基于GEO－Slope的某露天礦閉坑后道路邊坡穩(wěn)定性評價

葛麗娜，唐陽山(遼寧工業(yè)大學汽車與交通工程學院)

基于GEO－Slope的某露天礦閉坑后道路邊坡穩(wěn)定性評價

葛麗娜，唐陽山
(遼寧工業(yè)大學汽車與交通工程學院)

摘要:在詳細分析某露天礦水文地質(zhì)以及實驗室試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對該露天礦閉坑后邊坡干、濕兩種狀態(tài)進行穩(wěn)定性分析評價。結(jié)果表明:露天礦閉坑后仍需采取一定的排水措施，確保土地復墾及礦山生態(tài)化建設安全進行。

關(guān)鍵詞:GEO－Slope;邊坡;穩(wěn)定性;分析評價

中圖分類號:U416. 1

文獻標識碼:??: C

文章編號:??:1008－3383(2015) 02－0004－02

收稿日期:2014－01－10

作者簡介:唐陽山(1972－)，男，山東蓬萊人，教授，博士，研究方向:交通安全。

基金項目:遼寧省教育廳優(yōu)秀人才計劃項目(LJQ2012058)。

Abstract:On the basis of analyzing the hydrogeology and laboratory test data of an open－pit mine in detail，analying and evaluating the slope stability of open pit mine pits in dry，wet states．Results show that after the open pit mine pits，it still needs to take some drainage measures，ensuring the security of the land reclamation and ecological mine construction．

Road Slope Stability Evaluation After a Certain Open－pit Mine Pits Based on GEO－Slope

GE Li－na，TANG Yang－shan
(College of Automobile＆Transportation，Liaoning University of Technology)

Key words: GEO－Slope; side slope; stability;analysis and evaluation

一直以來，露天礦產(chǎn)資源開發(fā)都是我國重要支柱產(chǎn)業(yè)，但在促進經(jīng)濟社會發(fā)展的同時，也引發(fā)了大量的礦山地質(zhì)環(huán)境問題。露天開采使山體從地形、地貌到土壤、巖石，從景觀系統(tǒng)到生態(tài)系統(tǒng)都受到了巨大的、甚至是毀滅性的破壞。為修復生態(tài)環(huán)境，達到人與自然和諧相處，應及時對閉坑后的露天礦坑進行復墾及生態(tài)重建工作。露天礦閉坑后地質(zhì)環(huán)境會有進一步惡化的可能，主要表現(xiàn)在生產(chǎn)時期采用的排水措施停止導致地下水位的上升，地下水水位上升，邊坡穩(wěn)定性下降，邊坡失穩(wěn)破壞將加速，從而可能發(fā)生滑坡，造成露天坑原有道路的破壞，增加礦山生態(tài)重建的難度系數(shù)。因此，對于閉坑后的露天礦道路邊坡進行穩(wěn)定性評價是十分必要的。針對某閉坑露天礦高陡邊坡進行穩(wěn)定性分析評價，確保該礦山生態(tài)復墾工程安全、有序進行。

1　工程地質(zhì)概況

礦區(qū)內(nèi)地形平坦，鄰近區(qū)外最高標高602．3 m。區(qū)內(nèi)標高一般為545 m，相對高差不超過30 m。構(gòu)成該礦邊坡巖體的地層有第四系覆蓋層和煤系地層，煤系地層為單斜構(gòu)造，巖層傾角平緩，而且多為10°以下。圍巖主要為上覆巖層第四系沖積層及頂?shù)装迳皫r、泥巖、砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖等。

1．1第四系沖積層

主要以粉細砂層、粘土層和砂礫層，其厚度分別為6．0～9．0 m、2．0～4．0 m和3．0～5．0 m，而且都分布在▽529標高以上，其總厚度為15 m左右。

1．2煤層上部基巖巖層

煤層上部基巖巖層:主要為侏羅系—下白堊系的砂巖和泥質(zhì)巖，砂巖以細砂巖和粉砂巖為主。其次，尚有一部分中粗砂巖和少部含礫粗砂巖。泥質(zhì)巖石主要有:含砂量為20%～30%的砂質(zhì)泥巖和具有可塑性的泥巖。此外，尚有部分含煤線、炭屑的炭質(zhì)泥巖。

1．3煤層底板下部巖層

煤層底板巖層系侏羅系松軟巖層，自上而下為中砂巖、砂質(zhì)泥巖互層和泥巖。其中粉砂巖透水性較好，膠結(jié)性極差，強度很低，平均厚度為8～12 m;互層的巖性由上而下漸變，其砂質(zhì)成分逐漸變低，泥質(zhì)成分逐漸變高，透水性逐漸變差，其厚度在0．2～2 m之間變化。

2　GEO－SLOPE軟件介紹

GeoStudio系統(tǒng)軟件是由全球著名的加拿大巖土軟件開發(fā)商GEO－SLOPE公司在20世紀70年代開發(fā)的面向巖土、采礦、交通、水利、地質(zhì)、環(huán)境工程等領(lǐng)域開發(fā)的一套仿真分析軟件，是全球最知名的巖土工程分析軟件之一。GeoStudio系列軟件包括SLOPE/W軟件、SEEP/W軟件、SIGMA/W軟件、QUAKE/W軟件、TEMP/W軟件、CTRAN/W軟件、AIR/ W軟件、VADOSE/W軟件、Seep3D軟件。在這里主要介紹SLOPE/W軟件、SEEP/W軟件系統(tǒng)。

SLOPE/W軟件是計算巖土邊坡安全系數(shù)的主流軟件產(chǎn)品。SLOPE/W軟件對于綜合問題公式化的特征使得它可以同時用八種方法分析計算簡單的或復雜的邊坡穩(wěn)定問題，用戶可以利用SLOPE/W軟件對簡單或者復雜的滑移面形狀改變、孔隙水壓力狀況、土體性質(zhì)、不同的加載方式等巖土工程問題進行分析。SLOPE/W軟件使用極限平衡理論對不同土體類型、復雜地層和滑移面形狀的邊坡中的孔隙水壓力分布狀況進行建模分析，SLOPE/W提供多種不同類型的土體

模型，并使用確定性的和隨機的輸入?yún)?shù)方法來進行分析，也可讓用戶做隨機穩(wěn)定性分析。除用極限平衡理論計算土質(zhì)和巖質(zhì)邊坡(含路堤)的安全性外，SLOPE/W軟件還使用有限元應力分析法來對大部分邊坡穩(wěn)定性問題進行有效計算和分析。正是由于具有廣泛的應用范圍和強大的分析功能，SLOPE/W軟件可以分析用戶在地質(zhì)構(gòu)造、土木工程、采礦工程等學科中遇到的幾乎所有邊坡穩(wěn)定性問題。

3　穩(wěn)定性計算

目前，邊坡穩(wěn)定性分析的方法主要有兩類:一類是建立在剛體極限平衡理論上的極限平衡法;另一類是以有限元為代表的數(shù)值計算方法。前者能給出物理意義明確的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)以及可能的破壞面，且容易被工程師掌握和應用。因此利用GEO－SLOPE軟件采用剛體極限平衡法，以圓弧滑面為破壞模式對某露天礦閉坑后高陡邊坡干、濕狀態(tài)進行分析評價。依據(jù)《煤炭工業(yè)露天礦設計規(guī)范》(GB50197 －2005)，結(jié)合該露天邊坡實際情況，考慮留有一定的安全儲備系數(shù)，本次評價工作將安全系數(shù)取定為1．1。計算參數(shù)根據(jù)礦山原有巖石力學實驗按表1選取。

表1　巖體物理力學參數(shù)表

首先利用AutoCAD對典型剖面進行處理，將各地質(zhì)層位生成面域，便于直接導入GEO－SLOPE計算使用。利用GEO－SLOPE對各典型剖面進行干、濕狀態(tài)分析計算，結(jié)果如圖1、圖2、圖3、圖4、表2所示。

圖1　23－24干邊坡剖面計算結(jié)果圖

圖2　23－24濕邊坡剖面計算結(jié)果圖

圖3　27－28干邊坡剖面計算結(jié)果圖

圖4　27－28濕邊坡剖面計算結(jié)果圖

表2　典型剖面安全系數(shù)計算結(jié)果評價表

4　結(jié)論

采用剛體極限平衡法，以圓弧滑面為破壞模式，利用GEO－SLOPE軟件對某露天礦閉坑后高陡邊坡典型剖面的干、濕狀態(tài)進行穩(wěn)定性分析評價。由計算結(jié)果可知，露天礦閉坑后，邊坡干狀態(tài)下即未考慮水的影響時，邊坡安全系數(shù)均在1．2以上，滿足臨界安全系數(shù)1．1的要求，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài);當考慮水的作用時，兩典型剖面均未達到臨界安全系數(shù)要求，其中23－24剖面安全系數(shù)最高，為0．957，邊坡存在失穩(wěn)可能。因此，水對邊坡的穩(wěn)定性存在很大的影響，露天礦閉坑后仍需采取一定的防排水措施，確保露天礦閉坑后的土地復墾及生態(tài)環(huán)境的修復安全有序進行。

參考文獻:

［1］辜彬，王麗．露天開采礦山生態(tài)環(huán)境治理的基本理論與方法［J］．中國水土保持科學，2006，(4) : 134－137．

［2］紀玉石，孫豁然．露天礦閉坑環(huán)境地質(zhì)災害危險性分區(qū)研究［J］．煤炭學報，2006，31(3) : 305－309．

［3］GEO－SLOPE International Ltd．著，中仿科技公司，譯．邊坡穩(wěn)定性分析軟件SLOPE/W用戶指南［M］.冶金工業(yè)出版社，2011．

［4］黃夢宏，丁樺．邊坡穩(wěn)定性分析極限平衡法的簡化條件［J］．巖石力學與工程學報，2006，25(12) : 2529－2536．

［5］李志宏，黨發(fā)寧．有限元法分析邊坡穩(wěn)定及工程實例［J］．西北水力發(fā)電，2006，22(3) : 87－90．