和软弱夹层的现场工程991 王智佼等:节理裂隙对露天采场陡倾边坡稳定性的影响研究 2023 年第 10 期表 4 节理裂隙张开度划分Table 4 Division of joint crack opening degree节理裂隙张开度/mm5.03.05.01.03.01.0节理裂隙张开程度宽开张开微张开密闭地质调查得出 604 m 台阶边坡、616 m 台阶边坡、628 m 台阶边坡、640 m 台阶边坡、652 m 台阶边坡和 664 m 台阶边坡的节理裂隙宽度值如图 5 所示,再对比表4 的节理裂隙张开度划分,对矿区边坡的稳定性进行分析。由图 5 可知,604 m 台阶边坡节理裂隙最小宽度为 5 mm,616 m 台阶边坡节理裂隙最小宽度为 9 mm,628 m 台阶边坡节理裂隙最小宽度为 17 mm,640m 台阶边坡节理裂隙最小宽度为 5 mm,652 m 台阶边坡节理裂隙最小宽度为 5 mm,664 m 台阶边坡节理裂隙最小宽度为 8 mm。经对比可知,矿区边坡的节理裂隙张开度均大于 5 mm,属于宽开程度,节理裂隙较为发育,岩体完整性较差,容易发生边坡滑移、失稳等问题。图 5 矿区边坡节理宽度统计柱状图Fig.5 Statistical bar chart of joint width in mining area综上所述,可以将整个矿区划分为 4 个分区(如图 6 所示)。运用节理分析软件 DIPS 程序,统计分析 4 个分区调查结果,得到土屋铜矿采场总体境界内节理裂隙构造赤平极射投影统计如图 7 所示。图 6 工程地质分区Fig.6 Zoning map of engineering geology由节理调查资料结合赤平极射投影图可知,矿区节理走向主要沿 NE 向和 EW 向。通过对岩体节理裂隙统计数据分析可以看出,从不同分区的矿岩节理密度来看,区岩体平均节理密度较小,为4.8 条/m,图 7 节理裂隙构造统计分析(整个矿区)Fig.7 Statistical analysis of joint and fracture structure(whole mining area)区岩体平均节理密度较大,为 7.2 条/m,区岩体平均节理密度较小,为 3.1 条/m,区岩体平均节理密度较大,为 6.7 条/m。因此可将矿区内区和区边坡岩石划分为 4 级围岩,区和区边坡岩体划分为 5 级围岩。从整个现场节理裂隙统计分析结果来看,平均节理密度为 5.45 条/m,矿区的节理裂隙发育程度为较发育程度,矿区边坡岩体存在失稳问题。4 节理裂隙对边坡影响的数值模拟试验研究根据上述调查研究发现,不同节理倾向和不同节理密度的边坡稳定性各不相同16。因此,基于表 3的现场工程地质调查背景,以 616 m 台阶边坡(顺层倾向边坡)、628 m 台阶边坡(破碎岩体边坡)、652 m台阶边坡(反倾向密集节理边坡)和 664 m 台阶边坡(反倾向稀疏节理边坡)部分区域为研究对象(如图 8所示),利用 3DEC 离散元数值模拟技术分别模拟 4个边坡的失稳情况,佐证调查结果,为边坡失稳的防治提供科学依据。根据现场边坡调查研究,建立长宽高为 45 m10 m17 m 的数值模拟模型,节理走向的选取方式主要根据实际节理调查中破碎较为严重区域,选取较多走向的节理为建模依据,忽略其他影响较小的节理,因此主要把矿区露天采场的边坡类型分成三类:(1)不同节理密度的边坡破坏数值模拟对比研究,002总第 568 期 金 属 矿 山 2023 年第 10 期图 8 不同边坡模型示意Fig.8 Schematic of different slope models以 652 m 台阶边坡与 664 m 台阶边坡为例。(2)顺层节理边坡与反倾向节理边坡的数值模拟对比研究,以 616 m 台阶边坡与 652 m 台阶边坡为例。(3)层状节理结构边坡与块体节理结构边坡的数值模拟对比研究,以 616 m 台阶边坡与 628 m 台阶边坡为例。由图 9 对比可知(由于现场对比图较多,因此只用 628 m 台阶边坡的数值模拟结果对比 628 m 台阶边坡的实际情况):不同节理密度的边坡稳定性对比研究:由图 9(a)和图9(b)对比可知,反倾向边坡中652 m 台阶边坡的节理数量大于 664 m 台阶边坡的节理数量。在边坡角度与节理倾向相同的情况下,664 m 台阶边坡的最大位移约为 0.18 m,652 m 台阶边坡的最大位移约为 0.25 m。说明节理的数量与边坡的位移呈正相关关系。图 9 不同类型的边坡位移图Fig.9 Displacement diagrams of different types of slopes 顺层节理边坡与反倾向节理边坡稳定性对比研究:由图 9(b)和图 9(d)对比可知,在边坡角度与节理数量相同的情况下,顺层节理边坡(616 m 台阶边坡)的最大位移约为 0.20 m,反倾向边坡(652 m 台阶边坡)的最大位移约为 0.25 m。说明节理的走向也是影响边坡稳定性的重要因素之一,相比之下反倾边坡更容易发生滑移,边坡失稳更为严重。层状结构边坡与块状结构边坡稳定性对比研究:102 王智佼等:节理裂隙对露天采场陡倾边坡稳定性的影响研究 2023 年第 10 期由图 9(c)和图 9(d)对比可知,在边坡角度与节理走向相同的情况下,层状结构边坡(616 m 台阶边坡)的最大位移约为 0.20 m,块状结构边坡(628 m 台阶边坡)的最大位移约为 0.79 m。块状结构的边坡岩体破碎程度较为严重,岩体强度更低,因此边坡失稳更加严重,更容易造成边坡失稳,再与现场调查图 9(e)对比得知现场滑落的块体较多,与实际情况符合。由边坡放大云图可以看出:图 9(a)和图 9(b)属于反倾向边坡,容易出现张拉破坏,致使节理发生错断滑移,在边坡处形成叠瓦状倾倒。图 9(c)的边坡块体较为破碎,在边坡滑移中出现碎块滑动的现象。图 9(d)属于顺倾向边坡,受剪切破坏较为明显,因此边坡的位移沿节理发育方向滑动。综上所述,由图 9 可以看出,边坡的滑移与节理数量、节理倾向和节理的结构状态等参数密切相关,随着参数的增大,边坡失稳越来越严重。5 NPR 锚索超常力学支护效果研究传统锚索多为正泊松比材料,强度较低导致其支护条件有限,在大变形区和高地应力区往往会发生断裂现象,不能满足工程需求。随着我国工程建设需求的不断增大,具有负泊松比效应的 NPR 锚索由此诞生,NPR 锚索可以对破碎围岩进行补偿力学做功,从而使围岩变形减小。NPR 锚索主要由套筒、恒阻体和钢绞线组合的普通锚索构成(如图 10 所示),实现恒阻特性的主要部件为可以在套筒内部进行滑移的恒阻体,恒阻体的滑移会使岩体与锚索处于平衡状态,具体表现17-18为:当外力强度超过锚索屈服强度的 90%时,锚索内部的恒阻体会在恒阻体内发生滑移抵抗外部载荷,使承载能力继续增加。即:当外加荷载由岩体对 NPR锚索小于变形所需的最大载荷时,此时 NPR 锚索处于弹性变形阶段,围岩体是稳定的;当岩体对 NPR 锚索施加的外部载荷大于变形所需的最大载荷时,NPR锚索将发挥其恒阻特性,抵消围岩中的荷载,此时巷道围岩再次处于相对稳定状态19。图 10 NPR 锚索结构示意Fig.10 Schematic of NPR anchor cable structure工程应用中为了对岩体失稳区域进行加固,通常使用锚索进行围岩支护操作。高恒阻能量吸收锚索(NPR 锚索)与传统锚索(PR 锚索)的区别在于利用负泊松比效应抵御外力,具有更强的吸能效果,如图11、图 12 所示。NPR 锚索的参数具体表现为:钢绞线长度一般为 40 m,密度为 7.85 g/cm3,泊松比为0.269,弹性模量为 210 GPa,抗拉强度为 800 MPa,屈服强度为 355 MPa。套筒的长度为 1 m,密度为 7.80 g/cm3,泊松比为 0.3,弹性模量为 206 GPa,经过静力拉伸试验得出 NPR 锚索的恒阻值可达 350 kN。图 11 NPR 锚索与 PR 锚索的变形示意Fig.11 Deformation diagram of NPR anchor cable and PR anchor cable图 12 NPR 锚索支护原理Fig.12 Support principle of NPR anchor cable研究表明,NPR 锚索相比于其他大变形锚杆具有更强的吸能效果20。为了证明 NPR 锚索比 PR 锚索具有更强的支护效果,本节以 616 m 台阶边坡为例,分别对边坡进行 PR 支护和 NPR 支护的数值模拟试验研究,并在边坡表面设置 A、B、C 3 个监测点,进一步验证 NPR 良好的抵御外力的能力,锚索支护位置如图 13 所示。图 13 锚索支护示意Fig.13 Schematic of anchor ride support由图 14 宏观位移分析可知:锚索的支护对边坡的稳定性具有很强的约束效果,NPR 锚索支护后的位移量整体小于 PR 锚索支护后的位移。当对边坡进行 PR 锚索支护时,边坡的最大位移约为 0.09 m,202总第 568 期 金 属 矿 山 2023 年第 10 期其支护位置的位移由原来的 0.20 m 下降到 0.050.07 m,位移约束效果较为明显。当对边坡进行NPR 锚索支护时,边坡的最大位移约为 0.009 7 m,其支护位置的位移由原来的 0.20 m 下降到 0.004 80.007 2 m,位移约束效果极其明显(由放大后的边坡云图可以看出)。图 14 锚索支护效果对比Fig.14 Comparison of anchor cable support effect6 结 论(1)由矿区内声波波速对比正态拟合试验研究可知:露天矿区内纵波波速介于 1.4 2.6 km/s 之间,岩体质量等级表现为级,岩体完整性较差,因此内部岩体的节理裂隙较为发育。(2)由测线法和节理宽度分析法对矿区边坡进行现场勘测可知:矿区内边坡的节理裂隙较为发育,张开度均大于 5 mm,属于宽开程度,容易发生滑坡等边坡失稳问题。结合赤平极射投影法可将矿区分成4 个区域,其中区和区边坡岩体为 4 级围岩,区和区边坡岩体为 5 级围岩,矿区整体岩性较差,存在边坡失稳问题。(3)通过离散元数值模拟的方法从节理密度、节理走向等方面对边坡进行分析研究,得出 628 m 台阶边坡的岩体稳定性最低,坡面产生的最大位移为0.79 m,通过对比得出与现场工程监测到的位移结果相近,验证了现场节理发育的调查结果。(4)以 616 m 台阶边坡为例,利用数值模拟的方法对坡面进行 PR 和 NPR 锚索支护,得出 PR 锚索支护时边坡的最大位移约为 0.09 m,NPR 锚索支护时边坡的最大位移为 0.009 7 m,从数值模拟的角度验证了 NPR 锚索的超常力学特性。综上所述,基于土屋露天铜矿复杂的工程背景,利用数学与工程监测相结合、现场监测与数值模拟相互佐证的研究方法,得出矿区内岩体较为破碎、节理较为发育的试验结果,并提出可用 NPR 锚索进行支护的加固方式,为其他破碎边坡及软弱围岩的地下工程提供科学依据。参 考 文 献1 孙世国,邵树森,江俊,等.露井同期联采对边坡稳定性的影响规律研究J.矿冶工程,2020,40(5):15-18.SUN Shiguo,SHAO Shusen,JIANG Jun,et al.Influence of combined method of opencast and underground mining on slope stabilityJ.Mining and Metallurgical Engineering,2020,40(5):15-18.2 靳瑾,曹平,蒲成志.预制裂隙几何参数对类岩材料破坏模式及强度的影响J.中南大学学报(自然科学版),2014,45(2):529-535.JIN Jin,CAO Ping,PU Chengzhi.Influence of flaw parameters on damage mode and strength of rock-like materialsJ.Journal of Cen-tral South University(Science and Technology),2014,45(2):529-535.3 唐礼忠,宋徉霖.含非共面重叠型微裂隙类岩石试样单轴受压宏细观力学特性颗粒流模拟J.岩石力学与工程学报,2019,38(11):2161-2171.TANG Lizhong,SONG Yanglin.Particle 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