降雨入滲條件下礦坑邊坡穩(wěn)定性分析

高 潔

(湖南建筑高級技工學(xué)校， 湖南 長沙 410000)

礦坑眾多的形成主要由于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷推進(jìn)，需求的礦產(chǎn)資源也逐步變大而造成采礦留下的。礦坑邊坡在工程地質(zhì)的復(fù)雜條件下，多面的軟弱結(jié)構(gòu)，多個巖層被跨越，是屬于高陡邊坡。邊坡會在降雨情況下引起失衡、破壞，這是降低了邊坡的巖層而導(dǎo)致的，分析以及確定滲透張量是目前最為關(guān)鍵的事情。

1 降雨入滲的礦坑邊坡穩(wěn)定性分析的必要性

我們需要知道降雨會帶給礦坑邊坡有什么影響。飽和土體變?yōu)榉秋柡屯馏w的過程是受到降雨入滲滲條件的影響，土體的表層受到降雨入滲后增加了表層的飽和度，降雨的雨水隨著沿坡的較短位置慢慢地往下滲入到達(dá)不透水的層面，這樣就可以聚集了雨水在這個部位，但是此位置會慢慢增高飽和度形成浸潤線，浸潤線會伴隨這不斷滲入的雨水移動或者上升。礦坑內(nèi)的土體從非飽和狀態(tài)到飽和的原因是水分的增加，浸潤線作為界線的內(nèi)部主要是發(fā)生水分增加的區(qū)域；礦坑邊如果發(fā)生失穩(wěn)的情況，追其原因就是孔隙水壓力的上升、土體的重量變重。實驗表明，粘聚力的降低會導(dǎo)致強(qiáng)度的變化，具體表現(xiàn)在增加了水分使得土體飽和，這樣可以對土的粘聚力降低到干燥時候的十分之一；抗剪強(qiáng)度會根據(jù)變大的含水量來減小，而飽和土相對于非飽和土的抗剪強(qiáng)度一般要小。所以，造成邊坡失去穩(wěn)定性的主要原因就是降雨造成非飽和區(qū)土體抗剪強(qiáng)度的下降。

降雨的類型、礦坑邊坡的類型、土地滲透性的影響等因素都會影響礦坑邊坡的穩(wěn)定性。變化小的降雨強(qiáng)度其安全系數(shù)不高，邊坡安全系數(shù)會隨著降雨強(qiáng)度的增大而降低。當(dāng)降雨持續(xù)的時間和強(qiáng)度一樣的時候，滲透系數(shù)的增加會使得暴雨安全系數(shù)變得明顯減小；同理可得，較長的降雨持續(xù)時間，強(qiáng)度也隨著降低，滲透系數(shù)也變小，安全系數(shù)反到越低。

2 利用軟件計算滲透張量以分析礦坑邊坡于降雨條件下的穩(wěn)定性

第一，降雨條件下礦坑邊坡的穩(wěn)定性已經(jīng)被國內(nèi)外學(xué)者做了許多研究工作，我們可以通過利用MATLAB軟件來編制滲透張量的計算程序，以等效連續(xù)的介質(zhì)模型為基礎(chǔ)，利用這種程序來對裂隙巖體的滲透張量進(jìn)行計算，對降雨入滲條件下對礦坑邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

裂隙巖體的滲流計算的時候，有三種模型可以選擇：離散型裂隙網(wǎng)絡(luò)模型、等效連續(xù)介質(zhì)模型、雙重介質(zhì)模型等。分析裂隙巖體的滲流的時候利用等效連續(xù)介質(zhì)的模型來分析是有比較多的經(jīng)驗可以借鑒，實際的土礦工程的問題解決都會利用等效連續(xù)介質(zhì)的模型，因為其對準(zhǔn)確的位置不太敏感且指導(dǎo)裂隙相關(guān)的集合統(tǒng)計信息就可以準(zhǔn)確計算了。裂隙網(wǎng)絡(luò)均勻的分布和巖石中的孔隙介質(zhì)都是可以利用等效連續(xù)介質(zhì)的模型來對整個區(qū)域進(jìn)行分析的，然后再通過滲透張量對巖體的滲透性能進(jìn)行描述；另外，可以將有裂隙的巖體利用宏觀的角度堪稱等效的連續(xù)介質(zhì)，不過前提要等到巖體的裂隙節(jié)理的結(jié)構(gòu)得到充分發(fā)育才可以。

某礦坑邊坡的具體工程以及土質(zhì)如下描述，殘積粉質(zhì)的粘土和人工填土作為坡頂?shù)母采w層，邊坡由斷層來貫通，其中許多的碎石、方解石、次生黃泥、砂黏土和灰?guī)r塊石以及次生黃泥等在帶中；灰?guī)r層第二部分，屬于完整且堅硬的埋在土層里面較深的微風(fēng)化巖體，受到降雨的影響很??；巖石的滲透系數(shù)被利用故而可以采用連續(xù)介質(zhì)模型來分析；而邊坡巖體灰?guī)r屬于第三層，雖然為較破碎的巖體但是是節(jié)理發(fā)育完好的巖體，所以其被看作為典型的利用滲透張量程序來計算的裂隙結(jié)構(gòu)。

第二，利用模型進(jìn)行計算之后的結(jié)果分析。利用有限元程序?qū)涤耆霛B條件的邊坡穩(wěn)定性變化規(guī)律的分析，主要是由以下幾點需要分析：安全系數(shù)、礦坑邊坡在降雨之中的特征點位移、預(yù)應(yīng)力錨索軸力變化規(guī)律這三點。

礦坑邊坡的安全系數(shù)受到降雨的影響，利用強(qiáng)度折減法來對邊坡進(jìn)行安全系數(shù)的計算，從MATLAB軟件來獲得的圖形中知道礦坑在沒有降雨時候，未加固的安全系數(shù)相比加固的安全系數(shù)來說增加的幅度達(dá)到 50%；而安全系數(shù)的變化規(guī)律在加固前后基本持平，都是以降雨的強(qiáng)度和時間增加而變小的，最小安全系數(shù)在加固之后達(dá)到 1.78，而加固之前是 1.02。降雨的強(qiáng)度增長之后其強(qiáng)度也會變大，但是安全系數(shù)會慢慢地變低，知識降低的幅度變化得比較平緩而已。降雨情況的不同對礦坑邊坡位移以及安全系數(shù)來對比，都會發(fā)現(xiàn)兩者的變化和不一樣的工況中的變化幅度都是相同的；所以，安全系數(shù)的變化可以通過邊坡的位移情況不同來反映。

對不同工況下的位移點進(jìn)行提取，從而獲取了位移特征點圖，通過圖形我們可以知道特征點的位移和降雨變化之間的關(guān)系，以及沒有對礦坑邊坡加固時候，位移值是每個特征點越靠近坡腳時候越大；對礦坑邊坡加固之后，增加了降雨時間導(dǎo)致位移的不斷增大，只是這個位移變化的幅度不是很大且沒有靠近邊坡腳時候位移越大時候的趨勢；對于前者沒有加固處理的情況中出現(xiàn)比較大的位移的時候，是預(yù)應(yīng)力錨索加固邊坡的一種 ，對待礦坑邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行緩解起到非常明顯的作用。

降雨入滲情況下對錨索軸力的變化規(guī)律說明，礦坑邊坡穩(wěn)定性主要得益于支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用。加固結(jié)構(gòu)中雖然能夠?qū)ΦV坑邊坡起到穩(wěn)定的作用，但是也有不同研究者對其自身受力過大而產(chǎn)生破壞的問題進(jìn)行研究，這是非常重要的問題；如果想要指導(dǎo)支護(hù)結(jié)構(gòu)是否會存在破壞的用，就必須要知道結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分布規(guī)律才行。我們需要對每個不同工況中的錨索軸力分布進(jìn)行提取，為的是在降雨之后的錨索結(jié)構(gòu)內(nèi)部力的規(guī)律給展示出來。由一系列的圖示以及數(shù)據(jù)表明，礦坑邊坡的位移處在最大數(shù)值時候也會出現(xiàn)在邊坡的底層，所以我們可以參考在降雨的時候邊坑的邊坡坡腳位置是最為重點需要加固之處；另外，需要注意的是處在坡腳附近位置的錨索軸力需要被重點監(jiān)測，這是為了防止過大錨索軸力的發(fā)生而出現(xiàn)被破壞的情況。

3 結(jié)語

本文通過降雨入滲條件下對礦坑邊穩(wěn)定性進(jìn)行分析，主要闡述了穩(wěn)定性分析的必要性，以及利用軟件來對出現(xiàn)不穩(wěn)定情況的分析以及數(shù)據(jù)解讀。礦坑邊坡會根據(jù)降雨的持續(xù)時間以及強(qiáng)度的增加，導(dǎo)致邊坡的位移逐漸增加，但是安全系數(shù)會變得下降。從數(shù)據(jù)分析得到降雨后的礦坑邊坡如果沒有進(jìn)行加固的工程，礦坑下部就會出現(xiàn)最大位移，而依次排列的是上部位移最小，中部次之的順序。明白了這樣的情況之后，我們可以順利地對礦坑邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性的施工，最大化保證安全性。

[1]楊秀竹,葉志凌,雷金山,劉正夫.降雨入滲條件下礦坑邊坡穩(wěn)定性分析[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報,2017,14(05):935-941.

[2]吾斯曼·若孜,吐爾尼沙·尼亞孜.降雨入滲條件下邊坡穩(wěn)定性分析[J].華東公路,2015(05):57-59.

[3]潘蘇,李毅男,黃士奎,楊健.礦坑灰場巖石高邊坡穩(wěn)定性分析治理方案[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2008(02):23-25+41.