內(nèi)蒙古某金礦邊坡穩(wěn)定性數(shù)值分析

楊 明

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心遼寧總隊(duì)，遼寧 錦州 121000）

我國滑坡災(zāi)害的發(fā)生十分頻繁，頻發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害已經(jīng)影響了我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，我們?cè)诟脑旌屠米匀坏耐瑫r(shí)，也常伴隨著一些地質(zhì)災(zāi)害造成人身安全和財(cái)產(chǎn)損失，因此對(duì)危險(xiǎn)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析十分有必要[1-3]。本文以內(nèi)蒙某金礦邊坡為例，結(jié)合詳細(xì)的勘查資料，通過FLAC3D軟件進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性的數(shù)值模擬，計(jì)算分析該邊坡的穩(wěn)定性。

1 工程地質(zhì)概況

1.1 巖土體類型及結(jié)構(gòu)

礦區(qū)出露地層較簡(jiǎn)單，地層由老到新敘述如下：①細(xì)沙：零星分布于礦區(qū)溝洼及低谷中，以風(fēng)積細(xì)砂土為主，覆蓋于基巖之上。②石英巖：灰白色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為石英，少量長石及云母類礦物等。

1.2 參數(shù)的選取

通過大量巖土體物理力學(xué)參數(shù)室內(nèi)試驗(yàn)，結(jié)合之前該地區(qū)的地質(zhì)勘查報(bào)告及本次勘查成果，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行可靠性分析，綜合分析各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，獲得適用于本次研究的巖土體物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 各層的物理學(xué)指標(biāo)

2 基于FLAC3D的邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 邊坡失穩(wěn)判據(jù)

判斷邊坡是否失穩(wěn)有三種標(biāo)準(zhǔn)：數(shù)值計(jì)算結(jié)果的收斂性、特征部位（如坡頂、坡底或弱層出露處）的位移突變和塑性區(qū)的貫通[4]。這三種邊坡失穩(wěn)判據(jù)具有以下的關(guān)系：塑性區(qū)貫通邊坡滑動(dòng)面是邊坡破壞的充分非必要條件，利用滑動(dòng)面塑性區(qū)是否貫通來判斷邊坡破壞是一種比較保守的方法。邊坡破壞面出現(xiàn)無限制的移動(dòng)是邊坡發(fā)生破壞的主要標(biāo)志，此時(shí)邊坡破壞面上的位移或者應(yīng)變出現(xiàn)突變，同時(shí)產(chǎn)生無限制的塑性流動(dòng)，此種現(xiàn)象作為邊坡失穩(wěn)的判斷條件更能準(zhǔn)確的把握邊坡破壞的時(shí)點(diǎn)。

2.2 位移分布特征

圖1、圖2分別為1剖面邊坡模擬得到的最大位移云圖和剪應(yīng)變?cè)隽繄D，其剪應(yīng)變?cè)隽繄D中的剪切破壞分布和最大位移云圖中的最大變形特征一致，共同描述了邊坡的位移分布特征與滑坡模式。由分析結(jié)果可知，數(shù)值模擬結(jié)果表明滑坡模式為圓弧滑動(dòng)，邊坡下部尤其是坡腳處位移明顯，表明邊坡下部加陡的邊坡開采方式使得邊坡穩(wěn)定性有所下降。

圖1 水平位移云圖

圖2 剪切應(yīng)變?cè)隽繄D

2.3 應(yīng)力分布特征

圖3為邊坡剖面模擬得到的水平應(yīng)力云圖，由模擬結(jié)果可以看出由于泊松效應(yīng)的影響，水平應(yīng)力隨著埋深的增加呈線性增大，在坡腳處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象；坡體內(nèi)的應(yīng)力形式主要以壓應(yīng)力為主，但在坡面附近有小范圍的拉應(yīng)力區(qū)域，由于巖體具有抗壓不抗拉的力學(xué)特性，邊坡巖體的該種應(yīng)力條件下的破壞形式為拉-剪復(fù)合型破壞。邊坡坡腳處的應(yīng)力集中程度會(huì)隨時(shí)間加劇。

圖3 X軸應(yīng)力分布圖

2.4 FLAC3D模擬結(jié)果及穩(wěn)定性分析

基于FLAC3D的模擬過程采用的計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性的方法屬于強(qiáng)度折減理論，減系數(shù)為1.33，通過分析模擬得出的最大水平位移云圖，得出邊坡體最大位移為0.08m；由模擬可以得到該邊坡的水平位移云圖與剪切應(yīng)變?cè)隽繄D可知，邊坡的滑坡模式為圓弧滑動(dòng)，滑坡圓弧從斜坡體中部延伸至坡腳位置；邊坡體的潛在滑移是由下部巖體的滑動(dòng)，隨之帶動(dòng)中部巖體滑動(dòng)，從而使邊坡產(chǎn)生潛在的滑動(dòng)。通過水平應(yīng)力云圖分析可知，在巖體自重應(yīng)力與泊松效應(yīng)雙重作用下，垂直應(yīng)力主要受自重應(yīng)力的作用，隨著埋深的增加垂直應(yīng)力呈近線性不斷增大；而水平應(yīng)力也是隨著埋深的增大而呈近線性增大，但在坡腳處出現(xiàn)一定程度的應(yīng)力集中，這也是造成邊坡發(fā)生破壞的重要因素；隨著邊坡體弱層破壞范圍增加，使得邊坡穩(wěn)定性下降，從而邊坡發(fā)生破壞。

3 結(jié)論

（1）通過FLAC3D數(shù)值模擬得到的邊坡滑坡模式、滑面位置、穩(wěn)定系數(shù)，表明邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果是合理可靠的，目前來看在無外界環(huán)境擾動(dòng)情況下基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）通過力學(xué)實(shí)驗(yàn)可知邊坡巖土體在飽和狀態(tài)下，力學(xué)性質(zhì)明顯降低，故應(yīng)在采掘場(chǎng)周邊建立有效的防排水系統(tǒng)，確保強(qiáng)降雨時(shí)雨水的有效排放，避免雨水在坡體匯集導(dǎo)致巖土體力學(xué)參數(shù)劣化降低邊坡穩(wěn)定性。