露天礦邊坡穩定性分析與研究

羅慧 劉漢磊

摘要：礦山邊坡的穩定性一直是影響礦山安全生產的最重要因素，隨著礦山開采深度的增加，邊坡失穩造成的地質災害風險與礦山經濟效益的提升矛盾日益突出，露天礦邊坡穩定性分析有利于防止滑坡、崩塌等一些地質災害的發生，同時也有利于確保邊坡安全及工作人員安全的同時提高采礦工程的實際效益，對礦區的安全生產具有較為重大的現實意義。本文對國內外露天邊坡穩定性研究現狀進行闡述，并對影響露天礦邊坡穩定性因素和穩定性分析方法進行重點分析，為礦山邊坡安全管理與防治露天礦邊坡失穩提供理論依據。

關鍵詞： 露天礦;邊坡;穩定性;分析方法

引言

礦山邊坡是于露天礦開采過程中形成，即原始地應力影響也隨著礦山活而變化，露天礦邊坡體的構成是一個動態變化的過程0，近年來露天礦山的不斷開采所形成的高陡邊坡越來越多，同時隨著邊坡的不斷加高加陡其安全性越來越差，與此同時引發的安全事故也日益增多，其中最主要的就是露天礦邊坡滑坡或垮塌造成的人員傷亡、設備損壞等，不僅對礦山的安全生產和經濟效益存在著影響，同時對礦區人民的生命財產安全存在著巨大隱患，只有在保證邊坡穩定行的前提下，礦山的生產運營才能正常進行，礦區員工的生命財產安全才能得到保障。因此，運用科學、合理的方法的研究分析露天礦邊坡穩定性顯得極為重要，為保證礦山安全生產，提高經濟效益，具有重要的意義。

1露天礦邊坡穩定性主要影響因素

1.1 ?降雨量

巖土體的物理性質受水的影響變化大，而降雨是造成露天礦邊坡產生滑移的主要因素之一，在降雨之后，雨水量達到一定程度后，礦石會因為受到雨水的沖刷，對邊坡巖體產生動態水壓，礦石之間的各種物質由于增加負荷加上水滲入內部軟化也就會慢慢的變成松散，導致受力狀態發生變化，當摩檫力逐漸減小時相應的滑動力也就因此不斷地增加，邊坡也就會更容易出現失穩滑動的現象。當礦區邊坡已經產生了裂縫的，在遇到較大降雨量所產生的影響是較為嚴重的。因此應通過改善施工條件減少水對邊坡的影響降低邊坡災害發生的概率。

1.2 ?露天礦開采技術條件

在露天礦開采的過程中，多采用的邊坡角、臺階組合形式等開采技術條件都會對邊坡穩定性產生不同程度的影響作用。并且工程生產過程中的安全保證措施、經濟效益和邊坡角的確定三者之前相互聯系相互制約。所以露天邊坡角的確定需要進行綜合的分析，考慮到安全穩定性大的同時還要確保滿足生產技術條件要求。按照邊坡的構成要素合理準確的確定邊坡角極大可能的避免滑坡的發生。

1.3 ?地質構造

地質構造主要從邊坡的形態、產出狀態與改變水文條件等方面影響邊坡的穩定性，出現褶皺、斷裂等地質構造時，會對巖層地質具有擠壓、切割等作用0，當這些應力產生變化之后，會對原有的巖石產生機械破壞，所作用的部位礦石會發生破碎，裂隙更為發育，邊坡失穩的可能性也就會增大。并且由于多期的構造運動作用，露天礦的礦石組合程度極其復雜。

2露天礦邊坡穩定性主要分析方法

露天礦的邊坡穩定性分析在邊坡在露天開采過程中有著不可忽略的地位，是采礦工程的重要研究方向，近年來研究學者對邊坡穩定性分析的研究內容也十分廣泛。目前邊坡穩定性研究領域，對邊坡的研究不僅僅停留在邊坡變形、滑動面穩定性、巖質邊坡、不連續面等研究內容，還著重于邊坡穩定性分析方法、邊坡材料、水對邊坡穩定性影響等等方面，可見適當引入滲流力學、材料力學、土力學以及數學模型分析方法才能夠較好的對邊坡穩定性進行研究。

目前邊坡穩定性分析的研究方法主要可以分為兩類：定性分析和定量分析，其中定量分析又分為確定性分析法和不確定性分析法0。

2.1定性分析法

2.1.1 歷史成因法

歷史成因法主要適用于天然土質邊坡的穩定性分析，根據邊坡發育地質環境、邊坡發育歷史中各種變形破壞跡象及其基本規律和穩定性影響因素的分析，追溯邊坡歷史演變過程，對邊坡穩定性的總體狀況做出評價和預測0。對邊坡穩定性的總體狀況、發展趨勢和區域性特征做出評價和預測。該方法得出的結論只是初步的評價，需要調查大量資料，且具有較大的局限性和區域性在邊坡穩定分析中多用于其他方法的輔助，一般適用于特定區域類的中小型邊坡。

2.1.2工程類比法

工程類比法的實質是將已有邊坡的研究設計經驗，應用到新的邊坡的穩定性分析研究中去。它的建立在前人研究的基礎之上，通過全面分析、對比待研究邊坡與已有邊坡間可能存在的相似點和差別點，把已有邊坡的穩定性狀況及其影響因素等方面的經驗應用到類似邊坡的穩定性分析和設計中，從而分析和判斷研究對象的穩定性狀況、發展趨勢和加固處理設計等，具有經驗性和區域性，存在一定的局限性，應用時應充分對比分析兩者之間影響邊坡穩定性的各要素，該方法主要應用于工程地質條件復雜且缺乏詳細資料的邊坡穩定性分析。

2.1.3邊坡穩定性圖解法

圖解法主要包括赤平投影法、諾模圖法和摩擦圓法0。赤平極射投影法主要適用于巖質邊坡的穩定性分析，利用赤平極射投影原理，制作邊坡破壞邊界和各個結構面的空間關系圖，確定邊坡整體形態和存在的危險滑動面的方向，從而評價邊坡穩定性，摩擦圓法和諾模圖法主要適用于土質邊坡穩定性分析，利用一定的諾模圖或者關系曲線來推斷出邊坡的安全系數或者通過安全系數反演其他參數。

2.2定量分析法

定量分析方法是采用土力學、巖體力學及理論力學的理論與方法，基于經典的數學物理方程與計算機技術求解穩定安全系數、計算滑坡結構體內的應力應變關系來分析邊坡穩定性。

2.2.1極限平衡分析法

極限平衡法是根據摩爾庫侖準則計算巖土體在自身和外界荷載作用下的邊坡穩定性的一種方法。它的基本原理是根據靜力平衡關系求解邊坡安全系數及滑動時的破壞荷載、最危險滑動面，其力學模型簡單直觀、計算簡潔0，并且很容易處理工程中各種復雜的土層剖面與外部荷載等問題，可以定量地對邊坡進行穩定性分析，具有計算簡單快捷、適用性強的優點，因而在工程中獲得了廣泛應用。

2.2.2數值分析法

隨著現代計算機技術的飛速發展與計算分析軟件的日益完善，使得數值分析方法應用越來越普遍用于邊坡穩定性的分析。該方法彌補了傳統方法的一些不足，可以整理分析非均質、非線性、復雜邊界邊坡的數據，最后通過計算機處理，得到有關巖土體應力之前的應變關系，與此同時還具有將邊坡的開挖、支護及地下水滲流等破壞過程，進行模擬了解變形破壞原理使得結果更加準確，具有很強的適用性[9]。它的主要特點是前期數據準備量大，但能夠很好的考慮介質的非線性、各向異性和受到其他外界因素影響下的性質變化，充分考慮了力的變形和作用，彌補了經典解析法在分析過程中存在的缺陷，但相對于極限平衡法來說更加算法更加復雜。隨著現代科學技術的發展，特別是現代計算機技術的發展，數值分析方法現已成為解決邊坡工程穩定性問題的有力工具，成為運用最多的分析方法。

2.2.3人工神經網絡分析法（ANN）

人工神經網絡是一種非線性力學系統，可以對現有的工程經驗進行自我學習與聯想記憶， 并將所有的邊坡穩定分析和治理情況存儲在神經元的閾值和神經元間的連接權值中， 對新的工程給出啟發式的結果[10]。該方法具有高度的非線性表示能力和良好的自學習自聯想記憶功能能力和強容錯性，可充分考慮定性描述和人為因素，提高邊坡穩定性預測率，具有較強的工程應用價值。

2.2.4模糊評價法

把模糊理論引入邊坡穩定性分析中，對影響邊坡穩定性的復雜因素采取隸屬函數的方法來選取，該方法適用于邊界不清的、多變量影響的邊坡穩定分析，不足之處是隸屬函數的確定和因素權重分配有很大的主觀因素。

3結語與建議

露天礦邊坡穩定性的影響因素眾多，還有很多方面的研究有待深入和完善。隨著科學技術的發展，邊坡穩定性評價方法會日漸完善，已經有大量的研究成果，計算方法也逐漸趨于完善，會逐步在實際礦山開采過程中得到更好地運用和推廣，與此同時基于工程地質條件和地質背景，基于巖石力學、土力學和工程地質學，多學科和多方法組合分析和研究露天礦邊坡的穩定性將是露天礦未來發展的必然趨勢。此外，提出以下建議，以期為之后的研究思路提供借鑒：

（1）在露天礦生產過程中，礦山開挖經常伴隨有外界的動態擾動，譬如地震、車輛荷載、爆破荷載等因素，露天礦山使用的大型挖掘運輸設備對礦區巖體邊坡的裂隙還有一個加速破壞作用下一步需要在動力學方面對邊坡進行深入的分析與研究。

（2）露天礦的采場邊坡還存在塑性突變過程，在后續的研究中可充分勘察礦區巖體情況后考慮邊坡塑性突變因素下的穩定性。

（3）邊坡穩定性分析中大數據、信息化應用需進一步研究。主要目的解決與深化理論建模與大數據之間融合的技術問題在保證準確率的同時大幅度提升評價的效率。

參考文獻

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作者簡介：羅慧;女;（1993.06.21--）;壯族;廣西百色市;碩士;武漢工程大學，研究方向：巖土工程