露天礦含斷層巖質邊坡變形破壞機理研究

梅開品，武尚榮

(1.云南磷化集團海口磷業有限公司，云南 昆明 650051；2.昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

關鍵字：露天邊坡；斷層；失穩；滑坡

0 引 言

我國的露天礦山邊坡普遍存在斷層破碎帶，這嚴重影響了露天礦的邊坡穩定性，由于礦山的礦體的儲存位置是固定的，露天礦的開采就難以避免這些富存于礦體附近的斷層破碎帶，這也導致很多的礦山邊坡受斷層的控制影響，從而發生滑坡等地質災害，對礦山的安全高效開采影響巨大。所以，研究斷層控制作用下露天礦邊坡變形破壞的機理是十分具有工程意義的。利用FLAC3D數值模擬軟件可以有效地分析含斷層露天礦邊坡在開采條件下的變形破壞情況。

1 模型的建立及參數的選取

1.1 邊坡模型的尺寸確定

為了研究含斷層露天礦邊坡在開采條件下的變形破壞情況，我們通過建立模型分析計算不同開采步驟下的邊坡的位移場和應力場。合理的模型設計可以提高計算結果的精確性，因此設計數值計算模型尺寸為650 m×80 m×350 m，每次開挖的臺階高度均為25 m，分5個步驟依次向下進行開挖，最終開采高度為125 m，即邊坡高度達到100 m，見圖1。模型的約束條件為頂面以及自然坡面為自由面，模型的側面以及底面為約束面。根據模型的尺寸圖建立數值模擬模型，見圖2。

1.2 參數的選取

該文選取的巖石力學參數見表1。

表1 巖石力學參數表

2 斷層對邊坡不同開挖步驟下的影響

2.1 斷層對不同開挖步驟下邊坡x方向位移分析

為了分析斷層對開采邊坡的影響，同時計算1組沒有斷層的模型進行對比分析，按照設計好的開挖步驟進行開挖模擬，可以得出各個開挖步驟下x方向的位移圖，見圖3～5。

通過圖6可見，在前3次開挖步驟下有無斷層情況下x方向的位移差值較小，斷層對邊坡x方向的位移影響較小，第四步驟開挖開始有斷層的邊坡x方向位移量增加較大，明顯要大于沒有斷層邊坡x方向的位移。

2.2 斷層對不同開挖步驟下邊坡z方向位移分析

按照設計好的開挖步驟進行開挖模擬，可以得出各個開挖步驟下z方向的位移圖，見圖7～9。

從圖10可見，在前3次開挖步驟下有無斷層情況下z方向的位移差值不大，斷層對邊坡z方向的位移影響較小，第四步驟開挖開始有斷層的邊坡z方向位移量急劇增加，明顯要大于沒有斷層邊坡z方向的位移。

綜上所述，我們得出當邊坡開采至一定高度后，斷層開始對邊坡的位移量產生巨大的影響，這種影響很容易導致邊坡發生失穩，從而產生滑坡。

3 有無斷層的應力場對比分析

通過模擬計算，得出有無斷層在不同開挖步驟下開采后的剪應力云圖，以下列出了最終5步驟開采后的剪應力云圖，見圖11。

由圖11可見，有斷層的邊坡模型剪應力集中于邊坡面的內側，斷層面與邊坡的滑移面是重合的。而沒有斷層的邊坡模型剪應力比較分散。這表明斷層對邊坡不穩定起到直接控制影響，斷層的位置將會控制整個邊坡的滑移面以及滑移區域。

4 結 語

通過建立模型分析計算不同開采步驟下的邊坡的位移場和應力場，研究含斷層露天礦邊坡在開采條件下的變形破壞情況，結果表明當邊坡開采至一定高度后，斷層開始對邊坡的位移量產生巨大的影響，這種影響很容易導致邊坡發生失穩，從而產生滑坡。斷層對邊坡不穩定起到直接控制影響，斷層的位置將會控制整個邊坡的滑移面以及滑移區域。