不同工況下露天邊坡穩(wěn)定性分析與監(jiān)測

中圖分類號：TD804 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）18-0088-04

Abstract：Thestabilityofopenpitslopesisdirectlyrelatedtothesafetyofpersonnelandequipmentinandaroundopen pitmines.Usingthelimitequilibriummethod，astudywascarriedoutonthestabilityofanopenpitmineunderdiferent workingcondions.Theresultsshowthattheslopedoesnothavetheposibilityof planar，wedge，ordumping type，andthe posibledamage modesof slopesinthe curentopen pit mining sitecanbeassumedtobecompositeorfoldingtype.Thesafety coeficientsunderthecombinedworkingconditionsofself-weight，groundwater（heavyrainfall，blastingvibrationforceand seismicforcesatisfythelimitsofoverallstabilitysafetycoeficientsoflassIslopesandthelimitsofoverallstabilitysafety coeficientsofClass IIslopesspecifiedinthecurrntspecifications，andthereisacertaindegreeofsafetyreserve.Italso carriesoutcrackmonitoring，surfacedisplacementmonitoring，blastingvibrationmonitoring，rainfallmonitoringandgroundwater level monitoring to further guarantee the stability of open slopes.

Keywords： slope; combined working conditions; extreme equilibrium; security monitoring； stability

礦山露天開采過程中，邊坡存在垮塌風險，一旦失穩(wěn)，將嚴重影響礦山人員安全，并造成經(jīng)濟損失。因此，露天邊坡的穩(wěn)定性一直是露天開采過程中的重要研究課題。明確其安全系數(shù)，解決潛在的穩(wěn)定性問題，不僅具有重要的理論研究意義，還具有較大的工程價值。

針對露天邊坡穩(wěn)定性，相關(guān)專家開展了廣泛的研究。許宏亮根據(jù)開采過程中露天邊坡形態(tài)建立了三維模型，利用FLAC3D數(shù)值模擬軟件對其進行了穩(wěn)定性分析。尹永明等采用極限平衡法，并結(jié)合FLAC3D數(shù)值模擬軟件，對露天邊坡的穩(wěn)定性進行了分析。徐曉東等將Bishop算法和FLAC3D數(shù)值模擬有效融合，對露天邊坡的安全系數(shù)開展了敏感性分析。除了自身重力的影響外，露天邊坡的穩(wěn)定性受到爆破、水力等多重因素的影響[4-。因此，對邊坡進行常規(guī)穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)上，部分專家也開展了不同工況條件下的露天邊坡穩(wěn)定性分析。Yang等對降雨工況下的露天邊坡穩(wěn)定性開展了分析，發(fā)現(xiàn)含水敏性泥巖邊坡防治滑坡的關(guān)鍵是控制泥巖層的變形和滑動。韓昭玉等[8]對降雨與地震作用下的高陡邊坡進行了穩(wěn)定性分析。這些研究進一步豐富了邊坡穩(wěn)定性研究的成果，為邊坡穩(wěn)定性研究提供了方法與思路。但是，為了進一步降低邊坡的潛在性失穩(wěn)問題，還需要對露天邊坡開展監(jiān)測工作，包括位移監(jiān)測、振動監(jiān)測等9-。本文在借鑒上述研究方法的基礎(chǔ)上，針對某礦高陡邊坡開展穩(wěn)定性研究，分析其在不同工況條件下的穩(wěn)定性，并建立相應(yīng)監(jiān)測方案，切實保障邊坡穩(wěn)定性。

1工程背景

某礦山邊坡如圖1所示，邊坡為巖質(zhì)邊坡，邊坡巖性主要為白云質(zhì)灰?guī)r，屬中厚層狀＼～厚層狀沉積巖，巖石風化程度多為中風化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，緩傾角的裂隙不發(fā)育，以陡傾角裂隙為主，層間裂隙有灰質(zhì)、泥質(zhì)及鐵質(zhì)物充填，其他裂隙以方解石脈和泥質(zhì)充填，無傾向坑內(nèi)的貫通性軟弱結(jié)構(gòu)面，邊坡巖體結(jié)構(gòu)面屬硬性結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面結(jié)合程度差＼～一般。邊坡巖體巖石堅硬程度為較硬巖＼～堅硬巖，巖體完整程度多呈較破碎＼～較完整。邊坡巖體結(jié)構(gòu)類型為裂隙塊狀、層狀結(jié)構(gòu)；地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型為塊狀、層狀巖體邊坡。現(xiàn)狀邊坡坡面干燥，未見基巖裂隙水滲出。

各臺階階段（含并段后）高度總體上介于 11.6～ 26.3m ，安全（清掃）平臺寬度一般介于 11～24m ，現(xiàn)狀臺階坡面角（含并段后）總體上介于 40^°～66^° ，現(xiàn)狀南邊幫邊坡高度總體上介于 48～77m 、最大邊坡高度約77m ，現(xiàn)狀總邊坡角約介于 36^°～40^° 。目前邊坡高度較高，存在一定隱患，急需開展穩(wěn)定性研究。選取其中典型剖面開展穩(wěn)定性分析，選取坡面如圖2所示，高度 165m ，長度 200m ，共7級臺階，頂部臺階標高為 183m ，底部臺階標高為 30m 。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2.1潛在破壞模式判別

礦山經(jīng)過多年開采，地下水水位標高位于最低開采標高以下，現(xiàn)狀邊坡坡面干燥，無基巖裂隙水滲出，地下水對邊坡穩(wěn)定性無影響，影響邊坡穩(wěn)定性的天氣因素主要為季節(jié)性大氣降水，現(xiàn)狀露天采礦場邊坡的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件均為簡單型。

經(jīng)綜合分析，現(xiàn)狀露天采礦場巖質(zhì)邊坡破壞模式不存在平面型、楔體型、傾倒型的可能性，對現(xiàn)狀露天采礦場邊坡可能的破壞模式可假定為復(fù)合型或折線型

2.2計算方法與工況

對現(xiàn)狀露天采礦場邊坡穩(wěn)定性的定量計算，采用現(xiàn)行國家標準GB51016—2014《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》推薦的“極限平衡法”，以總體邊坡抗滑安全系數(shù)作為評價指標，計算方法采用Sarma法。

現(xiàn)狀露天采礦場邊坡穩(wěn)定性定量計算所采用的邊坡巖體及結(jié)構(gòu)面物理力學計算參數(shù)值見表1。表2為地震工況下采用“擬靜力法\"計算地震作用力所采取的相關(guān)參數(shù)值。

按照現(xiàn)行國家標準GB51016—2014《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定，本次對現(xiàn)狀露天采礦場邊坡穩(wěn)定性定量計算所采用的荷載組合及采礦場邊坡安全系數(shù) F_s 限值見表3。

2.3 計算結(jié)果

在現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的“荷載組合I-自重 + 地下水（暴雨）”工況下，現(xiàn)狀露天采礦場總體邊坡抗滑安全系數(shù)計算值為1.38，均滿足現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的I級邊坡總體穩(wěn)定安全系數(shù)限值1.25～1.20和Ⅱ級邊坡總體穩(wěn)定安全系數(shù)限值1.20～1.15要求，并且有一定程度的安全儲備。

在現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的“荷載組合Ⅱ-自重 + 地下水（暴雨） + 爆破振動力”工況下，現(xiàn)狀露天采礦場總體邊坡抗滑安全系數(shù)計算值為1.34，均滿足現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的I級邊坡總體穩(wěn)定安全系數(shù)限值1.23～1.18和Ⅱ級邊坡總體穩(wěn)定安全系數(shù)限值1.18～1.13要求，并且有一定程度的安全儲備。

在現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的“荷載組合Ⅱ-自重 + 地下水（暴雨） + 地震力\"工況下，現(xiàn)狀露天采礦場總體邊坡抗滑安全系數(shù)計算值為1.26，均滿足現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的I級邊坡總體穩(wěn)定安全系數(shù)限值1.20～1.15和Ⅱ級邊坡總體穩(wěn)定安全系數(shù)限值1.15～1.10要求，并且有一定程度的安全儲備。

3 邊坡監(jiān)測

3.1 監(jiān)測預(yù)警值

邊坡監(jiān)測是發(fā)現(xiàn)其潛在危險的重要舉措，現(xiàn)開展裂縫監(jiān)測、表面位移監(jiān)測、爆破震動監(jiān)測、降雨量監(jiān)測和地下水位監(jiān)測，并將預(yù)警等級應(yīng)分為4個級別，分別為藍色預(yù)警、黃色預(yù)警、橙色預(yù)警和紅色預(yù)警。具體監(jiān)測預(yù)警如下所示。

3.1.1 裂縫監(jiān)測預(yù)警值設(shè)定

1）藍色預(yù)警值：水平方向上連續(xù)5d日累計位移超過 150mm 且方向一致并未見收斂。

2）黃色預(yù)警值：水平方向上連續(xù)5d日累計位移超過 200mm 且方向一致并未見收斂。

3）橙色預(yù)警值：水平方向上連續(xù)5d日累計位移超過 250mm 且方向一致并未見收斂。

4）紅色預(yù)警值：水平方向上連續(xù)5d日累計位移超過 300mm 且方向一致并未見收斂。

3.1.2邊坡表面位移監(jiān)測預(yù)警值設(shè)定

1）藍色預(yù)警值：監(jiān)測點位移變化速度達到 3mm/h 日累計位移超過 15mm 且方向一致并未見收斂。

2）黃色預(yù)警值：監(jiān)測點位移變化速度達到 日累計位移超過 30mm 且方向一致并未見收斂。

3）橙色預(yù)警值：監(jiān)測點位移變化速度達到9 ）_mm/h 日累計位移超過 45mm 且方向一致并未見收斂。

4）紅色預(yù)警值：監(jiān)測點位移變化速度達到 12mm/h 日累計位移超過 60mm 且方向一致并未見收斂。

3.1.3 邊坡內(nèi)部位移監(jiān)測預(yù)警值設(shè)定

1）藍色預(yù)警值：監(jiān)測點位移變化速度達到 日累計位移超過 10mm 且方向一致并未見收斂。

2）黃色預(yù)警值：監(jiān)測點位移變化速度達到 日累計位移超過 25mm 且方向一致并未見收斂。

3）橙色預(yù)警值：監(jiān)測點位移變化速度達到 4mm/h 日累計位移超過 40mm 且方向一致并未見收斂。

4）紅色預(yù)警值：監(jiān)測點位移變化速度達到 日累計位移超過 50mm 且方向一致并未見收斂。

3.1.4爆破震動監(jiān)測預(yù)警值設(shè)定

1）藍色預(yù)警值：邊坡坡腳爆破震動速度為 19cm/s 靠幫邊坡坡面質(zhì)點的爆破震動速度為 16cm/s 。

2）黃色預(yù)警值：邊坡坡腳爆破震動速度為 22cm/s 靠幫邊坡坡面質(zhì)點的爆破震動速度為 19cm/s 。

3）橙色預(yù)警值：邊坡坡腳爆破震動速度為 25cm/s 靠幫邊坡坡面質(zhì)點的爆破震動速度為 21cm/s 。

4）紅色預(yù)警值：邊坡坡腳爆破震動速度為 28cm/s 靠幫邊坡坡面質(zhì)點的爆破震動速度為 24cm/s 。

3.1.5降雨量監(jiān)測預(yù)警值設(shè)定

1）藍色預(yù)警值：當?shù)貧庀蟛块T預(yù)報的大雨、短時強對流天氣。

2）黃色預(yù)警值：當?shù)貧庀蟛块T預(yù)報的臺風、暴雨天氣、降雨速率 1.0mm/min. 小時降雨量 15mm 和日降雨量 50mm 。

3）橙色預(yù)警值：降雨速率 2.0mm/min 、小時降雨量 30mm 、日降雨量 100mm 。

4）紅色預(yù)警值：降雨速率 4.0mm/min 、小時降雨量 60mm 、日降雨量 200mm 。

3.1.6地下水位監(jiān)測預(yù)警值設(shè)定

1）藍色預(yù)警值：地下水位上升 4m/Ω 月。

2）黃色預(yù)警值：地下水位上升 6m/ 月。

3）橙色預(yù)警值：地下水位上升 8m/ 月。

4）紅色預(yù)警值：地下水位上升 10m/ 月。

3.2 監(jiān)測分析與建議

根據(jù)近一年的露天采場邊坡表面位移在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，露天采礦場各分區(qū)所設(shè)置的邊坡表面位移監(jiān)測點所監(jiān)測的邊坡表面位移變化速度總體上介于 -2.90～2.90mm/h ，日累計位移量總體上介于-6.70～10.80mm 、位移方向不一致并呈收斂趨勢，露天采場邊坡表面位移監(jiān)測點所監(jiān)測的邊坡表面位移變化速度及日累計位移量總體上小于設(shè)計所設(shè)定的邊坡表面位移藍色預(yù)警值。

根據(jù)近一年的露天采場邊坡爆破震動速度在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，露天采礦場各分區(qū)所設(shè)置的邊坡爆破震動監(jiān)測點所監(jiān)測的邊坡坡腳爆破震動速度和靠幫邊坡坡面質(zhì)點的爆破震動速度峰值總體上介于0.009～12.946cm/s ，均小于設(shè)計所設(shè)定的邊坡爆破震動速度藍色預(yù)警值。

根據(jù)礦山對地下水位的監(jiān)測數(shù)據(jù)，露天采場范圍內(nèi)的地下水位月上升幅度均小于設(shè)計所設(shè)定的地下水位上升幅度藍色預(yù)警值，礦區(qū)地下水對露天開采無影響。

盡管礦山邊坡使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）等先進技術(shù)進行遠程監(jiān)測，但人工巡檢仍然具有重要的作用。人工巡檢可以現(xiàn)場驗證和校準GNSS數(shù)據(jù)，檢查采場邊坡細微的位移變化，這些變化可能對于早期的預(yù)警和干預(yù)非常重要，可以觀察礦山邊坡上的附屬設(shè)施，如建筑物、管道或道路，這些設(shè)施可能對邊坡穩(wěn)定性有影響，因此，應(yīng)在采礦生產(chǎn)過程中定期進行人工巡檢。

4結(jié)論

1）對某露天礦山巖質(zhì)邊坡潛在破壞模式進行了分析，發(fā)現(xiàn)該邊坡不存在平面型、楔體型、傾倒型的可能性，現(xiàn)狀露天采礦場邊坡可能的破壞模式可假定為復(fù)合型或折線型。

2）對該邊坡在自重、地下水（暴雨）爆破振動力和地震力組合工況下穩(wěn)定性進行了分析，結(jié)果表明，各種組合工況下的安全系數(shù)均滿足現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的I級邊坡總體穩(wěn)定安全系數(shù)限值和Ⅱ級邊坡總體穩(wěn)定安全系數(shù)限值，并且有一定程度的安全儲備。

3）開展裂縫監(jiān)測、表面位移監(jiān)測、爆破震動監(jiān)測、降雨量監(jiān)測和地下水位監(jiān)測，并將預(yù)警等級應(yīng)分為4個級別，分別為藍色預(yù)警、黃色預(yù)警、橙色預(yù)警和紅色預(yù)警。

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