基于GeoStudio的某金礦露采邊坡穩(wěn)定性分析

王書昭，李乾龍，王丹

(1.中國有色金屬工業(yè)西安勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710000；2.江西理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州市 341000)

0 引言

目前，理論研究、模型試驗(yàn)和現(xiàn)場監(jiān)測已成為巖層控制研究的主要方法，但在土和巖石等非均勻介質(zhì)、非線性材料、現(xiàn)場應(yīng)力條件復(fù)雜等問題中，解析方法假設(shè)過多，難以得出真實(shí)解[1]。近幾十年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值模擬計(jì)算方法在采礦工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛[2]。采用數(shù)值模擬可以減少實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)的工作量，降低成本，縮短周期，也可以模擬巖體復(fù)雜的力學(xué)結(jié)構(gòu)特征，還可以分析各種穩(wěn)定性問題和施工過程[3]。因此，數(shù)值分析方法是解決巖土工程問題的有效工具之一。

影響露天礦邊坡穩(wěn)定性的因素很多，從源頭上可分為兩類。一類是巖體的礦物組成和地質(zhì)構(gòu)造面；另一類是自然和人為外部因素的影響等[4]。本文將根據(jù)室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)的參數(shù)，經(jīng)過折減，利用Geo-Studio軟件計(jì)算目標(biāo)邊坡自然狀態(tài)、降雨?duì)顟B(tài)、地震狀態(tài)下的穩(wěn)定性。

1 礦區(qū)概況

礦區(qū)位于松潘甘孜構(gòu)造帶與揚(yáng)子地臺(tái)的結(jié)合部，礦床屬構(gòu)造破碎帶蝕變巖型金礦床。10號(hào)、15號(hào)礦體是礦區(qū)的主要礦體，礦體規(guī)模大。10號(hào)礦體分布于礦區(qū)中部，東西長1250 m、南北寬約350 m，礦體地表出露海拔高度為3820～4080 m。15號(hào)礦體分布于礦區(qū)東部，東西長約600 m、南北寬約250 m，礦體地表出露海拔高度為3840～4070 m。該礦區(qū)礦體基本特征見表1。

表1 某金礦礦床基本特征

通過現(xiàn)場采樣，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行巖石力學(xué)試驗(yàn)，確定巖石強(qiáng)度參數(shù)，進(jìn)而確定巖體強(qiáng)度參數(shù)，由于碳質(zhì)板巖傾角與最終坡面角基本一致，故取室內(nèi)試驗(yàn)參數(shù)的1/25作為巖體力學(xué)計(jì)算參數(shù)[5]。在降雨情況下，礦物巖石以及膠結(jié)物發(fā)生軟化，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，計(jì)算時(shí)，首先根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況確定地下水浸潤線，對(duì)浸潤線以上巖體強(qiáng)度取自然狀態(tài)下的參數(shù)，以下部分取飽和巖體強(qiáng)度參數(shù)[6]。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）查得基本的地震烈度及建筑抗震設(shè)防類別和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為：抗震設(shè)防烈度為7度[7]，基本地震加速度按0.15g計(jì)算。巖體力學(xué)參數(shù)見表2。

表2 巖體力學(xué)參數(shù)

2 模型建立及結(jié)果分析

2.1 建立剖面計(jì)算模型

選取條件最為不利的①號(hào)剖面與②號(hào)剖面進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定性分析，剖面平面位置見圖 1，根據(jù)等高線作出2個(gè)邊坡位置的剖面CAD圖，并導(dǎo)入Geo-Studio模型建立模塊，模型詳見圖2、圖3。選用摩爾庫倫準(zhǔn)則進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。

圖1 邊坡穩(wěn)定驗(yàn)算剖面位置

圖2 ①號(hào)邊坡剖面

圖3 ②號(hào)邊坡剖面

2.2 結(jié)果分析

邊坡穩(wěn)定性采用極限平衡法進(jìn)行分析，選擇Morgenstern-Price法、Spencer法2種分析方法進(jìn)行自然、降雨、地震工況下的計(jì)算[8]。計(jì)算云圖見圖4、圖5。兩種方法計(jì)算的安全系數(shù)同一工況下取小值。計(jì)算結(jié)果顯示，①號(hào)剖面在自然條件下邊坡的穩(wěn)定系數(shù)為1.222，在降雨工況下，下降到1.083，在地震工況下，則降到1.042；②號(hào)剖面在自然條件下邊坡的穩(wěn)定系數(shù)為1.219，在降雨工況下，下降到1.108，在地震工況下，則降到1.094；綜合來看，②號(hào)邊坡比①號(hào)邊坡的穩(wěn)定性要好，這與其幾何形狀有很大關(guān)系，②號(hào)邊坡的高度、最終邊坡角都要小于①號(hào)邊坡。

圖4 ①號(hào)剖面計(jì)算云圖

圖5 ②號(hào)剖面計(jì)算云圖

3 結(jié)論

（1）不同工況下，采用極限平衡法計(jì)算露天采場最終邊坡的最小穩(wěn)定性系數(shù)，計(jì)算結(jié)果表明，邊坡的最小穩(wěn)定性系數(shù)均大于要求的穩(wěn)定性安全系數(shù)，設(shè)計(jì)推薦的邊坡結(jié)構(gòu)參數(shù)滿足安全性要求。

（2）從 2種不同的極限平衡計(jì)算方法得出的結(jié)果可以看出，同一邊坡剖面在同一工況下計(jì)算得到的穩(wěn)定性系數(shù)比較接近，誤差很??；從計(jì)算云圖結(jié)果發(fā)現(xiàn)同一工況下不同計(jì)算方法的潛在危險(xiǎn)滑移面的位置幾乎相同。

（3）實(shí)際邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開采中應(yīng)注意軟弱夾層對(duì)巖體穩(wěn)定性的影響，應(yīng)加強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測，如有條件，在危險(xiǎn)邊坡位置安裝實(shí)時(shí)監(jiān)測傳感器，構(gòu)建滑坡預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)軟弱結(jié)構(gòu)應(yīng)采取相應(yīng)的預(yù)防治理措施。