峭巖質高邊坡動力穩定性的研究

鮑偉 鄭雪玉 杜帥群

摘 要：文章以某基坑開挖為背景，圍繞其陡峭巖質高邊坡動力穩定性展開針對性探討，從而總結出如下四點內容：在邊坡爆破開挖過程中，相比于有溶洞的坡頂而言，無溶洞所帶來的沉降值明顯偏小；邊坡內溶洞的直徑越小，對應的穩定系數則越高；如果溶洞與爆破面的距離越遠，此時邊坡的穩定性將更為良好；如果溶洞正好穿過了滑動面，此時將會對邊坡開挖穩定性造成影響，對應的穩定系數也隨之下降。

關鍵詞：峭巖質 高邊坡 溶洞

在長期的發展下，所形成的廢棄采場均需要采取高陡邊坡治理措施，此時無論是邊坡設計、穩定性平評價還是監測工作都至關重要。在實際治理過程中，爆破振動通常會對邊坡穩定性造成直接影響，因此需要重點考慮此問題。

1.工程概況

在本文所探討的工程項目中，需要在百余米深的礦坑中進行主體結構的修建工作，整個場地呈現出四周高中間低的地形特性。關于工程結構的水平以及豎向兩大方向的荷載，二者都需要交由礦坑坑壁承當，經測量后得知，礦坑坡角普遍介于80～90°。在此背景下，礦坑坑壁的承載力與穩定性均是需要重點考慮的內容。工程方案中，需要對原礦坑壁進行修坡處理，主要通過深孔加預裂爆破的方式進行，而后再逐級進行支護施工。經實地勘察，總結其地質特性：表現為典型的微風化灰巖特性，主要以灰白色、以及灰黑色為主，為典型的厚層狀結構。利用鉆機進行取樣處理，得知巖芯形狀較為豐富，以長、短柱狀為主，還有部分的普通柱狀以及大塊狀。進一步分析得知，節理裂隙出現了輕微的發育現象，部分區域存在溶蝕小孔，巖體質量等級普遍介于II-IV級。

2.超前地質預報

為了探尋邊坡內溶洞的分布情況，工程中采用了地質雷達設備展開了超前預報作業，所得到的溶洞分布參數可以為后續的計算提供指導。以所得到的邊坡雷達原始圖像為基礎，對其展開了增益恢復操作，基于對雷達圖像的分析，加之各類鉆孔資料，進一步得到了溶洞的分布圖。對溶洞分布圖進行分析，發現礦坑邊坡40m區域內存在大量的溶洞，其規模相對較大，且洞徑呈不規則特性，除此之外邊坡內還有一些裂隙帶。邊坡的穩定性受到了溶洞強發育的影響，這點在雨水季節表現得更為明顯，極容易引發邊坡內溶洞與溶洞貫通的問題，進一步產生破裂面，由此引發邊坡滑坡事故。

3.數值分析

3.1 計算模型

在本文的研究中，對邊坡模型進行了簡化處理，從而圍繞平面應變問題展開針對性分析。采用的是理想彈塑性模型的形式，引入的是Mohr-Coulomb屈服準則，此外還使用到了相關聯流動法。以所得到的現場勘查資料為基礎，對其展開了分析，最終選取了北側A區邊坡區域，基于有限元的基本理念對其展開邊坡穩定性分析。

3.2 巖溶對陡峭巖質高邊坡開挖變形分析

基于地質雷達探測結果可以得知，坑內存在大量的溶洞，且斷層出現了強發育現象，這對開挖邊坡的穩定性造成了嚴重影響。對此，圍繞單溶洞爆破開挖展開穩定性分析。綜合考慮到溶洞尺寸以及溶洞與坡面的間距，細分為兩種工況，溶洞直徑取值有2，4，6，8m，其與坡面的間距分別為10，15，20，30，40m，對其展開針對性研究。

3.2.1 有無溶洞對邊坡爆破開挖變形影響

有無溶洞對邊坡變形所造成的影響機制是需要重點考慮的問題，此處選取無溶洞情況以及溶洞直徑為6m的情況，對二者展開針對性數值分析。

對于無溶洞的情況，經過邊坡爆破處理后所帶來的變形量上限值達到了0.71mm，坡頂區域出現了明顯的邊坡變形現象。此外，如果礦坑內存在溶洞，若其直徑為6m且與坡面達到10m的間距，此時經過爆破處理后所產生的變形量上限值達到了35mm，在溶洞周邊的坡面出發生了較為明顯的邊坡變形現象。對于無溶洞的情況，經爆破開挖處理后所產生的邊坡變形幅度相對較小，僅存在極為輕微的塑性區域滑動面；相比之下，對于有溶洞的情況，基于同樣的方式處理后邊坡變形量明顯偏大，且存在明顯的塑性區與滑動面，對邊坡的穩定性造成不良影響。

3.2.2 不同溶洞大小對邊坡爆破開挖變形的影響

將溶洞直徑確定為2，4，6，8m四種情況，由此探討溶洞直徑與邊坡開挖沉降變形之間的影響機制，得到的結果如圖1。

基于圖1進行分析得知，四種情況對應的坡頂沉降最大值對應有0.28，0.35，1.35，1.97mm。進一步推斷，伴隨著溶洞直徑的減小，所帶來的沉降值也逐步減小，此時邊坡處于相對穩定的狀態；此外，如果溶洞直徑增大，則會對邊坡穩定性造成不利影響。

3.2.3 溶洞與坡面不同距離對邊坡爆破開挖變形的影響

將溶洞直徑確定為8m，并將其與坡面間距設置為10，15，20，30，40m五種情況，由此探討溶洞與坡面間距在經過邊坡爆破開挖處理后所產生的變形程度的影響機制，得知對應的坡頂沉降值對應有：1.97，2.41，1.64，0.55，0.34mm。總結得知，如果溶洞與坡面距離越小，此時所產生的坡頂沉降越大，對邊坡的穩定性將造成不利影響。

3.3 安全穩定性分析

基于Midas中的SA M算法展開分析，充分借助了極限平衡原理，以邊坡為基礎設置出滑動面，進一步得到對應的安全系數。設置有坡內無溶洞的情況，以及存在溶洞且分別為2，4，6，8m的情況；此外，將破內溶洞直徑設置為8m，且它與坡面間距分別為10，15，20，30，40m。對于無溶洞或是存在溶洞且直徑為2或4m時，經過邊坡爆破開挖處理后得到的安全系數均為3.0；伴隨著溶洞直徑的增加，對應的安全系數隨之下降。此外，如果溶洞與坡面間距達到了10m，此時對應的穩定系數達到1.6；伴隨著間距的增加，如果達到了30m以及40m，此時對應的穩定系數都為3.0。由此可知，如果溶洞與邊坡的間距逐步加大，那么邊坡的穩定性將越好。

4.結論

本文以礦坑邊坡加工工程為背景，分多種情況對邊坡穩定性展開了探討，總結出如下幾點內容：

（1）礦坑坑壁40m范圍內存在大量的填充型溶洞，并且邊坡的周邊區域還有一些巖溶裂隙帶，對礦坑的穩定性造成了不利影響。

（2）基于同樣的邊坡爆破開挖方式進行處理，相較于有溶洞的情況而言，無溶洞所帶來的坡頂沉降相對更?。话殡S著邊坡內溶洞直徑的持續加大，將會對邊坡穩定性造成不利影響；如果溶洞與坡面間距較大，此時邊坡的穩定性相對更好，但提出了范圍要求；如果溶洞正好穿過了滑動面，此時將會對邊坡開挖穩定性造成影響。

參考文獻：

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