露天采場內大型鋁礦開采的巖體穩定性分析

摘 要：采礦場的巖質穩定性分析是一個研究重點，同時它也是一個十分重要的巖土工程問題。巖質由于受到多種因素的影響會造成巖體穩定性遭到破壞，例如構造應力、溫度應力、自重應力等，且邊坡巖體的性質有非均質性、各向性以及非連續性等表現。此外，巖體的穩定性也受到巖石類型以及自然界風化的侵蝕程度的影響。巖體的破壞類型有平面破壞、楔體破壞、圓弧形破壞以及傾倒破壞等。對于巖體穩定的分析方法有定性分析方法、定量分析法以及不確定性分析法。

關鍵詞：巖體穩定性；邊坡；鋁礦

我國的露天礦產產量占總產量的比重非常大，大多數大型的露天礦山在經過長時間的開采后，大部分都已經形成了邊坡，十分不利于安全。

1 巖質穩定性影響因素

1.1 邊坡形態

巖體的邊坡形態主要有坡高、坡腳、剖面形態以及臨空面四個要素，在這四個要素中，破高以及坡腳對于穩定性的影響更大。（1）破高。破高影響巖體邊坡穩定性的原理是通過對破內巖體的應力狀態的改變來對邊坡產生影響。隨著邊坡高度的增加，邊坡自重應力以及坡腳應力也會逐漸增加，從而導致邊坡的變形范圍進一步擴大，造成巖體大規模的破壞。因此，可以得知巖體邊坡的穩定性隨著破高的的增大而減弱。（2）坡腳。坡腳對邊坡的穩定性也會產生影響，其主要體現在首先坡腳的大小會決定前沿臨空狀況，因而影響到邊坡的穩定性，其次坡肩和坡面張力帶的范圍會隨著坡腳的增大而增大，因此應力集中帶的剪應力也隨著增加，從而影響邊坡的穩定性。（3）剖面形態。邊坡的穩定性很大程度上受剖面形態的影響，通常邊坡的坡形有直線型、凸坡和凹坡三種，其中穩定性最好的凹坡，其次是直線型，因此在實際的工程開采中要采用凹型開挖的方法，有利于邊坡的穩定。（4）臨空條件。在露天鋁礦的開采過程中，對邊坡坡腳的開挖是不可避免的，當對巖層進行切割時會使軟弱的巖層暴露出來，這時巖體的邊坡穩定性會急劇下降，此時要將臨空條件的作用考慮到邊坡穩定性的影響因素中。在臨空條件下邊坡的變形空間較大，這時對穩定性的影響起主要作用的是巖性組合、坡高以及巖體結構等。

1.2 邊坡巖性

對于巖質邊坡來說，其巖質工程地質性質的決定于巖性差異有關。所以巖性會對邊坡的穩定性產生影響，其是一個基本的因素。對于巖性分析主要從幾方面來進行，即地質的組成、巖石的理化性質以及微觀的化學特征。固定的變形破壞模式隨著邊坡的構成巖性不同而改變。每類地層都存在存在著其獨有的礦物組成、抗風化能力以及親水特性，這對于邊坡的變形破壞有直接的控制作用。在工程將巖石做相應的實驗來確定巖石是硬巖還是軟巖，通常來說，堅硬的巖石太多會組成高陡巖質的邊坡，而高度以及坡度相對較低緩的邊坡則有穩定的軟巖組成。在礦區所屬的區域內通常地質構造都比較復雜，因此要對邊坡的不同巖性之間的組合做準確的分析，也分析出邊坡穩定性的實際情況，各種巖性的組合對于邊坡穩定的影響是不同的。

1.3 巖體結構與地質構造

巖體中的軟弱結構面通常控制著巖質邊坡的變形破壞，因此要對結構面的性質、成因、密度以及延展性等作研究，其中對邊坡影響有重要關聯的是邊坡臨空和軟弱結構面之間的關系。會對巖質的邊坡穩定性產生影響的巖體結構因素有以下幾點：（1）結構面的傾向及傾角。（2）其次是結構面的走向和數組及數量。（3）結構面的連續性。（4）結構面的表面形態。（5）結構面的充填特征。另外，邊坡穩定性也會受到地質構造很大的影響，假如該區域內的地質構造是褶皺強烈、復雜以及運動活動的，那么會使得邊坡的穩定性大大減小。

1.4 地表水與地下水

巖體會受水的影響，其主要表現在靜水會對巖體產生壓力，形成有效的應力，而動水會對巖體產生沖涮效果，同時還會使巖體造成泥化、軟化、膨脹以及溶蝕等現象產生，其最終會導致巖體的性質變差，從而出現失穩、變形以及破壞。滲流是水流因為滲透力的作用在巖體中流動，通常對于巖質邊坡來說，巖體的穩定性在一定程度上也會受巖體滲流的影響。某些實例表明，滑坡多出現在礦區處于雨季或者解凍期內。

1.5 地震與爆破震動

在對巖質邊坡的穩定性做分析時，還要考慮到一個重要因素，就是巖質邊坡的動力分析，其相當于在邊坡承受的靜力荷載的基礎上有增加了一個動荷載。地震以及爆破震動是影響巖質邊坡穩定性的常見動力作用，其主要的影響原理是在動力作用下會改變邊坡巖體的內部應力。地震影響邊坡穩定性主要是因為地震波傳播于巖體內，會使巖體承受地震慣性力，從而使滑坡的應力增加，并且由于地震的作用，會改變邊坡巖體的結構，當舊的結結構被破壞時就會出現新的結構面，使得巖體產生張裂以及松弛，進行出現失穩現象，其后果十分嚴重。在爆炸的過程中會出現動應力波，此波會使巖體產生裂縫，若邊坡在開挖時受到爆炸的影響，那么就會導致坡面附近的不均勻巖體逐漸的失去平衡最終發展成為崩塌。

1.6 人類工程活動

人類的工程活動會在一定程度上將邊坡的地形地貌以及結構特征改變，這明顯會影響到邊坡的穩定性，對邊坡穩定性產生影響的工程行為主要有削破、坡頂加載、地下開挖等。

2 破壞類型

2.1 平面破壞

層面、節理、斷層以及層間錯動面是邊坡的一個主要的滑動面，假如邊坡的某組結構面同時向一邊傾倒，同時這個傾角的大小在邊坡角以及摩擦角之間，那么就會導致巖體的穩定性遭到破壞。

2.2 楔體破壞

在邊坡中會存在兩組楔形結構面，其是由于邊坡斜交與相互交成而形成的，在兩組的組合交線一致傾向同一邊坡時，且傾角大小在坡面角和摩擦角之間時，就會使巖體穩定性發生破壞。

2.3 圓弧形破壞

圓弧形破壞的主要表現為其坡體的滑動面為圓弧形，其多發生在邊坡較高的碎裂巖體邊坡和散體結構的巖體邊坡中。

2.4 傾倒破壞

在巖體結構面和層面較陡時多會出現傾倒破壞現象，其對巖體穩定性的破壞形式是巖塊由于受到自重的影響從而出現向外以及向下彎曲的崩塌。其主要分為三種情況，即單臺階或多種組合臺階滑落、多臺階的滑落、邊坡整體變形破壞。

3 穩定性分析方法

3.1 定性分析法

定性分析法的基礎主要是對礦區的工程地質進行勘查，對影響其邊坡穩定性的各種因素、變形方式以及失穩機理進行分析，同時對已經出現破壞的地質體進行原因分析。進而對當前的礦區工程邊坡穩定性現狀以及未來的發展趨勢進行說明以及解釋。其主要方法有自然歷史分析法、工程類比法、專家系統方法、圖解法、巖體質量評價法等。

3.2 定量分析法

極限平衡法當前對于巖體邊坡穩定分析中常用的定量分析方法，其分析基礎是對于巖體的潛在滑移剛性塊體的力矩平衡以及力系的分析，其只對滑體的沿假定滑面滑移進行考慮，而對滑體的自身變形忽略。此方法是，它對處于臨界狀態下的邊坡巖體外力以及自身強度能對巖體的作用力進行抵抗的平衡進行分析，從而得出在巖體的外加作用力和自重的影響下邊坡的穩定系數值。

4 結束語

露天采礦往往都伴隨著較大的風險，礦區巖體經過長時間的開采多會形成邊坡，而導致邊坡失穩的因素多種多樣，因此應做好巖體穩定性分析工作，找出存在的安全隱患，確保安全生產。

參考文獻

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