基于多元信息监测的高陡边坡稳定性分析

牛付州

（中铁资源集团有限公司，北京100039）

基于多元信息监测的高陡边坡稳定性分析

牛付州

（中铁资源集团有限公司，北京100039）

针对高村采场边坡出现的稳定性问题，通过建立边坡多元信息监测网，对采场深部开采过程中的坡体应力和位移进行实时动态监测，以此对采场的边坡岩体变形机制与破坏机理进行了分析，揭示了采场边坡的滑坡类型，并对采场深部开采中的边坡稳定性作出了评价和预测。

高陡边坡；多元监测；安全开采；稳定性分析

0 引言

随着矿山开采规模和开采深度的逐渐增大，国内外露天矿山开始从山坡型露天矿转为深凹露天矿，我国冶金矿山边坡的最大凹陷深度将达到或超过500 m[1]。随着边坡的加高和开采深度的增加，开采难度和采场破坏越来越大，开采安全性越来越差。边坡监测作为评价边坡稳定性的一种成熟和直观的方法在边坡稳定性预测预报中发挥着重要的作用。众多学者基于边坡监测对高陡边坡的破坏机制、稳定性分析开展了大量的研究。李红中[2]对边坡监测技术的现状进行了分析并对未来技术的发展作出了展望，薛桂玉[3]介绍了测斜仪的原理和应用方法，并对三峡边坡的稳定性进行了监测和分析，蔡路军[4]等基于大冶铁矿挂帮矿的开采提出了高边坡稳定性监测的原则，通过现场监测确保高陡边坡的安全。陈志波[5]等通过位移监测分析了滑坡的成因和发展趋势，提出了将位移监测资料与斜坡变形破坏现象结合起来综合判定和预测边坡施工及其使用过程中边坡的稳定状况的新方法。单一手段的边坡监测对处在稳定和不稳定的边坡能够做出成功的预测，当边坡进入深凹开采后，影响高陡边坡岩体稳定性的各个因素处于动态变化中，边坡岩体变形往往受不确定性的、内在或外在的随机因素影响，这就需要边坡开采过程中多种手段的监测[6]。通过调研高村采场地质情况，建立了高村采场边坡多元信息监测系统，对采场深部开采过程中应力和位移进行了实时动态监测，并基于此对区域边坡稳定性及开挖过程中边坡岩体变形机制与破坏机理进行了分析，揭示了高村采场边坡的滑坡类型，并对采场深部开采中的边坡稳定性作出了评价和预测。

1 工程背景

马钢集团南山矿业公司高村采场为大型露天矿山，开采深度较大，是二期已达产的矿山。设计规模为年采矿石700万t，采剥总量1 850万t，开拓运输采用汽车-铁路联合运输方式运输。高村露天采场进入二期开采后，采矿范围由一期南北长780 m，东西宽575 m扩大到南北长1 500 m，东西宽820 m，露天采场最高开采水平由+66 m提高到+90 m，露天底标高由-162 m下降到-186 m，形成一个大型深凹露天矿，开采规模和开采深度的增大，对边坡的稳定性提出了较高的要求，采场主要的运输通道布置在北帮边坡，深部开采过程中北帮边坡多次出现滑移迹象和浮石滚落，严重影响采场的安全开采，因此深部开采过程中需要对采场边坡稳定性进行实时监测，根据监测结果对边坡稳定性作出准确的预测和评价，这对于保障采场的安全高效开采具有重要的意义。

2 边坡多元信息监测网

边坡监测采用了多元信息监测网络，监测网络主要包括边坡深部双向多点位移计和边坡应力监测装置，位移计原理参见[7]，监测网络采用分布网络测量系统，能够实现位移和应力的自动化采集。通过数据采集模块，自动观测接口录入实时监测数据，并按照采集时间顺序存储在数据库中。用户可通过边坡在线监测系统实现监测数据的查阅、实时显示、绘制曲线等功能。根据边坡岩土勘察结果，边坡的北帮-80平台布置1#和2#两个位移监测点和两个应力监测点，确保采场主要运输平台的安全稳定；-120平台布置3#、4#两个位移监测点和两个应力监测点，以此评估主要断层影响下的此区域边坡稳定性。每个位移监测点布设3个监测探头，深度分别为10 m、20 m和30 m，应力监测装置安装在坡体深度12 m处，仪器安装调试完成进行实时监测之后，根据监测需要调整实时监测频率，及时绘制坝体不同深度应力和位移随时间变化曲线，从局部到整体，对边坡的实时稳定性作出评价和分析，仪器的安装布置如图1所示。

图1 边坡多元信息监测布置图

3 监测结果分析

3.1 边坡多点位移监测

边坡深部双向多点位移计能够实现边坡岩体不同深度内位移监测，仪器每隔30 min对边坡各测点位移进行1次数据采集，根据采集结果将每个测点根据浅部、中部和深部数据绘制各测点位移随时间变化曲线，因数据众多，将1周作为时间间隔，绘制各测点不同深度岩体位移随时间变化曲线，边坡位移监测曲线如图2。

图2（a）和图2（b）监测点数据变化曲线可知，-80 m平台10 m处深部位移监测点的位移变化较大而20和30 m处深部位移监测点位移变化较小，说明-80 m平台的滑动面位置距坡面较浅，10 m处监测点尚未穿过其滑面位置，20 m和30 m处深部位移监测点已经穿过其滑面位置，因此，每次爆破作业前后引起滑面的滑移并没有对深部位移监测点造成较大的影响，相反，10 m监测点的位移值波动范围较大，这是因为-80 m平台是采场重要运输通道，机械振动以及爆破冲击对边坡滑体造成较大影响。总体上-80 m平台岩体各深度处的位移变化趋势较一致，基本经历了“急剧增长—缓慢增长—基本稳定”3个阶段，这是典型的顺层边坡，根据监测曲线可以看出采场深部开采过程中，-80 m平台以上的边坡总体上是处于稳定状态的，开采过程中应注意浮石滚落造成的安全隐患。

图2 边坡位移监测曲线

图2（c）和图2（d）监测点监测数据变化曲线图可知，-120平台处的边坡位移在经历稳定状态之后，出现了明显的增长趋势，其中3#监测点位移出现了负向增长，这说明J1和J2两个软弱结构面切割边坡在采动影响下产生了滑移，造成4#监测点较-80 m平台发生了较大的位移增长变化，因此-120平台由东往西开采到楔形体的坡脚处时，应采取了爆破减震、削坡减载等措施，并加强采场作业期间边坡稳定性监测，确保生产安全。

3.2 边坡应力监测

图3边坡应力监测曲线可以看出，深部开采扰动作用下，坡体内应力经历了“平衡—失衡—新的平衡”的过程，对照位移监测曲线可以看出此过程中的平衡—失衡阶段是预测预报滑坡的关键阶段。此次监测中滑坡预测预报最关键的时间出现在监测第4周左右，主要原因这段时间深部开采作业比较频繁，-120平台边坡前缘受工程爆破扰动影响使潜在滑移面被切脚引起边坡应力增大失衡，第4周之后边坡位移急剧增长，1周之后边坡内部岩体应力逐渐在平衡，虽然边坡位移有所增加但是现阶段边坡整体上是处于稳定状态的。

图3 边坡应力监测曲线

通过边坡多元信息监测分析可以断定-80～-120 m边坡滑坡滑体属于顺层(沿裂隙面)滑坡，破坏类型为滑移-拉裂型破坏：由于矿区采场-120平台发育两组剪切裂隙J1和J2（测点布置区域），互相交叉切割岩层及矿体，破坏了岩层的完整性，在矿山-120 m水平开采过程中，当开采到4＃点位置边坡前缘受工程爆破扰动影响使潜在滑移面被切脚引起滑移体下滑移向，这是造成此区域边坡失稳的主要机理。

4 结论

1）通过位移监测可以看出高村采场边坡滑移经历了“急剧增长—缓慢增长—基本稳定”3个阶段，-80 m平台的滑动面位置距坡面较浅，滑移面尚未形成，是典型的顺层滑移边坡，爆破震动是影响此区域边坡稳定的主要因素。

2）-120平台处的边坡滑移属于楔形体滑坡，其破坏机理为J1和J2两个软弱结构面切割控制下的边坡。在采动影响下，位移在经历稳定状态之后，出现了明显的增长趋势。-120平台的开采作业，保护坡脚，提高楔形体自撑力成为控制此区域边坡稳定的关键。

3）深部开采扰动作用下，坡体内应力经历了“平衡—失衡—新的平衡”的过程，边坡内部岩体应力平衡之后虽然边坡位移有所增加但是边坡整体上是处于稳定状态的，通过多元信息监测综合分析得出边坡岩体内应力的平衡—失衡阶段是预测预报滑坡的关键阶段。

［1］赵志峰.基于位移监测信息的岩石高边坡安全评价理论和方法研究江苏［D］.河海大学，2007.

［2］李红中.边坡变形监测技术现状与发展趋势［J］.中国水运，2008.20（1）：39-41.

［3］薛桂玉，李民何，金平.三峡工程中高边坡测斜仪的施工埋设与监测［J］.大坝观测与土工测试，1999，23（1）：5-7.

［4］陈志波，简文彬.位移监测在边坡治理工程中的应用［J］.岩土力学，2005（S1）：64-68.

［5］孙广忠.岩体结构力学［M］.北京：科学出版社，1988.

［6］黄润秋，许强.中国典型灾难性滑坡［M］.北京：科学出版社.2008.

［7］华北科技学院.一种边坡位移预测方法：CN103207952A［P］.2013-07-17.

【责任编辑：陈毓】

Stability analysis of high and steep slope based on multivariate information monitoring

NIU Fuzhou
(China Railway Resources Group Co.,Ltd.,Beijing 100039,China)

In view of the slope stability problem in Gaocun stope,through the establishment of slope multi information monitoring network,we carry out real time dynamic monitoring on stress and displacement of slope in the process of deep mining,and analyze the slope deformation and failure mechanism in the stope,and reveal the landslide type of slope,and make the evaluation and prediction on the slope stability in deep mining of stope.

high and steep slope;multivariate monitoring;safe mining;stability analysis

TD824.7

B

1671－9816（2017）01－0019－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.01.006

牛付州.监测的高陡边坡稳定性分析［J］.露天采矿技术，2017，32（1）：19-22.

2016-08-11

牛付州（1985—），男，助理工程师，从事矿山工程管理、生产经营工作。