基于Slide軟件的露天礦邊坡穩定性分析

陸曉東 鄭祿璟

摘要：針對貴州某露天礦已失穩邊坡，制定出切實可行的綜合治理方案，采用Slide軟件進行建模、數值模擬，得出失穩邊坡修復后邊坡的安全系數均大于礦山安全系數界限值F=1.30，邊坡穩定狀態為穩定，驗證了綜合治理方案的可行性，確保了礦山安全生產，為其他類似邊坡治理提供工程實踐及技術參考。

關鍵詞：邊坡穩定性;綜合治理;數值模擬

中圖分類號：TP391? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）35-0073-03

1 工程背景

我國是一個地質災害比較嚴重的國家，根據中華人民共和國國土資源部2017年4月公布的《中國國土資源公報（2016年度）》，共發生地質災害9710起，造成370人死亡、35人失蹤、209人受傷，直接經濟損失31.7億元。地質災害發生數量、造成死亡失蹤人數和直接經濟損失同比分別增長18.1%、41.1%和27.4%。2012-2016年地質災害造成的死亡失蹤人數和直接經濟損失情況見圖1。

隨著大量的人工高陡邊坡越來越多，邊坡失穩破壞事故接踵而來 [1]，造成大量的人員傷亡和財產損失，故邊坡的治理工作就顯得尤為重要，因此，研究邊坡穩定性就成為巖石力學研究的熱門課題，具有重大的社會價值和科技價值。

本文以貴州某露天礦邊坡滑坡為典型例子，制定了該滑坡的綜合治理修復方案，運用Slide軟件建立了失穩邊坡綜合治理修復方案的數值模型并進行了相應的數值模擬，對失穩邊坡綜合治理修復方案進行驗證及評價。

2 工程概況

2012年8月8日，貴州某露天礦西部主運礦道路邊坡發生旋轉剪切型破壞，導致邊坡大面積滑坡，滑坡體面積約650m2，體積約5000m3，垂高35m（+560m～+525m）。此次邊坡破壞滑坡導致礦山西部運礦道路中斷，礦山生產中止，如圖2所示。滑坡段原邊坡臺階高度為20m，安全平臺寬8m，臺階坡面角54°。

3 基于Slide的邊坡穩定性分析

3.1 Slide軟件簡介

Slide軟件是加拿大Rocscience公司開發的一款用于分析邊坡穩定性的軟件，該軟件基于垂直條塊極限平衡法理論，分析方法包括畢肖普法（Bishop）、簡布法（Janbu）、瑞典條分法（Fellenius）和Spencer等，可計算巖質、土質二維邊坡穩定[2]。通過分析每個可能的圓弧滑面并給出每個滑面的安全系數，同時可以搜索給定邊坡的最危險滑面。

3.2 巖石力學參數選取

本文旨在通過計算機模擬，選擇最佳的治理礦山西部邊坡旋轉剪切型滑坡區域，修復礦山邊坡道路的綜合治理修復方案。在Slide軟件邊坡穩定性計算中，需要容重、黏聚力及內摩擦角等參數，而這些參數可以通過貴州某露天礦巖土樣室內土工實驗得出，并參照類似巖體的其他礦山參數取值。參數的選擇對計算結果有重大影響，在模擬過程中，潛在滑動面對其穩定性較大，由于在該實例中已出現了滑動面，即回填料與原巖之間的接觸面[3]。為了簡化模擬計算，在巖性定義中已考慮該部分。

3.2.1 試件取樣

1） 滑坡體基巖樣本取樣

在礦山西部邊坡旋轉剪切型滑坡區取樣時，應該選擇爆破影響不同區域內取樣（推斷爆破對邊坡的影響分為三個區域，D1區約距離邊坡表面20m，D2約60m，D3為大于60m的區域），即在D1、D2、D3三個區域各取一組樣本，每組3個試件;

2） 填充層樣本取樣

分別選用20%、10%、5%毛石混凝土制作三組樣本試件，每組3個試件，樣本制作參照《普通混凝土拌和物性能試驗方法標準》GB/T50080-2002 要求制作。

3.2.2 試件取值

根據在礦山西部邊坡旋轉剪切型滑坡區域所取的三組巖石樣本試件和礦山分別用20%、10%、5%毛石混凝土制作的三組樣本試件，一共得到樣本試件六組，共18個試件，通過貴州某露天礦巖土樣室內土工實驗并參照類似巖體的其他礦山參數，得到確定用于穩定性分析計算的物質巖體的力學參數如表1。

根據邊坡巖土體物理參數、邊坡幾何參數及邊坡綜合治理修復方案建立穩定性計算模型，由于上方為運礦路，根據卡車核定載重，在模型中增加660KN/㎡的荷載。

由于露天礦山爆破對邊坡會有一定的影響，爆破影響區域的厚度T決定于破參數設計。HoekandKarzulovic（2000）認為根據生產爆破可大致估計爆破影響區域的范圍（T為影響深度，根據錦豐采用的爆破方式，確定T=0.5～1.0H，該處邊坡臺階高度為20m，考慮此邊坡的重要性，選擇上限值為T=20m。由此推斷爆破對邊坡的影響分為三個區域，D1區約距離邊坡表面20m，D2約40m，D3為大于60m的區域。分別根據不同的爆破影響程度，確定黏聚力和內摩擦角的大小。

3.3 軟件建模

礦山對西部旋轉剪切型滑坡區采用錨網噴+錨索支護、抗滑樁、重力式擋土墻聯合加固（支護）措施，以及打設泄水泄壓孔、用含不同水泥摻量的毛石混凝土回填邊坡滑坡區域等措施對邊坡進行綜合治理，并恢復礦山西部主運礦道路運輸。根據巖土力學參數，在Slide軟件中建立數值模型，如圖3所示。

3.4 數值模擬

根據《建筑邊坡工程技術規范》GB50330-2013和澳洲使用的安全系數為依據綜合判定，貴州某露天礦邊坡等級定為二級邊坡，且屬于永久性邊坡，故將貴州某露天礦邊坡安全系數界限值取為：1.30，即邊坡數值模擬安全系數大于或等于1.30時，說明該處邊坡處于安全穩定狀態，否則，邊坡不穩定。

該模擬采用畢肖普法（Bishop）、簡布法（Janbu）、瑞典條分法（Fellenius）和Spencer法進行對比分析，模擬結果如圖4、圖5、圖6、圖7。

根據不同分析方法得出的安全系數可以看出，安全系數均大于設計要求的1.30，邊坡穩定狀態為穩定，說明礦山西部邊坡旋轉剪切型滑坡區綜合治理修復方案是合理可行的。

4 邊坡綜合治理方案

4.1 滑坡體后方深部邊坡基巖加固

清理滑坡區碎石、浮土后，對滑坡體后方基巖進行錨網噴支護（錨桿+掛鋼筋網+噴漿）、長錨索支護、抗滑樁、重力式擋墻聯合支護，同時打設仰斜排水孔，加大泄壓泄水孔等疏水措施，以改變基巖結構和性質，加大基巖穩定性系數。詳見圖8。

4.2 回填滑坡區

邊坡支護后對滑坡區進行回填，本文工程需對滑坡區域+560m～+525m標高段邊坡進行回填，并修復主運礦道路。回填材料采用毛石混凝土，共分三個階段進行分層回填（第一階段用水泥含量20%的毛石混凝土，砂石粒徑為30～40cm;第二階段用水泥含量10%的毛石混凝土，粒徑為20～40cm，第三階段用水泥含量5%的毛石混凝土，粒徑為20～40cm）進，每層厚1～1.5m，每層用壓路機對混凝土進行壓實，逐層回填，直至+560m水平礦山主運礦道路。詳見圖8。

4.3 擋土墻支護

本文工程設計在+525m標高臺階構筑重力式擋土墻。擋土墻規格：上寬1m，下寬1.5m，高4m，0.5m埋入基巖，采用M15漿砌片石分層澆筑，總長近60m，每隔15m設置一條伸縮縫，縫寬20mm。為了加強擋土墻的強度，提前在擋土墻基角地基上加筑一排抗滑樁。抗滑樁規格為：孔深4m，孔徑115mm，間距2m;選用長為6m的10#工字鋼，安裝后4m埋于基巖下，2m澆筑在擋土墻內。詳見圖8。

5 結束語

通過運用Slide軟件進行建模、數值模擬，分別采用畢肖普法、簡布法、瑞典條分法和Spencer法等分析方法，得出失穩邊坡修復后邊坡的安全系數均大于礦山安全系數界限值，邊坡穩定狀態為穩定，驗證并修正邊坡綜合治理方案，確保了邊坡的穩定性，為礦山的安全生產提供了保障，并為類似邊坡治理提供工程實踐及技術參考。

參考文獻：

[1] 黃潤秋.中國西部巖石高邊坡應力場特征及其卸荷破裂機理[J].工程地質學報，2004，12（s1）：7-13.

[2] 倪彬，張偉，劉曉明.基于Slide的露天采場邊坡穩定性分析[J].中國礦山工程，2013，42（6）：28-31.

[3] 賈住平，鄭祿璟，鄭祿林.露天邊坡大型滑坡穩定性分析與治理方案[J].金屬礦山，2014（5）.

[通聯編輯：張薇]