弓長(zhǎng)嶺獨(dú)木采區(qū)邊坡角對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響分析

吳慶深　張治強(qiáng)　張忠政

摘? 要：伴隨我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，露天礦山的開(kāi)采深度逐漸加深，高陡邊坡成為制約露天礦山高效安全開(kāi)采的瓶頸。因此，該文以弓長(zhǎng)嶺獨(dú)木采區(qū)為例，選取代表性的剖面，利用Bishop對(duì)最后的和現(xiàn)狀的坡面所具有的穩(wěn)定系數(shù)實(shí)施計(jì)算，探究邊坡角與穩(wěn)定系數(shù)之間的關(guān)聯(lián)。通過(guò)計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，坡角對(duì)安全系數(shù)的影響是明顯的，在47°～51°區(qū)域內(nèi)，邊坡角每當(dāng)改變1°，其穩(wěn)定系數(shù)的變化范疇是0.02～0.03。邊坡的形狀在一定程度上影響最危險(xiǎn)圓弧滑動(dòng)面。

關(guān)鍵詞：弓長(zhǎng)嶺獨(dú)木采區(qū)? 邊坡角? 邊坡穩(wěn)定性? Bishop

中圖分類號(hào)：TD854.7 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）04（c）-0034-03

伴隨我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，露天礦山的開(kāi)采深度逐漸加深，而開(kāi)采過(guò)程中所形成的大部分高陡邊坡失去了原來(lái)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，已起不到應(yīng)有的支撐作用，容易造成邊坡失穩(wěn)。這已成為制約露天礦山擴(kuò)幫開(kāi)采的瓶頸[1-2]。

對(duì)于礦山的總體邊坡角而言，其在很大程度上影響礦山境界的劃分和優(yōu)化，同時(shí)也對(duì)運(yùn)輸體系的完善和升級(jí)產(chǎn)生影響，而邊坡角的大小又與邊坡的穩(wěn)定性相關(guān)[3]，因此，該文以弓長(zhǎng)嶺獨(dú)木采區(qū)為例，選取代表性的剖面，對(duì)最后的和現(xiàn)狀的坡面所具有的穩(wěn)定系數(shù)實(shí)施計(jì)算，探究邊坡角與穩(wěn)定系數(shù)之間的關(guān)聯(lián)。

1? 研究區(qū)概況

獨(dú)木采區(qū)于1958年開(kāi)始露天開(kāi)采至今，已長(zhǎng)達(dá)50多年。弓長(zhǎng)嶺鐵礦床露天鐵礦位于區(qū)域二級(jí)構(gòu)造單元的弓長(zhǎng)嶺背斜南西翼，礦區(qū)內(nèi)地層總體走向北東～南西，傾向南東，傾角20°～30°。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，具有多期性，按其空間展布與巖層產(chǎn)狀的關(guān)系可分為走向斷層、斜交斷層與橫斷層。受斷層影響而使部分鐵礦體產(chǎn)生了位移、重疊和切割，但其總斷距一般不大。礦區(qū)內(nèi)出露的圍巖多以片巖為主，其次有各種蝕變巖和花崗巖等。鐵礦層是由磁鐵石英巖、赤鐵石英巖、含閃石類礦物磁鐵石英巖、赤鐵富礦、磁鐵富礦所構(gòu)成。

通過(guò)巖芯RQD測(cè)量，圍巖質(zhì)量基本為中等～好的，局部存在巖石質(zhì)量劣的，圍巖完整性為較完整，局部存在完整性差的;鐵礦層巖石質(zhì)量基本為好的～極好的，鐵礦層完整性為較完整。據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合巖石理化特征確定該區(qū)巖、礦石的耐壓強(qiáng)度，按遞減順序：鐵礦石—花崗巖—角閃巖—黑云變粒巖—柘榴云母石英片巖。

2? 邊坡穩(wěn)定性影響因素分析

2.1 坡角對(duì)穩(wěn)定系數(shù)的影響研究

對(duì)于該礦區(qū)而言，其所涉及的內(nèi)容比較大多，為了達(dá)到充分表示出礦區(qū)的特征，因此挑選6個(gè)地方分別設(shè)置由于弓長(zhǎng)嶺獨(dú)木采區(qū)范圍比較大，為了礦區(qū)的代表性，所以，在6個(gè)不同的區(qū)域建立了6個(gè)剖面，如圖1所示，其中剖面1就表示該礦區(qū)的西北幫，剖面2表示該礦區(qū)的北幫，剖面3表示該礦區(qū)的東北幫，剖面4表示該礦區(qū)的東南幫，剖面5表示該礦區(qū)的南幫，剖面6表示該礦區(qū)的西端幫。

將Bishop作為其主要方法，對(duì)選取出有代表性的剖面，即在各個(gè)區(qū)域中挑選出6個(gè)比較特殊的剖面，然后對(duì)最后的和現(xiàn)狀的坡面所具有的穩(wěn)定系數(shù)實(shí)施計(jì)算，把第1最終剖面設(shè)置為例子，賦予不同邊坡角的大小，探究邊坡角與穩(wěn)定系數(shù)之間的關(guān)聯(lián)。

以設(shè)計(jì)剖面1為對(duì)象，研究可以得出其最終總體坡角達(dá)到了48°，滿足探究坡角與穩(wěn)定性之間的關(guān)系的目標(biāo)，以Bishop為主要方法計(jì)算出穩(wěn)定系數(shù)，計(jì)算考慮了上部風(fēng)化區(qū)和下部新鮮巖石的不同，采用的坡體參數(shù)見(jiàn)表1，圖2是想象的相異坡角的邊坡表面。其中所涉及的角度不屬于小邊坡角度的范疇，而是總體邊坡角度。圖3所表示的是每一個(gè)坡角通過(guò)計(jì)算從而獲得最危險(xiǎn)破壞面。表2是計(jì)算到不同邊坡角的穩(wěn)定系數(shù)值。

通過(guò)計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，坡角對(duì)安全系數(shù)的影響是明顯的，在47°～51°區(qū)域內(nèi)，邊坡角每當(dāng)改變1°，其穩(wěn)定系數(shù)的變化范疇是0.02～0.03，既盡管該值不大，然而也不可以忽略，在坡角為51°穩(wěn)定系數(shù)為1.05時(shí)，其也在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，然而該值就非常低了，對(duì)于永久性工程而言，該值要高于1.25。

2.2 各個(gè)側(cè)幫現(xiàn)狀與最終坡面穩(wěn)定性的研究

Bishop為主要計(jì)算方法，從而得到每一個(gè)側(cè)幫現(xiàn)狀和最終坡面穩(wěn)定性[4-5]，其在計(jì)算過(guò)程中應(yīng)用的坡體參數(shù)見(jiàn)表1，其安全系數(shù)見(jiàn)表3，在圖4可以得到最危險(xiǎn)滑動(dòng)面。

通過(guò)圖4我們能夠看出最危險(xiǎn)圓弧滑動(dòng)面不都是處在邊坡的最下端，不但存在接近最下部的可能性，更存在達(dá)到邊坡的中間的可能性，這就從側(cè)面反映出了邊坡的形狀可以在一定程度上影響最危險(xiǎn)圓弧滑動(dòng)面。

通過(guò)對(duì)從圖5中分析能夠得出，在現(xiàn)狀圖中沒(méi)有很多的圓弧滑動(dòng)面處在下面坡角，其大部分都是處在中間部分，探究其原因是由于坡度比較緩，而局部存在的坡角比較大。從中我們也能夠得到現(xiàn)狀坡體的穩(wěn)定性與最終穩(wěn)定性比較前者較大。然而對(duì)于一些特殊情況，在現(xiàn)狀圖中發(fā)現(xiàn)斜坡是比較危險(xiǎn)的。

通過(guò)對(duì)圖4、圖5的研究，其所取得的剖面不同，其所得到的最危險(xiǎn)圓弧滑動(dòng)面有很大的差異。以計(jì)算的安全系數(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析得出，現(xiàn)狀邊坡的安全系數(shù)不小，就算是最小的1剖面，該值也為2.45，其最大值為20多，從而可以得出其安全儲(chǔ)備比較大，其所表現(xiàn)的最終狀態(tài)邊坡的穩(wěn)定性是位于北側(cè)的1、2剖面最弱，其值稍微超過(guò)1，雖然達(dá)到了穩(wěn)定要求，然而其靠近臨界狀態(tài)，別的剖面具有相應(yīng)的安全。

以影響穩(wěn)定系數(shù)為出發(fā)點(diǎn)，不單單擁有巖體強(qiáng)度指標(biāo)，更重要的是在很大程度上受總體坡角、坡體規(guī)模（高度）的影響，從表3中可以得到，每一個(gè)邊坡所具有的安全系數(shù)有很大差異，剖面1的高度差不低于400m，而且其總體坡角達(dá)到了48°，剖面2所具有的高度差為350m，而且其坡角為51.7°，通過(guò)對(duì)上面兩個(gè)剖面的研究，發(fā)現(xiàn)它們之間的高差大，坡角也很大，然而它們所具有的最終邊坡穩(wěn)定系數(shù)偏小。通過(guò)對(duì)現(xiàn)狀剖面5的研究，能夠發(fā)現(xiàn)其具有的邊坡角為36.7°，然而其安全系數(shù)達(dá)到了7.6839，但是其擁有的高度差小。剖面5的總體坡角達(dá)到了26°，而且其下部不陡，其最終穩(wěn)定系數(shù)來(lái)源于上部坡體的。通過(guò)對(duì)圖4和圖5的研究發(fā)現(xiàn)，邊坡中每一個(gè)斜坡的幾何形狀在很大程度上改變安全系數(shù)。

3? 結(jié)論

（1）通過(guò)計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，坡角對(duì)安全系數(shù)的影響是明顯的，在47°～51°區(qū)域內(nèi)，邊坡角每當(dāng)改變1°，其穩(wěn)定系數(shù)的變化范疇是0.02～0.03。

（2）計(jì)算得出，邊坡的形狀在一定程度上影響最危險(xiǎn)圓弧滑動(dòng)面。剖面不同，其所得到的最危險(xiǎn)圓弧滑動(dòng)面有很大的差異。最終狀態(tài)邊坡的穩(wěn)定性最弱的是位于北側(cè)的剖面1、2，達(dá)到了穩(wěn)定要求的臨界狀態(tài)，別的剖面具有相應(yīng)的安全。

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