某矿山岩质边坡稳定性分析及治理.pdf

随着矿山建设的不断规模化发展及国家对地质灾害防治的重视程度不断加大，边坡的稳定性分析及治理的重要性日益凸显。本文在收集地质资料、现场踏勘、试验等资料的基础上，详细地论述了某矿山岩质边坡地形地貌、场地工程地质条件及水文地质特征，并分析探讨了边坡破坏形态，定性、定量地评价了该边坡的稳定性，并针对性地提出简单经济的治理建议。【关键词】岩质边坡；稳定性分析；边坡治理Stability Analysis and Treatment of Rock Slope in a MineXieDeping（FujianMetallurgicalIndustrialDesignInstituteCo.,Ltd.,FuZhou350011,FuJian）【Abstract】Withthecontinuouslylarge-scaledevelopmentofmineconstructionandtheincreasingattentionpaidbythestatetothepreventionandcontrolofgeologicaldisasters,theimportanceofstabilityanalysisandmanagementofslopeshasbecomeincreasinglyprominent.Basedonthecollectionofgeologicaldata,fieldsurvey,andtesting,thispaperdiscussesthetopography,engineeringgeologicalconditions,andhydrogeologicalcharacteristicsoftheslopeinaminingarea,analyzesthedestructivepatternsoftheslope,andevaluatesthestabilityoftheslopequalitativelyandquantitatively,finallyproposessomemanagementsuggestionswhichcouldbeeffectiveandeconomical。【Key words】rockslope;stabilityanalysis;slopemanagement作者简介：谢德平（1988.4），毕业于福建工程学院勘查技术与工程专业，工程师，主要从事岩土工程勘察及 边坡稳定性分析。收稿日期：2022 年 7 月 2023 年第 4 期 福 建 冶 金引言矿山开采边坡受开采计划影响，其边坡形态及岩土体应力状态处于变化过程，同时大气降水、机械运动及爆破等因素也均不同程度地影响边坡的稳定性1-3。本文选取裂隙发育、破坏形态丰富的断面作为分析对象，对岩质边坡各种破坏模式在不同影响因素作用下的稳定性进行评价，进而判定岩质边坡的整体稳定性4,5。1 场地工程地质条件1.1 场地地质特征矿区出露地层有震旦志留系罗峰溪群及中泥盆下石炭统南靖群，两者呈不整合接触。褶皱：矿区褶皱主要为一个轴向北东东的倒转背斜。背斜轴部为罗峰群第一层，两翼为第二层，轴面倾向南东，倾角为4362。南翼岩层倾角 31 60，北翼岩层倾角 48 88，但在地表多倾向北西，倾角 44 88。断裂：矿区断裂以北东东向为主，其次为南北向、北东向及北西向断裂。1.2 场地水文地质条件场地内地形陡峻、切割强烈，山形坡度3040，植物茂盛，属低山丘陵地区，区内仅发育一条小溪贯穿矿体，向东南流入时州溪。在矿山处，其年流量变化为0.0036m3/s0.325m3/s。场地裂隙发育程度一般，富水程度弱，边坡周边无地表水体，地下水主要接受大气降水补给。1.3 岩土类型及参数某矿山岩质边坡稳定性分析及治理谢德平（福建省冶金工业设计院有限公司，福建福州，350011）2某矿山岩质边坡稳定性分析及治理根据野外露头揭示，边坡上部为残积土，中部为强中风化岩，下部为微风化岩，具体分布见图 1，各土层参数取值见表 1。图 1 岩土层分布情况2 边坡稳定性定性分析评价据调查，矿山岩质边坡已发生的失稳模式有：危岩崩塌、楔形体破坏、平面滑动破坏、倾倒破坏等。具体失稳现象见图 2。（a）（b）（c）（d）(a)危岩崩塌(b)楔形体破坏(c)平面滑动破坏(d)倾倒破坏图 2 矿山岩质边失稳模式截至目前，以上失稳模式在该边坡均有不同程度的发展，定性判断该边坡的边坡稳定性表 1 各土层参数取值土层重度 kNm-3饱和重度/kNm-3天然状态饱和状态内聚力/kPa内摩擦角/内聚力/kPa内摩擦角/残积土1919.528252320强风化岩2020.530352730中风化岩2121.555454836差。因此，需要进一步对边坡的稳定性进行定量分析。3 边坡稳定性定量分析评价3.1 平面滑动定量评价平面滑动视岩质边坡滑块为刚体，可按式（1）计算其安全系数：（1）式（1）中：Fs 安全系数；G滑块重力，kN；结构面倾角，；U结构面上水压力，kN；V张裂隙上水压力，kN；j结构面内摩擦角，；Cj结构面内聚力，kPa；结构面长度，m。基于现场调查情况，计算岩质边坡在三种工况下的稳定性。滑动模型见图 3 所示。计算采用平面滑动分析模块，计算结果列于表 3。图 3 平面滑动定量计算模型3.2 楔形体破坏定量评价将楔形体视为刚体，可按式（2）计算其安全系数：（2）式（2）中：Fs 安全系数；G滑块重力，kN；结构面倾角，；1、2结构面内摩擦角，；C1、C2结构面内聚力，kPa；N1、N2结构面法向力，kN；SABD、SBCD结潜在滑动面3构面面积，m2。基于现场调查情况，计算岩质边坡在三种工况下的稳定性。其分析模型见图 4。计算采用极限平衡理论之三维楔形体分析方法，分析结果列于表 3。图 4 楔体破坏定量计算模型从计算结果来看，天然状态下及施工动荷载作用下，楔形体处于稳定状态，在饱和的情况下将发生失稳，现场已发现有楔体失稳现象。3.3 圆弧滑动定量评价本文采用瑞典圆弧法进行稳定评价，其安全系数按式（3）计算：（3）式（3）中：K整个滑体剩余下滑力计算的安全系数；I单个土条的滑动面长度（m），l=bsec；W条块重力（kN），浸润线以上取重度，以下取饱和重度；U条块所受到的浮力（kN）；D条块所受的渗透力（kN），据孔隙水压力梯度场积分得出；条块的重力线与通过此条块底面中点半径之间的夹角（度）；条块的渗透力与水平线的夹角（度）；C、土的抗剪强度指标，采用总应力法时，取总应力指标，采用有效应力法时，取有效应力指标。边坡上层为残积土，下层为强中风化岩，某矿山岩质边坡稳定性分析及治理固采用圆弧滑动法对其进行稳定分析，分析模型见图 5 所示，分别考虑边坡在三种工况下的稳定性。分析结果列于表 3。3.4 边坡稳定性整体评价由于目前对岩质边坡稳定性安全系数尚无规范规定，因此，岩质边坡允许安全系数及其稳定状态评价，可参照 滑坡防治工程勘查规范（DZ/T0218-2006）的规定综合确定，如表 2，岩质边坡稳定性计算结果见表 3。图 5 圆弧滑动计算模型当岩体为完整结构时，颗粒间多为结晶联结或胶体联结，且联结较紧密就能产生较大的抵抗力矩。当岩体被结构面切割形成割裂结构时，被割裂处联结力下降甚至完全丧失，导致抵抗力矩下降，容易产生倾倒破坏。随着岩质边坡的爆破开采，产生的卸荷裂隙不同程度的发展，层状结构体将发生失稳。由表3可以看出：天然状态及爆破动荷载模式下，三种破坏模式均处于稳定状态；饱和状态下，仅平面滑动处于稳定状态，楔形体滑动及圆弧滑动处于不稳定状态，图 2(b)可知，现场已发现有楔体失稳现象。边坡的稳定性受地下水影响较大，岩土体处于饱和状态时，边坡易发生失稳破坏，边坡失稳将严重威胁采场及其工作人员生命财产安全。因此，需对边坡进行治理。4 结论矿山岩质边坡稳定性主要受边坡形态、岩表 2 允许安全系数及稳定性评价表安全系数F1.001.00 F1.051.05 F1.15F 1.15稳定状态不稳定欠稳定基本稳定稳定潜在滑动面4体结构及应力状态、大气降水、机械扰动及爆破等因素影响。根据前文定性分析结果，岩土体处于饱和状态时，边坡易发生失稳破坏，且破坏形式多样。为确保边坡的安全稳定，建议采取以下工程措施，如：排除地表水、严格按设计控制边坡坡率等；局部变形破坏严重地区，可采取随机锚杆锚固等措施进行治理消除险情，对存在的危岩体应及时予以清除，避免产生落石、崩塌对施工人员造成危害。参考文献：1 周德培,钟卫,杨涛.基于坡体结构的岩质边坡稳定性分析 J.岩石力学与工程学报,2008(04):687-695.2简文斌,吴振祥.地质灾害及其防治M.北京:人民交通出版社,2015.3 马 贺 权,田 士 开,赵 瑾 瑶.风 化 岩质 高 边 坡 支 护 及 稳 定 性 分 析 J.商 品 与 质量,2020(16):145.4陈祖煜.岩质边坡稳定分析 M.中国水利水电出版社,2005.5洪儒宝,简文彬.露天矿边坡失稳破坏模式及其稳定性研究 J.有色金属（矿山部分）,2016,68(5):72-77.表 3 边坡稳定性评价一览表计算工况安全系数平面滑动楔形体滑动圆弧滑动天然状态1.21.1781.112饱和状态1.1910.9750.993爆破动荷载1.1331.171.046（上接第 7 页）4 结论利用模糊数学的理论和方法来进行安全评价是高校安全工程专业必修的课程，是十分符合实际工作的，本文依托系统的实际数据，在指标集方面进行了定量分析，能更客观地反馈尾矿库某个时间段综合安全运行状态，能动态研判尾矿库综合风险等级。参考文献：1中华人民共和国应急管理部.防范化解尾矿库安全风险工作方案:应急 2020 15 号 S.2中华人民共和国住房和城乡建设部.尾矿库在线安全监测系统工程技术规范:GB51108-2015S.北京:中国标准出版社,2015.3 国家市场监督管理总局.尾矿库安全规程:GB39496-2020S.北京:中国标准出版社,2020.4 赵耀江,吕品,许满贵,等.安全评价理论与方法（第 2 版）M.北京:煤炭工业出版社.2015.5 佟瑞鹏.常用安全评价方法及其应用M.北京：中国劳动社会保障出版社.2011.6 云南省应急管理厅.云南省金属冶炼企业安全风险分级管控暂行管理办法(试行):云安监管201752 号 S.某矿山岩质边坡稳定性分析及治理