基于Geo-Slope露天邊坡穩定性分析及治理方案選擇

谷 巖

（中鋼石家莊工程設計研究院有限公司， 河北石家莊 050021）

基于Geo-Slope露天邊坡穩定性分析及治理方案選擇

谷 巖

（中鋼石家莊工程設計研究院有限公司， 河北石家莊 050021）

摘 要：某露天礦山的南部終了邊坡基巖風化巖巖體破碎，存在順層層里面和垂直裂隙，具有明顯的滑坡起動趨勢，局部已出現崩塌滑坡。為了確保邊坡穩定性，礦山決定對終了露天邊坡進行削坡處理。利用Geo-Slope軟件計算分析削坡后邊坡安全系數，提出合理的削坡方案，削坡后在疏干排水狀態下，計算的邊坡安全系數為Fs=1.247，滿足安全規程要求。

關鍵詞：邊坡穩定性；治理方案；極限平衡法；Geo-Slope

0 引 言

某礦山露天采場開采臺階高度12m，工作臺階坡面角75°，安全平臺寬度15m，推至終了境界時每2個臺階并段為24m。南部礦體已基本開采完畢，形成終了露天邊坡，南部邊坡受降雨和爆破擾動等多重作用的影響，部分地區出現崩塌滑坡。該區邊坡巖性為全風化角閃巖、混合巖，在水平層理和垂直節理同時作用之下，巖體被切割成塊狀結構，同時由于長期在卸荷的作用下，邊坡巖體后緣垂直節理張開，在重力作用下，最終順傾層理層間錯動與垂直節理追蹤貫通而形成組合滑動面。滑坡后后緣巖體垂直巖壁出露形成圈谷地貌，前緣滑坡體崩塌碎裂成散體堆積。

南部邊坡持續出現崩塌滑坡，對礦山安全生產造成極大危害。為確保邊坡穩定，本文結合南部邊坡實際情況，采用極限平衡方法，利用Geo-Slope軟件計算分析削坡后邊坡安全系數，提出合理的削坡方案，保證南部邊坡穩定。

1 邊坡穩定性分析

影響露天采場邊坡穩定的因素有很多，大致可以分為外部因素和內部因素兩大類。

結合礦山實際，影響某南部露天邊坡穩定的外部因素主要包括工作面開采爆破擾動和大氣降水。

內在因素主要包括南部邊坡巖體結構和巖體的性質等［1-2］。

研究邊坡穩定的理論多種多樣，大致可以分為兩類，一類是確定性分析方法，一類是不確定性分析方法。確定性分析方法又分為定性分析和定量分析，一般采用定量分析。定量分析方法主要有極限平衡方法、有限單元法、快速拉格朗日分析法、離散元（DEM）法。本文采用極限平衡方法，利用Geo-Slope軟件進行分析計算［3-5］。

Geo-Slope是加拿大研制的巖土分析軟件。該軟件采用極限平衡方法原理，在計算過程中能充分考慮孔隙水壓力對邊坡穩定性的影響，因此，得到了廣泛應用。

計算選取南部邊坡5#勘探線剖面進行，該剖面位于南部邊坡中部，具有代表性。

1.1邊坡現狀分析

在自然狀態下利用GEO-slope計算分析邊坡穩定性的計算模型及滑坡模式如圖1所示。由計算結果可知，自然狀態下安全系數為Fs=0.956，處于不穩定狀態。

圖1　5#勘探線剖面自然狀態計算模型

在疏干排水狀態下，計算模型和滑坡模式如圖2所示。由計算結果可以知道，安全系數為 Fs= 1.058，處于極限狀態，需采取措施保證邊坡穩定性。

1.2削坡方案分析

方案1：5#勘探線運輸公路向東推進20m，公路保持30m寬度，運輸公路之上邊坡為34°。

方案2：5#勘探線運輸公路向東推進30m，公路保持30m寬度，運輸公路之上邊坡為34°。

（1）方案1分析計算結果如圖3和圖4所示。自然狀態下，邊坡的安全系數達到Fs=1.054，處于極限狀態，不能達到安全系數要求。在疏干排水狀態下，邊坡的安全系數為Fs=1.147，處于極限狀態，但接近1.15，近似達到安全系數要求，需要進行邊坡監測，提前采取加固措施。

圖2　5#勘探線剖面疏干排水狀態計算模型

圖3　方案1自然狀態計算模型

圖4　方案1疏干排水狀態計算模型

（2）方案2分析計算結果如圖5和圖6所示。自然狀態下，邊坡的安全系數達到Fs=1.097，處于極限狀態，不能達到安全系數要求。在疏干排水狀態下，邊坡的安全系數為F=1.247，處于穩定狀態，能達到安全系數要求。

通過方案1放緩，剝巖量為127.3萬m3，疏干排水之后安全系數能達到Fs=1.15的要求，此方案需在南部邊坡打放水孔疏干排水，而且需要建立監測系統來掌握南部邊坡巖體內部潛在的滑坡體輪廓及具體位置，為進一步采取安全治理措施提供依據。

通過方案2放緩，剝巖量為178.6萬m3，安全系數能達到Fs=1.20。且此方案只需要打放水孔疏干排水。

考慮到礦山自身技術力量較為薄弱，長期進行邊坡監測工作較為困難，因此推薦按照方案2進行削坡處理。

圖5　方案2自然狀態計算模型

圖6　方案2疏干排水狀態計算模型

2 結 論

（1）運輸公路向東推進30m，公路保持30m寬度，運輸公路之上邊坡為34°的方案能夠滿足礦山安全生產的需要，計算得出在疏干排水狀態下，安全系數為Fs=1.247，滿足安全規程的要求。

（2）邊坡的失穩是一個漸進發展的過程，雖然數值模擬計算結果表明削坡處理后邊坡穩定性較好，但礦山仍應加強監督巡查，及時發現隱患、排除隱患。

（3）本礦山邊坡內裂隙水的存在對邊坡穩定性影響較大，后續生產過程中應加強邊坡疏干排水工作。

參考文獻：

［1]邱 平，張喜中.露天采石場邊坡穩定因素淺析［J］.中國安全科學學報，2006，16（7）：137.

［2]笪 盍.地下水對邊坡穩定性影響的分析［J］.有色金屬，1996（3）：14-17.

［3]孫玉科，牟會寵，姚寶魁.邊坡巖石穩定性分析［M］.北京：科學出版社，1998.

［4]張均鋒，丁 樺.邊坡穩定分析的三維極限平衡法及應用［J］.巖石力學與工程學報，2005，24（3）：365-370.

［5]BISHOP A W.W.The use of the slip circle in stability analysis of slopes［［J］.Geotechnique，1995，5（1）：7-17.

收稿日期：（2016-04-01）

作者簡介：谷 巖（1987-），男，河北石家莊人，碩士，工程師，主要從事金屬礦山開采技術研究，Email：guyansk@163. com。