露天礦山軟硬互層型邊坡穩(wěn)定性影響研究現(xiàn)狀

熊昊

摘 要：本文針對軟硬互層邊坡穩(wěn)定性影響的復(fù)雜工程難題，對邊坡變形破壞類型與影響因素研究現(xiàn)狀、巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價方法研究現(xiàn)狀、軟硬互層型邊坡變形破壞模式研究現(xiàn)狀進(jìn)行研究。分析露天礦山軟硬互層型邊坡穩(wěn)定性影響研究進(jìn)展，為此類型邊坡后續(xù)研究提供支撐。

關(guān)鍵詞：軟硬互層型邊坡;邊坡穩(wěn)定性;研究現(xiàn)狀

中圖分類號：X936

露天礦山軟硬互層型邊坡中，巖石性質(zhì)具有較大差異，在破壞時間與空間上不具備連續(xù)性，導(dǎo)致分析邊坡破壞模式相對復(fù)雜，影響此類邊坡開挖建設(shè)過程中的穩(wěn)定判斷，對邊坡支護(hù)與治理造成困難。當(dāng)前，人們對軟硬互層邊坡破壞模式的認(rèn)知較為有限，需要進(jìn)一步深化研究。

1 邊坡變形破壞類型與影響因素研究現(xiàn)狀

1.1 邊坡變形破壞類型研究現(xiàn)狀

邊坡變形破壞類型根據(jù)邊坡結(jié)構(gòu)的多樣性而呈現(xiàn)復(fù)雜多樣的特點(diǎn)，1973年Hoek.E將邊坡的破壞模式細(xì)分為圓弧性、平面型、楔體型及傾倒型，對每一種破壞模式的破壞特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。1992年，張倬元等人分類包括邊坡蠕變變形滑動至巖體承壓拉裂過程、沿滑移面滑動至承壓致使巖體拉裂過程、邊坡彎曲變形致使巖體拉裂過程、巖土體的塑性流動至拉裂破壞及邊坡滑移至彎曲的破壞過程。

軟硬互層型邊坡常包含兩種或兩種以上巖性具有較大差異巖體，眾多學(xué)者對軟硬互層邊坡分類進(jìn)行了研究，如2011年宋玉環(huán)根據(jù)軟硬互層邊坡坡體結(jié)構(gòu)與巖體結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分。

1.2 邊坡變形破壞主要影響因素研究現(xiàn)狀

軟硬互層邊坡變形破壞是受到多種影響因素共同作用的結(jié)果，各種影響情況不僅包括地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、軟硬巖自身性質(zhì)等邊坡自身因素，還包含降雨、邊坡開挖等自然與人為等外在因素。

綜上，軟硬互層邊坡分類體系根據(jù)分類方式的不同而具有差異。此外，此類邊坡變形破壞機(jī)制不僅受到外界因素所影響，如降雨、地震等。還與軟硬巖厚度、巖層傾角的組合密切相關(guān)。

2 巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價方法研究現(xiàn)狀

邊坡穩(wěn)定性評價是指：對邊坡穩(wěn)定條件進(jìn)行研究，以判斷邊坡巖體抵抗變形破壞能力的可靠程度。如今，邊坡穩(wěn)定評價方法分為三大類：

2.1 定性分析法

定性分析方法是指基于工程地質(zhì)勘查，探清暫未發(fā)生滑坡現(xiàn)象邊坡的滑移概率，可能出現(xiàn)的滑坡模式;對已經(jīng)變形破壞邊坡的成因從地質(zhì)演變角度進(jìn)行調(diào)查，為預(yù)防再出現(xiàn)類似滑坡奠定基礎(chǔ)。定性分析方法經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)，此方法會產(chǎn)生較大的局限。

2.2 定量分析法

定量分析法受限于當(dāng)前技術(shù)發(fā)展水平，邊坡穩(wěn)定性評價還未達(dá)到全定量分析的高度。極限平衡法其實(shí)質(zhì)上是根據(jù)力和力矩的平衡建立方程，通過計(jì)算邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)，進(jìn)而分析邊坡穩(wěn)定狀況。定性分析法與極限平衡法無法考慮邊坡體內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，因此需引入數(shù)值模擬法進(jìn)行分析。數(shù)值模擬法主要包括有限元法（FEM）、離散元法（DEM）等。有限元法缺點(diǎn)是不能很好的模擬非連續(xù)巖土體。而離散元法可以很好的模擬非連續(xù)巖土體，處理不連續(xù)介質(zhì)時十分具有優(yōu)勢。

2.3 非確定分析方法

在邊坡穩(wěn)定性分析中存在一些不確定性因素，因此，人們引入非確定性分析方法，該方法的應(yīng)用有助于人們更全面、更精準(zhǔn)的分析邊坡穩(wěn)定問題[1]。

定性分析法發(fā)展至目前已經(jīng)相對成熟，其只適用于評判邊坡穩(wěn)定的最初階段。因此在研究軟硬互層型巖質(zhì)邊坡時，最常用的方法仍然是數(shù)值分析法中的離散元法。

3 軟硬互層型邊坡變形破壞模式研究現(xiàn)狀

3.1 軟硬互層型順層邊坡變形模式研究現(xiàn)狀

軟硬互層型順層邊坡失穩(wěn)破壞機(jī)制具有獨(dú)特性。1994年張倬元等人[36]將軟硬互層順層滑坡劃分為塑流-拉裂式滑坡與平推式滑坡，前者是由于上覆巖層自重原因致使下伏軟巖產(chǎn)生塑性流動，導(dǎo)致上覆巖層產(chǎn)生滑移;后者是雨水入滲作用下，邊坡發(fā)生平移推出式滑坡現(xiàn)象。

研究表明：軟硬互層型順層邊坡滑坡變形機(jī)制大致過程為：在降雨、地下水等誘發(fā)因素作用下，軟、硬巖的差異性分化與不均勻蠕變狀態(tài)致使邊坡出現(xiàn)不協(xié)調(diào)變形，最終發(fā)生順層滑坡現(xiàn)象。

3.2 軟硬互層型反傾邊坡變形模式研究現(xiàn)狀

此類邊坡因其變形破壞機(jī)制復(fù)雜研究較為復(fù)雜。1957年，Talobra首次將層狀反傾邊坡的傾倒破壞過程進(jìn)行了描述。2020年，朱淳[50]通過相似模擬試驗(yàn)與數(shù)值模擬對內(nèi)蒙古某反傾邊坡進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)邊坡呈階梯狀傾倒，并對邊坡傾倒破壞過程進(jìn)行了詳細(xì)描述[2]。

研究結(jié)果表明，軟硬互層型反傾邊坡破壞機(jī)制不僅受到外界環(huán)境如風(fēng)化、侵蝕、降雨等因素影響，還因自身特殊的巖體結(jié)構(gòu)而具有其復(fù)雜性與獨(dú)特性。軟硬巖長期相互作用會導(dǎo)致邊坡應(yīng)力不斷重分布，邊坡自頂端開始逐漸向臨空面產(chǎn)生位移、出現(xiàn)“點(diǎn)頭哈腰”現(xiàn)象。由于硬巖大多為脆性巖石，而軟巖多為塑性巖石，因此硬巖會首先出現(xiàn)彎曲的張裂隙并逐漸貫通，邊坡最終發(fā)生破壞。

4 結(jié)論

通過對軟硬互層型邊坡穩(wěn)定性影響研究的論述， 得出以下結(jié)論：

（1）軟硬互層邊坡坡變形破壞機(jī)制不僅受到降雨、地震等外界因素影響還與軟硬巖厚度、巖層傾角的組合密切相關(guān)。

（2）定性分析法發(fā)展至目前已經(jīng)相對成熟，但局限性較大。非確定分析方法尚不完善，因此在研究軟硬互層型巖質(zhì)邊坡時，最常用的方法仍然是數(shù)值分析法中的離散元法。

（3）軟硬互層型順層邊坡滑坡變形機(jī)制為：軟、硬巖的差異性分化與不均勻蠕變狀態(tài)致使邊坡出現(xiàn)不協(xié)調(diào)變形，最終發(fā)生順層滑坡現(xiàn)象。軟硬互層型反傾邊坡破壞機(jī)制為：軟硬巖長期相互作用下，軟巖會出現(xiàn)“點(diǎn)頭哈腰”現(xiàn)象;硬巖會首先出現(xiàn)彎曲的張裂隙并逐漸貫通，邊坡最終發(fā)生破壞。

參考文獻(xiàn)：

[1]Yanji S，Yanqiu P，Zhongliang Z， et al. Fuzzy comprehensive assessment of running condition for a large-scale centrifugal compressor set[J]. Chinese Journal of Chemical Engineering，2019，27（12）： 2979-2988

[2]朱淳. 層狀反傾巖質(zhì)邊坡傾倒變形破壞機(jī)理及NPR錨索控制實(shí)驗(yàn)研究[D]. 吉林大學(xué)，2020： 152