震動荷載對布沼壩露天礦西幫邊坡穩(wěn)定性的影響

駱大軍，彭繼楊，羅 偉

（云南省小龍?zhí)兜V務局，云南 開遠 661699）

震動荷載對布沼壩露天礦西幫邊坡穩(wěn)定性的影響

駱大軍，彭繼楊，羅 偉

（云南省小龍?zhí)兜V務局，云南 開遠 661699）

研究小龍?zhí)兜V務局布沼壩露天煤礦西幫邊坡受到地震因素影響時的狀態(tài)，通過引入震動效應下的邊坡穩(wěn)定性分析，其分析結果準確可靠，為進一步研究治理布沼壩露天礦西幫邊坡蠕動變形提供了準確依據(jù)，因此在邊坡穩(wěn)定性分析中引入震動效應是十分必要的。

邊坡；穩(wěn)定性；震動

0 引 言

布沼壩露天礦西幫布置著剝離連續(xù)、半連續(xù)系統(tǒng)出入溝、坑內(nèi)聯(lián)絡膠帶輸送機、礦區(qū)聯(lián)絡道路、防洪溝及布沼壩礦住宅和辦公樓；采煤工作面集聚大量人員和生產(chǎn)設施。西幫一旦失穩(wěn)，將對現(xiàn)有建筑、設施和人員造成重大安全問題。另外，布沼壩露天礦作為五期擴建工程的主要露天礦年生產(chǎn)能力13.00 Mt，不但擔負著滇南地區(qū)煤炭供應，同時作為西電東送的配套項目，直接擔負著大唐開遠電廠、小龍?zhí)峨姀S、巡檢司電廠供煤任務，西幫一旦滑坡，將影響整個露天礦的安全生產(chǎn)，直接導致露天礦閉坑停產(chǎn)。

西幫為人工開挖剝離形成臺階狀巖質(zhì)高邊坡，呈南北走向，上部為人工削坡減載邊坡，坡高80～150 m，出露T2g1-3灰?guī)r，白云質(zhì)灰?guī)r，屬碎裂結構硬質(zhì)巖體邊坡；下部為人工剝離采場邊坡，出露N1-2x黏土巖、炭質(zhì)黏土巖，N1-2x3主煤層。邊坡為文通寨向斜通過，由東升橋段、薄煤段（N1-2x）和主煤段（N1-2x3）地層構成的倒轉向斜,致使向斜西翼的T2g2-3灰?guī)r覆蓋于黏土巖之上，軸面向西傾斜，F(xiàn)7、F4、F8斷層通過坡體，形成了邊坡底部以黏土巖軟基為底的高大邊坡。根據(jù)已有的地質(zhì)調(diào)查資料，結合布沼壩西幫的地質(zhì)勘探資料，西幫4個分析剖面的位置信息見表1。

1 地震效應分析

地震是影響露天礦邊坡穩(wěn)定的關鍵性因素，由于其突發(fā)性和短時能量快速釋放的特性，使其成為邊坡滑坡的主要誘發(fā)因素。地震這種突發(fā)性的自然災害對露天礦的生產(chǎn)安全造成極大的危害，一方面它會造成人員傷亡或設備損毀，另一方面導致運輸?shù)缆分袛嗉奥短斓V自然環(huán)境的破壞。因此在露天礦生產(chǎn)過程中，需要考慮所在地可能遭遇地震危險程度，并借助檢測和分析軟件對地震影響下邊坡穩(wěn)定性的保守狀態(tài)進行準確分析，為露天礦安全生產(chǎn)提供技術支撐和安全保障。

2 邊坡穩(wěn)定性地震分析方法

邊坡地震反應是指地震所引起的邊坡反應，包括地震動在邊坡中引起的加速度、速度、位移和內(nèi)力等，地震動具有很大的隨機性，對邊坡巖上體的動力特性的研究主要集中在周期荷載上，目前研究地震作用下邊坡穩(wěn)定性的方法歸納起來主要有4類：擬靜力法、滑塊分析法、試驗方法和數(shù)值分析方法。其中，數(shù)值分析方法是邊坡動力穩(wěn)定性研究中一類十分重要的方法，很早就被用于邊坡動力分析。數(shù)值分析能適用于復雜的介質(zhì)條件和復雜的地形條件的巖上動力問題，可以直接求得邊坡關鍵部位在地震波作用下應力、應變、位移、速度和加速度等關鍵量的變化過程，因而得到了廣泛的應用。近些年數(shù)值分析的計算取得了比較滿意的結果，為邊坡動力安全評價提供了科學依據(jù)。

表1 補充勘探位置信息

3 布沼壩露天礦地震概況

為了研究小龍?zhí)兜V務局布沼壩露天煤礦西幫邊坡受到地震因素影響時的狀態(tài)，在模型中加入的震動因素進行西幫二維穩(wěn)定性分析。

地質(zhì)統(tǒng)計資料顯示，自喜山運動以來，南北向斷裂及開遠山字型構造的北西向斷裂強烈活動，以差異性的斷塊升降運動為主。由于斷裂活動，小龍?zhí)?開遠一帶及周圍地震頻繁。據(jù)《1∶400萬中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》礦區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，地震動峰值加速度為0.15 g。除了地質(zhì)結構變動引發(fā)的大型地震之外，露天礦爆破作業(yè)也會產(chǎn)生一定的震動效應，類似于小型地震的發(fā)生過程，雖然釋放的能量沒有地震的規(guī)模大，但對于爆破點附近的邊坡穩(wěn)定性仍會產(chǎn)生不良影響，因此，爆破產(chǎn)生的震動也不能忽略。歸納布沼壩露天煤礦的震動源有兩種：自然地震、工程爆破?；谶@一因素，分析布沼壩露天煤礦西幫邊坡在峰值加速度時的邊坡穩(wěn)定性。

4 原始邊坡與清幫后的現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性分析

對342～348 4個剖面通過極限平衡法的分析得到了現(xiàn)狀邊坡的穩(wěn)定系數(shù)，與原始邊坡穩(wěn)定性進對比見表2。

表2 原始邊坡與清幫后的現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性分析對比

5 地震效應下西幫邊坡穩(wěn)定性分析

5.1 342-342′剖面

在分析模型中加入地震因素之后，即給定峰值加速度，得到342-342′剖面在不同狀態(tài)下的穩(wěn)定性分析結果如圖1—圖3所示。

圖1 地震作用下原始邊坡穩(wěn)定性分析

圖2 地震作用下現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性分析

圖3 地震作用下開采到五期境界邊坡穩(wěn)定性分析

匯總地震作用下，布沼壩露天煤礦3種狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定性分析結果，見表3，并與原始狀態(tài)進行對比，定量評價地震對于邊坡穩(wěn)定性的折減效用。

表3 地震作用下342-342′剖面穩(wěn)定性分析

從表2可以直觀的看出，在地震的作用下，邊坡穩(wěn)定系數(shù)較低幅度較大，接近10%左右。

5.2 344-344′剖面

對于344-344′剖面添加震動因素，并進行穩(wěn)定分析得到的結果如圖4—圖6所示。

圖4 地震作用下原始邊坡穩(wěn)定性分析

圖5 地震作用下現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性分析

圖6 地震作用下開采到五期境界邊坡穩(wěn)定性分析

匯總地震作用下，344-344′剖面3種狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定性分析結果，見表4。

上表反映了地震力對于344-344′剖面穩(wěn)定系數(shù)存在較為明顯的不利影響。

5.3 346-346′剖面

表4 地震作用下344-344′剖面穩(wěn)定性分析

在該剖面3種狀態(tài)穩(wěn)定性分析基礎上，加入震動因素進行分析，具體的分析結果如圖7—圖9所示。

圖7 地震作用下原始邊坡穩(wěn)定性分析

圖8 地震作用下現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性分析

圖9 地震作用下開采到五期境界邊坡穩(wěn)定性分析

匯總地震作用下，346-346′剖面3種狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定性分析結果，見表5。

表5 地震作用下346-346′剖面穩(wěn)定性分析

地震對于346-346′剖面穩(wěn)定系數(shù)存在較為明顯的不利影響，但是在地震的影響下邊坡初始狀態(tài)的穩(wěn)定系數(shù)降幅最大。

5.4 348-348′剖面

地震狀態(tài)下，對于該剖面的穩(wěn)定性分析結果如圖10，圖11所示。

圖10 地震作用下原始邊坡穩(wěn)定性分析

圖11 地震作用下現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性分析

匯總地震作用下，348-348′剖面2種狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定性分析結果，見表6。

表6 地震作用下348-348′剖面穩(wěn)定性分析

6 地震對邊坡穩(wěn)定性折減效應分析

通過對布沼壩露天礦西幫邊坡在地震環(huán)境中的邊坡穩(wěn)定性分析，分別得到了3種狀態(tài)下的邊坡穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)計算結果繪制邊坡穩(wěn)定系數(shù)波動曲線，具體見圖12—圖14。

將地震對布沼壩露天煤礦西幫邊坡穩(wěn)定性的分析結果匯總在一起，并計算地震擾動對于邊坡穩(wěn)定性的折減效應，所有的分析結果見表7。

基于對布沼壩露天礦諸多狀態(tài)下的綜合分析：

1）地震會擴張邊坡中的裂隙，降低邊坡巖體完整性，并降低整體結構的穩(wěn)定性。

圖12 地震擾動作用下原始邊坡穩(wěn)定性對比曲線

圖13 地震擾動作用下現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性對比曲線

圖14 地震擾動作用下開采靠界邊坡穩(wěn)定性對比曲線

表7 水和地震擾動下邊坡穩(wěn)定性分析結果

2）地震對于邊坡穩(wěn)定系數(shù)的降低幅度較大，對342剖面的平均降低幅度為9.93%，對344剖面的平均降低幅度為9.85%，對346剖面的平均降低幅度為16.40%，對348剖面的平均降低幅度為9.04%，因此，震動對于各剖面的穩(wěn)定系數(shù)的降低較大，綜合折減水平達到了11.51%。

3）按照地震峰值加速度計算邊坡穩(wěn)定系數(shù)，除342、344及348剖面的現(xiàn)狀干邊坡的穩(wěn)定系數(shù)達到1.0以上，其他狀態(tài)的邊坡穩(wěn)定系數(shù)均小于1，也就意味著，現(xiàn)有邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)不足以抵抗當?shù)刈畲蟮燃壍牡卣馂暮Γ艿礁吡叶鹊牡卣鹩绊憰r，邊坡會出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象；如果有爆破作業(yè)的影響，當其烈度達到Ⅶ度，同樣會造成邊坡滑塌，若爆破點距離西幫較遠時，對其影響較?。痪嚯x西幫較近時，仍要采用預裂爆破等合理的緩沖措施，減少對端幫的危害。

4）爆破震動對邊坡穩(wěn)定性的影響隨著爆破能量和與分析點的相對距離的增加而逐漸降低，因此，在南幫西部進行爆破作業(yè)時，應該盡可能的降低爆破的裝藥量或者采取預裂爆破等緩震措施。

7 結 論

1）地震通過大量能量的短時間無規(guī)則釋放，產(chǎn)生強烈的地震波，地震波在巖體中傳遞，轉化為不同方向的加速度，這一效應，會促使巖體內(nèi)的裂隙擴展延長，也會在局部位置壓密裂隙，但地震期間的各向波的綜合作用最終的表現(xiàn)結果必然是加速內(nèi)部裂隙的發(fā)育，加劇斷裂、破碎層的惡化，故最終表現(xiàn)為增加邊坡巖體的破裂度，降低結構完整性，最終降低邊坡穩(wěn)定性。

2）結合布沼壩露天礦西幫歷年來的實際監(jiān)測情況，引入震動效應下的西幫邊坡穩(wěn)定性分析更準確可靠，為進一步研究治理布沼壩露天礦西幫邊坡蠕動變形提供了準確依據(jù)。

3）在露天礦邊坡穩(wěn)定性分析時，震動效應的引入對邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的降低幅度影響較大，通過引入震動效應下的邊坡穩(wěn)定性分析，其分析結果更準確可靠，有助于應用到更廣泛的邊坡分析當中去，因此在邊坡穩(wěn)定性分析中引入震動效應是十分必要的。

［1］GB50021—2009，巖土工程勘察規(guī)范［S］.

［2］DZ/T 0218—2006，滑坡防治工程勘查規(guī)范［S］.

［3］云南地質(zhì)勘察設計研究院.云南省小龍?zhí)兜V務局布沼壩露天坑西幫、西北幫搶險治理巖土工程勘察［R］．昆明：云南地質(zhì)勘察設計研究院2010．

［4］昆明煤炭設計研究院，云南地質(zhì)工程勘察設計研究院.云南省小龍?zhí)兜V務局布沼壩露天西幫地質(zhì)災害應急治理項目可行性研究［R］．2009.

［5］北方工業(yè)大學.布沼壩露天礦西幫治理方案的研究［R］．北京：北方工業(yè)大學，2009.

［6］王東，曹蘭柱，宋子嶺.基于RFPA-Centrifuhe的順層邊坡穩(wěn)定性數(shù)值試驗分析［J］.露天開采技術，2008（4）：32-34．

［7］周昌壽，杜競中，郭增濤，等.露天邊坡穩(wěn)定［M］.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1990.

［8］謝承平.軟巖邊坡主要影響因素及穩(wěn)定性分析研究［D］.成都：西南交通大學，2009.

【責任編輯：陳 毓】

Effect of vibration load on west slope stability in Buzhaoba Open-pit M ine

LUO Dajun,PENG Jiyang,LUOWei
(Yunnan Province Xiaolongtan Mining Bureau,Kaiyuan 661699,China)

The article studies the state of west slope affected by earthquake factor in Buzhaoba Open-pit Mine.By introducing vibration effects on slope stability analysis,the analysis results aremore accurate and reliable,which can provide accurate basis for further researching west slope deformation in Buzhaoba Open-pit Mine,Introducing vibration effect is necessary in slope stability analysis.

slope;stability;vibration

TD824.7

B

1671－9816（2017）09－0031－05

2017-06-15

駱大軍（1985—）男，畢業(yè)于中國礦業(yè)大學采礦工程專業(yè)，現(xiàn)為云南省小龍?zhí)兜V務局采礦工程師。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.09.008

駱大軍，彭繼楊，羅偉.震動荷載對布沼壩露天礦西幫邊坡穩(wěn)定性的影響［J］.露天采礦技術，2017，32（9）：31-35.