Rocscience软件在露天矿山边坡稳定性中的应用研究

刘长青 王尚勇

安徽省安全生产科学研究院

Rocscience软件在露天矿山边坡稳定性中的应用研究

刘长青 王尚勇

安徽省安全生产科学研究院

利用Rocscience软件对不同矿石种类、不同边坡参数和开采方式的露天矿山边坡进行安全稳定性模拟分析，获得露天矿山边坡安全稳定性的影响因素。

Rocscience软件；露天矿山；边坡稳定性

一些小型露天采石场，由于盲目的追求利润最大化，最终形成了高而陡的不稳定边坡。这种边坡极易发生坍塌、滑坡、滚石等危险，给矿山人员的生命安全带来严重威胁［1］。本文从露天矿山的岩石种类、边坡参数和开采方式入手，利用Rocscience软件slide模块对矿山的边坡稳定性进行分析研究。

1　Rocscience软件对边坡稳定性的分析

1.1软件介绍

Rocscience软件是加拿大的著名边坡岩土分析软件，主要应用在岩土工程和采矿领域。该软件可以对岩质和土质的地表和地下结构进行快速、准确地分析，提高了工程的安全性。软件中的Slide模块是一款适用于土质边坡和岩质边坡稳定性的分析软件，它能自动搜索到边坡台阶，计算出边坡最小安全系数的位置，显示安全系数的颜色云图。

1.2岩石特性

笔者所在的安徽省岩石种类分布较广，如露天矿山普遍存在的石灰岩，滁州凤阳的硅岩，黄山的玄武岩、花岗岩，还有一些山脉地质条件存在的泥质页岩等。不同种类的岩石，在相同的条件下，对应的边坡稳定性安全系数不同。

各种岩石的强度特性值，见表1。

表1　岩石的强度特性值（实验室测定）

1.3边坡稳定性分析

1.3.1岩石种类对边坡稳定性的影响分析

在不考虑边坡的孔隙水压力、地质构造变化和岩石结构面等情况下，根据表1中各类岩石力学性质，分别对石灰岩、硅岩、玄武岩山坡式开采的露天矿山边坡稳定性进行模拟分析。边坡参数设置：边坡角60°，台阶高度20m。

模拟显示该石灰岩露天矿山边坡的安全性系数为1.092，硅岩露天矿山边坡的安全性系数为1.537，玄武岩露天矿山边坡的安全性系数为1.368。边坡圆弧滑动面模拟安全系数云图及模拟效果图分别，如图1、2、3。

图1　石灰岩的边坡稳定性模拟安全系数云图及模拟效果图

图2　硅岩的边坡稳定性模拟安全系数云图及模拟效果图

图3　玄武岩的边坡稳定性模拟安全系数云图及模拟效果图

1.3.2边坡参数对边坡稳定性的影响分析

以石灰岩边坡为例，分别对不同台阶高度和不同坡面角的露天矿山边坡稳定性进行分析。

改变坡面角或台阶高度，该石灰岩露天矿山边坡台阶高度20m，坡面角30°的安全性系数为1.885，台阶高度10m，坡面角60°的安全性系数为1.376。

1.3.3凹陷式开采对边坡稳定性的影响分析

凹陷式开采中，由于地表水的渗入或地下水的活动影响，增大了岩石的孔隙水压力，岩石的性质也存在一定差异［2］。据有关文献介绍，岩石的含水量增大，粘聚力降低，一般地下水压可降低边坡稳定性的20%～30%。因此，本次模拟对边坡的岩石分为两个不同的属性进行定义。

通过软件模拟，该凹陷式开采的边坡的安全性系数为0.879。边坡圆弧滑动面模拟安全系数云图及模拟效果图，如图4。

图4　凹陷式开采的边坡稳定性模拟结果及效果图

根据以上不同条件下的边坡稳定性进行模拟，其对应的安全性系数汇总表，见表2。

表2　安全性系数汇总表

2　结论

通过Rocscience 软件对露天矿山边坡稳定性的研究发现，露天矿山边坡稳定性与岩石种类、边坡参数、开采方式等紧密相关，岩石种类、采场的边坡角和台阶高度、山坡式和凹陷式开采方式对边坡的安全性系数都有直接的影响。岩石的种类决定着容重、内摩擦角、粘聚力和抗拉强度不同，对边坡稳定性的影响明显。同一种岩石，当台阶高度一定时，边坡角越大越不稳定；边坡角一定时，边坡垂直高度越高越不稳定。另外，因为地表水的渗入和孔隙水压力的增加，凹陷式开采的边坡稳定性相比山坡式开采要低很多。因此，通过加强对这些方面的重视程度和安全管理，可以增加边坡的安全性系数，提高边坡的安全稳定性。

［1］ 姜海雷，等.小型露天采石场边坡稳定性分析［J］.林业劳动安全， 2006，19（3）：32-33

［2］ 李洲.岩石高边坡稳定性分析［J］.西南公路，2010，（3）：20-21