不同工況下露天邊坡穩(wěn)定性分析與監(jiān)測

中圖分類號：TD804 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）18-0088-04

Abstract：Thestabilityofopenpitslopesisdirectlyrelatedtothesafetyofpersonnelandequipmentinandaroundopen pitmines.Usingthelimitequilibriummethod，astudywascarriedoutonthestabilityofanopenpitmineunderdiferent workingcondions.Theresultsshowthattheslopedoesnothavetheposibilityof planar，wedge，ordumping type，andthe posibledamage modesof slopesinthe curentopen pit mining sitecanbeassumedtobecompositeorfoldingtype.Thesafety coeficientsunderthecombinedworkingconditionsofself-weight，groundwater（heavyrainfall，blastingvibrationforceand seismicforcesatisfythelimitsofoverallstabilitysafetycoeficientsoflassIslopesandthelimitsofoverallstabilitysafety coeficientsofClass IIslopesspecifiedinthecurrntspecifications，andthereisacertaindegreeofsafetyreserve.Italso carriesoutcrackmonitoring，surfacedisplacementmonitoring，blastingvibrationmonitoring，rainfallmonitoringandgroundwater level monitoring to further guarantee the stability of open slopes.

Keywords： slope; combined working conditions; extreme equilibrium; security monitoring； stability

礦山露天開采過程中，邊坡存在垮塌風險，一旦失穩(wěn)，將嚴重影響礦山人員安全，并造成經濟損失。因此，露天邊坡的穩(wěn)定性一直是露天開采過程中的重要研究課題。明確其安全系數(shù)，解決潛在的穩(wěn)定性問題，不僅具有重要的理論研究意義，還具有較大的工程價值。

針對露天邊坡穩(wěn)定性，相關專家開展了廣泛的研究。許宏亮根據(jù)開采過程中露天邊坡形態(tài)建立了三維模型，利用FLAC3D數(shù)值模擬軟件對其進行了穩(wěn)定性分析。尹永明等采用極限平衡法，并結合FLAC3D數(shù)值模擬軟件，對露天邊坡的穩(wěn)定性進行了分析。徐曉東等將Bishop算法和FLAC3D數(shù)值模擬有效融合，對露天邊坡的安全系數(shù)開展了敏感性分析。除了自身重力的影響外，露天邊坡的穩(wěn)定性受到爆破、水力等多重因素的影響[4-。因此，對邊坡進行常規(guī)穩(wěn)定分析的基礎上，部分專家也開展了不同工況條件下的露天邊坡穩(wěn)定性分析。Yang等對降雨工況下的露天邊坡穩(wěn)定性開展了分析，發(fā)現(xiàn)含水敏性泥巖邊坡防治滑坡的關鍵是控制泥巖層的變形和滑動。韓昭玉等[8]對降雨與地震作用下的高陡邊坡進行了穩(wěn)定性分析。這些研究進一步豐富了邊坡穩(wěn)定性研究的成果，為邊坡穩(wěn)定性研究提供了方法與思路。但是，為了進一步降低邊坡的潛在性失穩(wěn)問題，還需要對露天邊坡開展監(jiān)測工作，包括位移監(jiān)測、振動監(jiān)測等9-。本文在借鑒上述研究方法的基礎上，針對某礦高陡邊坡開展穩(wěn)定性研究，分析其在不同工況條件下的穩(wěn)定性，并建立相應監(jiān)測方案，切實保障邊坡穩(wěn)定性。

1工程背景

某礦山邊坡如圖1所示，邊坡為巖質邊坡，邊坡巖性主要為白云質灰?guī)r，屬中厚層狀＼～厚層狀沉積巖，巖石風化程度多為中風化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，緩傾角的裂隙不發(fā)育，以陡傾角裂隙為主，層間裂隙有灰質、泥質及鐵質物充填，其他裂隙以方解石脈和泥質充填，無傾向坑內的貫通性軟弱結構面，邊坡巖體結構面屬硬性結構面，結構面結合程度差＼～一般。邊坡巖體巖石堅硬程度為較硬巖＼～堅硬巖，巖體完整程度多呈較破碎＼～較完整。邊坡巖體結構類型為裂隙塊狀、層狀結構；地質結構類型為塊狀、層狀巖體邊坡。現(xiàn)狀邊坡坡面干燥，未見基巖裂隙水滲出。

各臺階階段（含并段后）高度總體上介于 11.6～ 26.3m ，安全（清掃）平臺寬度一般介于 11～24m ，現(xiàn)狀臺階坡面角（含并段后）總體上介于 40^°～66^° ，現(xiàn)狀南邊幫邊坡高度總體上介于 48～77m 、最大邊坡高度約77m ，現(xiàn)狀總邊坡角約介于 36^°～40^° 。目前邊坡高度較高，存在一定隱患，急需開展穩(wěn)定性研究。選取其中典型剖面開展穩(wěn)定性分析，選取坡面如圖2所示，高度 165m ，長度 200m ，共7級臺階，頂部臺階標高為 183m ，底部臺階標高為 30m 。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2.1潛在破壞模式判別

礦山經過多年開采，地下水水位標高位于最低開采標高以下，現(xiàn)狀邊坡坡面干燥，無基巖裂隙水滲出，地下水對邊坡穩(wěn)定性無影響，影響邊坡穩(wěn)定性的天氣因素主要為季節(jié)性大氣降水，現(xiàn)狀露天采礦場邊坡的工程地質條件和水文地質條件均為簡單型。

經綜合分析，現(xiàn)狀露天采礦場巖質邊坡破壞模式不存在平面型、楔體型、傾倒型的可能性，對現(xiàn)狀露天采礦場邊坡可能的破壞模式可假定為復合型或折線型

2.2計算方法與工況

對現(xiàn)狀露天采礦場邊坡穩(wěn)定性的定量計算，采用現(xiàn)行國家標準GB51016—2014《非煤露天礦邊坡工程技術規(guī)范》推薦的“極限平衡法”，以總體邊坡抗滑安全系數(shù)作為評價指標，計算方法采用Sarma法。

現(xiàn)狀露天采礦場邊坡穩(wěn)定性定量計算所采用的邊坡巖體及結構面物理力學計算參數(shù)值見表1。表2為地震工況下采用“擬靜力法\"計算地震作用力所采取的相關參數(shù)值。

按照現(xiàn)行國家標準GB51016—2014《非煤露天礦邊坡工程技術規(guī)范》中的有關規(guī)定，本次對現(xiàn)狀露天采礦場邊坡穩(wěn)定性定量計算所采用的荷載組合及采礦場邊坡安全系數(shù) F_s 限值見表3。

2.3 計算結果

在現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的“荷載組合I-自重 + 地下水（暴雨）”工況下，現(xiàn)狀露天采礦場總體邊坡抗滑安全系數(shù)計算值為1.38，均滿足現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的I級邊坡總體穩(wěn)定安全系數(shù)限值1.25～1.20和Ⅱ級邊坡總體穩(wěn)定安全系數(shù)限值1.20～1.15要求，并且有一定程度的安全儲備。

在現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的“荷載組合Ⅱ-自重 + 地下水（暴雨） + 爆破振動力”工況下，現(xiàn)狀露天采礦場總體邊坡抗滑安全系數(shù)計算值為1.34，均滿足現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的I級邊坡總體穩(wěn)定安全系數(shù)限值1.23～1.18和Ⅱ級邊坡總體穩(wěn)定安全系數(shù)限值1.18～1.13要求，并且有一定程度的安全儲備。

在現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的“荷載組合Ⅱ-自重 + 地下水（暴雨） + 地震力\"工況下，現(xiàn)狀露天采礦場總體邊坡抗滑安全系數(shù)計算值為1.26，均滿足現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的I級邊坡總體穩(wěn)定安全系數(shù)限值1.20～1.15和Ⅱ級邊坡總體穩(wěn)定安全系數(shù)限值1.15～1.10要求，并且有一定程度的安全儲備。

3 邊坡監(jiān)測

3.1 監(jiān)測預警值

邊坡監(jiān)測是發(fā)現(xiàn)其潛在危險的重要舉措，現(xiàn)開展裂縫監(jiān)測、表面位移監(jiān)測、爆破震動監(jiān)測、降雨量監(jiān)測和地下水位監(jiān)測，并將預警等級應分為4個級別，分別為藍色預警、黃色預警、橙色預警和紅色預警。具體監(jiān)測預警如下所示。

3.1.1 裂縫監(jiān)測預警值設定

1）藍色預警值：水平方向上連續(xù)5d日累計位移超過 150mm 且方向一致并未見收斂。

2）黃色預警值：水平方向上連續(xù)5d日累計位移超過 200mm 且方向一致并未見收斂。

3）橙色預警值：水平方向上連續(xù)5d日累計位移超過 250mm 且方向一致并未見收斂。

4）紅色預警值：水平方向上連續(xù)5d日累計位移超過 300mm 且方向一致并未見收斂。

3.1.2邊坡表面位移監(jiān)測預警值設定

1）藍色預警值：監(jiān)測點位移變化速度達到 3mm/h 日累計位移超過 15mm 且方向一致并未見收斂。

2）黃色預警值：監(jiān)測點位移變化速度達到 日累計位移超過 30mm 且方向一致并未見收斂。

3）橙色預警值：監(jiān)測點位移變化速度達到9 ）_mm/h 日累計位移超過 45mm 且方向一致并未見收斂。

4）紅色預警值：監(jiān)測點位移變化速度達到 12mm/h 日累計位移超過 60mm 且方向一致并未見收斂。

3.1.3 邊坡內部位移監(jiān)測預警值設定

1）藍色預警值：監(jiān)測點位移變化速度達到 日累計位移超過 10mm 且方向一致并未見收斂。

2）黃色預警值：監(jiān)測點位移變化速度達到 日累計位移超過 25mm 且方向一致并未見收斂。

3）橙色預警值：監(jiān)測點位移變化速度達到 4mm/h 日累計位移超過 40mm 且方向一致并未見收斂。

4）紅色預警值：監(jiān)測點位移變化速度達到 日累計位移超過 50mm 且方向一致并未見收斂。

3.1.4爆破震動監(jiān)測預警值設定

1）藍色預警值：邊坡坡腳爆破震動速度為 19cm/s 靠幫邊坡坡面質點的爆破震動速度為 16cm/s 。

2）黃色預警值：邊坡坡腳爆破震動速度為 22cm/s 靠幫邊坡坡面質點的爆破震動速度為 19cm/s 。

3）橙色預警值：邊坡坡腳爆破震動速度為 25cm/s 靠幫邊坡坡面質點的爆破震動速度為 21cm/s 。

4）紅色預警值：邊坡坡腳爆破震動速度為 28cm/s 靠幫邊坡坡面質點的爆破震動速度為 24cm/s 。

3.1.5降雨量監(jiān)測預警值設定

1）藍色預警值：當?shù)貧庀蟛块T預報的大雨、短時強對流天氣。

2）黃色預警值：當?shù)貧庀蟛块T預報的臺風、暴雨天氣、降雨速率 1.0mm/min. 小時降雨量 15mm 和日降雨量 50mm 。

3）橙色預警值：降雨速率 2.0mm/min 、小時降雨量 30mm 、日降雨量 100mm 。

4）紅色預警值：降雨速率 4.0mm/min 、小時降雨量 60mm 、日降雨量 200mm 。

3.1.6地下水位監(jiān)測預警值設定

1）藍色預警值：地下水位上升 4m/Ω 月。

2）黃色預警值：地下水位上升 6m/ 月。

3）橙色預警值：地下水位上升 8m/ 月。

4）紅色預警值：地下水位上升 10m/ 月。

3.2 監(jiān)測分析與建議

根據(jù)近一年的露天采場邊坡表面位移在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，露天采礦場各分區(qū)所設置的邊坡表面位移監(jiān)測點所監(jiān)測的邊坡表面位移變化速度總體上介于 -2.90～2.90mm/h ，日累計位移量總體上介于-6.70～10.80mm 、位移方向不一致并呈收斂趨勢，露天采場邊坡表面位移監(jiān)測點所監(jiān)測的邊坡表面位移變化速度及日累計位移量總體上小于設計所設定的邊坡表面位移藍色預警值。

根據(jù)近一年的露天采場邊坡爆破震動速度在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，露天采礦場各分區(qū)所設置的邊坡爆破震動監(jiān)測點所監(jiān)測的邊坡坡腳爆破震動速度和靠幫邊坡坡面質點的爆破震動速度峰值總體上介于0.009～12.946cm/s ，均小于設計所設定的邊坡爆破震動速度藍色預警值。

根據(jù)礦山對地下水位的監(jiān)測數(shù)據(jù)，露天采場范圍內的地下水位月上升幅度均小于設計所設定的地下水位上升幅度藍色預警值，礦區(qū)地下水對露天開采無影響。

盡管礦山邊坡使用全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）等先進技術進行遠程監(jiān)測，但人工巡檢仍然具有重要的作用。人工巡檢可以現(xiàn)場驗證和校準GNSS數(shù)據(jù)，檢查采場邊坡細微的位移變化，這些變化可能對于早期的預警和干預非常重要，可以觀察礦山邊坡上的附屬設施，如建筑物、管道或道路，這些設施可能對邊坡穩(wěn)定性有影響，因此，應在采礦生產過程中定期進行人工巡檢。

4結論

1）對某露天礦山巖質邊坡潛在破壞模式進行了分析，發(fā)現(xiàn)該邊坡不存在平面型、楔體型、傾倒型的可能性，現(xiàn)狀露天采礦場邊坡可能的破壞模式可假定為復合型或折線型。

2）對該邊坡在自重、地下水（暴雨）爆破振動力和地震力組合工況下穩(wěn)定性進行了分析，結果表明，各種組合工況下的安全系數(shù)均滿足現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的I級邊坡總體穩(wěn)定安全系數(shù)限值和Ⅱ級邊坡總體穩(wěn)定安全系數(shù)限值，并且有一定程度的安全儲備。

3）開展裂縫監(jiān)測、表面位移監(jiān)測、爆破震動監(jiān)測、降雨量監(jiān)測和地下水位監(jiān)測，并將預警等級應分為4個級別，分別為藍色預警、黃色預警、橙色預警和紅色預警。

參考文獻：

[1]許宏亮.琿春紫金曙光金銅礦露天礦邊坡穩(wěn)定性三維數(shù)值模擬[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2020，36（11）：201-205.

[2]尹永明，朱強，張小軍，等，廣東某建筑砂巖礦露天采場設計邊坡穩(wěn)定性分析[J].中國安全生產科學技術，2023，19（S1）：104-109.

[3]徐曉東，杜文秀.融合Bishop算法和FLAC3D的露天礦邊坡安全系數(shù)敏感性分析[J]金屬礦山，2023（6）：200-206

[4]李鑫，蘇有文，王寬寬，等.采空區(qū)群條件下某露天礦高陡邊坡穩(wěn)定性分析[J].中國礦業(yè)，2023，32（4）：66-71.

[5]張云鵬，武旭，楊曦.研山鐵礦高邊坡爆破振動地形效應特征研究[J].化工礦物與加工，2018，47（5）：45-47，57.

[6]曲立強，杜強.雨水入滲致邊坡失穩(wěn)宏細觀機制的離心模型試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2024，43（S2）：3895-3906.

[7]YANG GY，CHENYL，LIUXY，et al. Stability analysisofa slope containing water-sensitive mudstone considering differ-ent rainfall conditions at an open-pit mine[J]. InternationalJournal ofCoal Scienceamp;Technology，2023，10（1）：233-253.

[8]韓昭玉，瞿生軍，史冠宇.降雨及地震作用下高邊坡安全性數(shù)值模擬[J].工程建設，2024，56（11）：40-45.

[9]張傳亮，蘇軍.露天礦山采場邊坡表面位移監(jiān)測技術分析與應用研究[J].中國礦業(yè)，2022，31（S1）：269-274.

[10]李恩旺，魯明星.SICOMINES銅鈷礦含尾砂高大邊坡穩(wěn)定性分析及治理思路[J].礦業(yè)工程，2024，22（3）：22-27.

[11]閆國斌，陶志剛，孫光林，等.邊坡雷達在礦區(qū)邊坡監(jiān)測區(qū)域的應用分析[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2015，41（10）：57-60.