GEO-SLOPE軟件在某露天礦山邊坡穩(wěn)定性分析及治理方案選擇研究

聶緒斯，趙琛

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 馬關(guān) 663700）

某露天礦山采場位于云南省文山州馬關(guān)縣境內(nèi)，屬大型以鋅、錫、銦為主，伴生有銅、銀、鐵、硫等多種可回收的有益組分的礦床，其露天邊坡最高處為1430m，隨著采剝工程的不斷推進，目前采場最低標高為910m，其中采場東幫最大垂直邊坡高度350m。所處區(qū)域主要分布片巖、矽卡巖、大理巖、片麻巖、片麻狀花崗巖，F(xiàn)0斷層從東幫采場近于平行邊坡走向通過，其間次級構(gòu)造或破碎帶軟弱結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，出露巖體的節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體風化強烈、破碎，結(jié)構(gòu)松散、強度低、遇水易軟化膨脹。在地震、暴雨、采掘、爆破活動等不利因素影響下，對礦山安全生產(chǎn)存在影響和危害。因此，對該礦山東幫邊坡穩(wěn)定性分析及治理勢在必行。

1 邊坡穩(wěn)定性分析

表1 某礦區(qū)巖體物理力學(xué)參數(shù)

邊坡的穩(wěn)定性受物質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)條件、環(huán)境條件3方面的綜合影響，物質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)條件是邊坡本身固有的，且邊坡破壞是以巖體結(jié)構(gòu)破壞為前提的，其特性決定著邊坡的穩(wěn)定狀況。環(huán)境條件多變是誘發(fā)滑坡的因素，誘發(fā)滑坡的環(huán)境條件主要是降雨、地震、人類活動。

由于在一定的強度指標和滑動模式下，實際發(fā)生破壞的滑動面必定為安全系數(shù)最小的潛在滑動面。因此，采用極限平衡法研究邊坡的穩(wěn)定性時，潛在滑面的確定就成為了關(guān)鍵。

本次選取加拿大巖土軟件開發(fā)商GEO-SLOPE公司開發(fā)的GeoStudio v7.10軟件進行計算，計算方法為Bishop法，有程序自動搜索潛滑面。本次選取東幫邊坡中部具有代表性的3-3剖面線為計算展示圖。

該礦山采場東幫邊坡工程安全等級為II級，礦區(qū)抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度區(qū)第一組，礦區(qū)地殼穩(wěn)定性為穩(wěn)定區(qū)，可不考慮地震對邊坡的影響，其安全評價準則為：不考慮地震時，邊坡安全系數(shù)Fs＞1.20，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，F(xiàn)s在1.05～1.20之間，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，F(xiàn)s在1.00～1.05之間，邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，F(xiàn)s＜1.0時邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

1.1 邊坡現(xiàn)狀分析

在自然狀態(tài)下利用GEO-SLOPE計算分析邊坡穩(wěn)定性的計算模型及滑坡模式如圖1所示，計算結(jié)果為在自然狀態(tài)下安全系數(shù) sF=1.087，處于極限基本穩(wěn)定狀態(tài)，滑動面處于F0上盤，需采取措施保證邊坡穩(wěn)定性。

圖 1 3-3剖面圖自然狀態(tài)計算模型

1.2 削坡減載治理方案分析

方案一：將當前1170～1260m主運輸?shù)缆凡贾迷诋斍皷|幫BW1潛在滑動面下盤，將1080～1170m主運輸?shù)缆凡贾迷贐W1上盤厚大的大理巖層內(nèi)，BW1上盤臺階坡面角調(diào)整至45°，BW1下盤臺階坡面角調(diào)整至53°，BW1下盤的1260平臺預(yù)留55m。

方案二：將當前1170～1260m主運輸?shù)缆凡贾迷趲r性穩(wěn)定的F0下盤，將1080～1170m主運輸?shù)缆凡贾迷贔0上盤厚大的大理巖層內(nèi)，F(xiàn)0上盤臺階坡面角調(diào)整至45°，F(xiàn)0下盤臺階坡面角調(diào)整至60°，在F0上盤的1170平臺、1200平臺、1230平臺預(yù)留50～80m，F(xiàn)0下盤的1260平臺預(yù)留55m。

1.2.1方案一計算結(jié)果分析

方案一計算結(jié)果如圖2、圖3所示，自然狀態(tài)下，邊坡的安全系數(shù) sF=1.205，處于含水狀態(tài)下，邊坡的安全系數(shù)sF=1.173，邊坡僅屬于基本穩(wěn)定狀態(tài)，基本達到安全系數(shù)要求，其余剖面穩(wěn)定性系數(shù)計算如表2所示。

圖2 3-3剖面工況Ⅰ穩(wěn)定性計算圖

圖3 3-3剖面工況Ⅱ穩(wěn)定性計算圖

表2 方案一治理后穩(wěn)定性系數(shù)

1.2.2方案二計算結(jié)果分析

根據(jù)現(xiàn)場實地踏勘結(jié)果，銅街、曼家寨露天采場東幫邊坡經(jīng)歷數(shù)次垮塌，形成的現(xiàn)狀邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，此次邊坡上部削坡減載治理方案將1080m上部邊坡通過進一步優(yōu)化調(diào)整邊坡參數(shù)削坡卸載，進一步降低邊坡角，F(xiàn)0斷層上盤欠穩(wěn)定邊坡高度降低50～90m，5個計算剖面靠幫后邊坡的安全系數(shù)均大于1.2，滿足相關(guān)規(guī)范的要求。計算結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 3-3剖面工況Ⅰ穩(wěn)定性計算圖

圖5 3-3剖面工況Ⅱ穩(wěn)定性計算圖

表3 方案二治理后穩(wěn)定性系數(shù)

方案一雖臺階坡面角可實施性強，但除1170-1200路段外其余均布置在F0上盤，安全穩(wěn)定性系數(shù)仍處于基本穩(wěn)定范圍內(nèi)，同時預(yù)留平臺較少，后期對于邊坡淺層滑移治理能力弱。方案二將1170～1260m道路布置在F0下盤，道路質(zhì)量穩(wěn)定性更高，其次整體邊坡角更緩，邊坡安全性更高，同時在F0上下盤均有預(yù)留平臺，對于后期淺層滑移治理及F0斷層區(qū)域深層滑移均有應(yīng)對空間，雖工程量、工期、治理費用均最高，但相比之下，方案二更能達到治理效果。

2 結(jié)語

（1）F0斷層為采場東幫邊坡穩(wěn)定性控制性構(gòu)造，對邊坡的穩(wěn)定性起決定性作用；潛在不穩(wěn)定邊坡（BW1）處于F0上盤，位于露天采場東幫境界內(nèi)，接觸面為大理巖及矽卡巖、化片巖與石英云母片巖接觸部位，是現(xiàn)狀臺階變形、滑動的主要活動面。綜合考慮，調(diào)整東幫上段主運輸?shù)辣M可能地設(shè)置于相對穩(wěn)定、堅固的大理巖、矽卡巖地段，盡量避讓或者少通過F0斷層破碎帶及易滑地層，同時，進一步實施削坡減載治理工程，降低東幫邊坡不穩(wěn)定體負荷，改善東幫邊坡的穩(wěn)定性。

（2）通過方案二計算出東幫邊坡安全系數(shù)均在1.2以上，滿足安全規(guī)程要求。

（3）邊坡位移滑坡是一個漸進發(fā)展的過程，利用GEOSLOPE軟件計算削坡治理后穩(wěn)定性較好，但其東幫邊坡地處F0斷層，仍有淺層滑移的可能性，應(yīng)在邊坡合理位置預(yù)留一定寬度的平臺為后期治理提供條件。