基于Geo-Slope露天邊坡穩(wěn)定性分析及治理方案選擇

谷 巖

（中鋼石家莊工程設(shè)計(jì)研究院有限公司， 河北石家莊 050021）

基于Geo-Slope露天邊坡穩(wěn)定性分析及治理方案選擇

谷 巖

（中鋼石家莊工程設(shè)計(jì)研究院有限公司， 河北石家莊 050021）

摘 要：某露天礦山的南部終了邊坡基巖風(fēng)化巖巖體破碎，存在順層層里面和垂直裂隙，具有明顯的滑坡起動(dòng)趨勢(shì)，局部已出現(xiàn)崩塌滑坡。為了確保邊坡穩(wěn)定性，礦山?jīng)Q定對(duì)終了露天邊坡進(jìn)行削坡處理。利用Geo-Slope軟件計(jì)算分析削坡后邊坡安全系數(shù)，提出合理的削坡方案，削坡后在疏干排水狀態(tài)下，計(jì)算的邊坡安全系數(shù)為Fs=1.247，滿(mǎn)足安全規(guī)程要求。

關(guān)鍵詞：邊坡穩(wěn)定性；治理方案；極限平衡法；Geo-Slope

0 引 言

某礦山露天采場(chǎng)開(kāi)采臺(tái)階高度12m，工作臺(tái)階坡面角75°，安全平臺(tái)寬度15m，推至終了境界時(shí)每2個(gè)臺(tái)階并段為24m。南部礦體已基本開(kāi)采完畢，形成終了露天邊坡，南部邊坡受降雨和爆破擾動(dòng)等多重作用的影響，部分地區(qū)出現(xiàn)崩塌滑坡。該區(qū)邊坡巖性為全風(fēng)化角閃巖、混合巖，在水平層理和垂直節(jié)理同時(shí)作用之下，巖體被切割成塊狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)由于長(zhǎng)期在卸荷的作用下，邊坡巖體后緣垂直節(jié)理張開(kāi)，在重力作用下，最終順傾層理層間錯(cuò)動(dòng)與垂直節(jié)理追蹤貫通而形成組合滑動(dòng)面?；潞蠛缶墡r體垂直巖壁出露形成圈谷地貌，前緣滑坡體崩塌碎裂成散體堆積。

南部邊坡持續(xù)出現(xiàn)崩塌滑坡，對(duì)礦山安全生產(chǎn)造成極大危害。為確保邊坡穩(wěn)定，本文結(jié)合南部邊坡實(shí)際情況，采用極限平衡方法，利用Geo-Slope軟件計(jì)算分析削坡后邊坡安全系數(shù)，提出合理的削坡方案，保證南部邊坡穩(wěn)定。

1 邊坡穩(wěn)定性分析

影響露天采場(chǎng)邊坡穩(wěn)定的因素有很多，大致可以分為外部因素和內(nèi)部因素兩大類(lèi)。

結(jié)合礦山實(shí)際，影響某南部露天邊坡穩(wěn)定的外部因素主要包括工作面開(kāi)采爆破擾動(dòng)和大氣降水。

內(nèi)在因素主要包括南部邊坡巖體結(jié)構(gòu)和巖體的性質(zhì)等［1-2］。

研究邊坡穩(wěn)定的理論多種多樣，大致可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)是確定性分析方法，一類(lèi)是不確定性分析方法。確定性分析方法又分為定性分析和定量分析，一般采用定量分析。定量分析方法主要有極限平衡方法、有限單元法、快速拉格朗日分析法、離散元（DEM）法。本文采用極限平衡方法，利用Geo-Slope軟件進(jìn)行分析計(jì)算［3-5］。

Geo-Slope是加拿大研制的巖土分析軟件。該軟件采用極限平衡方法原理，在計(jì)算過(guò)程中能充分考慮孔隙水壓力對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，因此，得到了廣泛應(yīng)用。

計(jì)算選取南部邊坡5#勘探線(xiàn)剖面進(jìn)行，該剖面位于南部邊坡中部，具有代表性。

1.1邊坡現(xiàn)狀分析

在自然狀態(tài)下利用GEO-slope計(jì)算分析邊坡穩(wěn)定性的計(jì)算模型及滑坡模式如圖1所示。由計(jì)算結(jié)果可知，自然狀態(tài)下安全系數(shù)為Fs=0.956，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

圖1　5#勘探線(xiàn)剖面自然狀態(tài)計(jì)算模型

在疏干排水狀態(tài)下，計(jì)算模型和滑坡模式如圖2所示。由計(jì)算結(jié)果可以知道，安全系數(shù)為 Fs= 1.058，處于極限狀態(tài)，需采取措施保證邊坡穩(wěn)定性。

1.2削坡方案分析

方案1：5#勘探線(xiàn)運(yùn)輸公路向東推進(jìn)20m，公路保持30m寬度，運(yùn)輸公路之上邊坡為34°。

方案2：5#勘探線(xiàn)運(yùn)輸公路向東推進(jìn)30m，公路保持30m寬度，運(yùn)輸公路之上邊坡為34°。

（1）方案1分析計(jì)算結(jié)果如圖3和圖4所示。自然狀態(tài)下，邊坡的安全系數(shù)達(dá)到Fs=1.054，處于極限狀態(tài)，不能達(dá)到安全系數(shù)要求。在疏干排水狀態(tài)下，邊坡的安全系數(shù)為Fs=1.147，處于極限狀態(tài)，但接近1.15，近似達(dá)到安全系數(shù)要求，需要進(jìn)行邊坡監(jiān)測(cè)，提前采取加固措施。

圖2　5#勘探線(xiàn)剖面疏干排水狀態(tài)計(jì)算模型

圖3　方案1自然狀態(tài)計(jì)算模型

圖4　方案1疏干排水狀態(tài)計(jì)算模型

（2）方案2分析計(jì)算結(jié)果如圖5和圖6所示。自然狀態(tài)下，邊坡的安全系數(shù)達(dá)到Fs=1.097，處于極限狀態(tài)，不能達(dá)到安全系數(shù)要求。在疏干排水狀態(tài)下，邊坡的安全系數(shù)為F=1.247，處于穩(wěn)定狀態(tài)，能達(dá)到安全系數(shù)要求。

通過(guò)方案1放緩，剝巖量為127.3萬(wàn)m3，疏干排水之后安全系數(shù)能達(dá)到Fs=1.15的要求，此方案需在南部邊坡打放水孔疏干排水，而且需要建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)掌握南部邊坡巖體內(nèi)部潛在的滑坡體輪廓及具體位置，為進(jìn)一步采取安全治理措施提供依據(jù)。

通過(guò)方案2放緩，剝巖量為178.6萬(wàn)m3，安全系數(shù)能達(dá)到Fs=1.20。且此方案只需要打放水孔疏干排水。

考慮到礦山自身技術(shù)力量較為薄弱，長(zhǎng)期進(jìn)行邊坡監(jiān)測(cè)工作較為困難，因此推薦按照方案2進(jìn)行削坡處理。

圖5　方案2自然狀態(tài)計(jì)算模型

圖6　方案2疏干排水狀態(tài)計(jì)算模型

2 結(jié) 論

（1）運(yùn)輸公路向東推進(jìn)30m，公路保持30m寬度，運(yùn)輸公路之上邊坡為34°的方案能夠滿(mǎn)足礦山安全生產(chǎn)的需要，計(jì)算得出在疏干排水狀態(tài)下，安全系數(shù)為Fs=1.247，滿(mǎn)足安全規(guī)程的要求。

（2）邊坡的失穩(wěn)是一個(gè)漸進(jìn)發(fā)展的過(guò)程，雖然數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明削坡處理后邊坡穩(wěn)定性較好，但礦山仍應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督巡查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患、排除隱患。

（3）本礦山邊坡內(nèi)裂隙水的存在對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大，后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)邊坡疏干排水工作。

參考文獻(xiàn)：

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［3]孫玉科，牟會(huì)寵，姚寶魁.邊坡巖石穩(wěn)定性分析［M］.北京：科學(xué)出版社，1998.

［4]張均鋒，丁 樺.邊坡穩(wěn)定分析的三維極限平衡法及應(yīng)用［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24（3）：365-370.

［5]BISHOP A W.W.The use of the slip circle in stability analysis of slopes［［J］.Geotechnique，1995，5（1）：7-17.

收稿日期：（2016-04-01）

作者簡(jiǎn)介：谷 巖（1987-），男，河北石家莊人，碩士，工程師，主要從事金屬礦山開(kāi)采技術(shù)研究，Email：guyansk@163. com。