降雨对含有软弱夹层的边坡稳定性影响分析

李在利

(玉溪矿业有限公司大红山铜矿， 云南 玉溪 653405)

降雨对含有软弱夹层的边坡稳定性影响分析

李在利

(玉溪矿业有限公司大红山铜矿， 云南 玉溪 653405)

边坡稳定性分析是露天采场工程建设中的核心问题，而大多数滑坡都在雨季或降雨后的短时间内发生，在边坡稳定性分析中合理地考虑降雨作用的影响十分必要。以云南宝坪采场边坡为研究对象，根据工程施工的实际情况，分5个开挖步、6个阶段对处于降雨状态下的边坡稳定性进行了模拟分析。分析结果表明，在整个开挖过程中，边坡岩体处于降雨状态时边坡的稳定性程度会明显降低，特别是当边坡开挖至第三阶段时，边坡的位移值及安全系数均出现了大的跳跃式变化，证明了水是造成边坡发生滑坡的诱导因素。

边坡稳定性； 软弱夹层； 降雨

1 前言

常言道“十个滑坡九个水”，水是促使滑坡的一个重要因素。雨水的渗透导致坡体蓄水、潜在滑移带介质含水量增大及物理力学参数出现降低弱化的改变进而诱发滑坡发生。因为雨水的入渗使得岩土体内起关键作用的内摩擦角和粘聚力等物理性能指标降低，从而削弱了边坡岩土体的抗剪强度，同时对滑面起到润滑作用，从而诱发边坡变形失稳。因此，本文采用饱水状态下岩体力学强度来刻画和反应水对宝坪采场边坡稳定性的影响程度。探讨在降雨工况条件下该采场边坡潜在滑移的一些规律，以便能够为采场边坡的稳定安全及下步剥离生产提供建设性的指导意见。

2 工程概况

宝坪采场矿区位于西藏、滇西准地台上的褶皱带内大理、丽江褶皱束的北东边缘。因而决定了矿区是一套海底喷发～沉积的火山复理式建造和高倾角平行断层的断块、断裂特征。矿体开挖后，在该段形成一凹形边坡，左侧为逆向坡，右侧为顺向坡且坡角约60°，坡高达50m，开挖平台宽度6m，台阶高度20m。其中有一段边坡岩层结构为上段矿体,下段灰岩，岩层倾向52°，倾角26°，经对该处勘探揭示，矿体与灰岩之间接触性不好，结合性很差，夹杂着一层泥质粉砂岩软弱层，且软弱层的倾向与边坡倾向一致，对边坡沿着软弱夹层顺层滑动产生促进作用，不利于边坡的稳定。该地区降水偏多，并且在6～9月季节性雨水明显，据多年气象观测，多雨季节日平均最大降雨量达135mm。为了确保该处边坡的持久稳定、安全生产，要有针对性地对该处边坡稳定性进行论证计算分析。

各层位岩土体物理力学参数见表1。

表1 各层位物理力学参数

注：表中指标都为饱水后指标。

3 边坡稳定性计算

3.1 模型建立

为了尽量再现揭示边坡失稳的原因，通过模拟计算更直观地再现和分析其失稳过程，运用UDEC离散元软件进行动态模拟过程展现和计算。

按照现场勘探以及该采场的地质结构剖面图形态，模型边界分别取x方向为180m，y方向为120m。模型左右两面采用位移约束；底面为固定边界条件，坡面为自由边界；根据Mohr- Coulomb本构理论，最终生成的网格模型如图1所示。

图1 离散元网格数值模型

3.2 计算模拟方案

依据现场施工过程的治理顺序，对边坡进行5步开挖模拟，加上边坡的初始状况形成了6个剥离开挖模拟状况阶段，见图2。其中，第一阶段为开挖前的原始自然状况；第二～五阶段依次为第一次开挖、第二次开挖、……、第五次开挖。

4 模拟结果分析

4.1 降雨条件下分阶段开挖边坡稳定性分析

从图2可以看出，该边坡顺着泥质软弱层面发生滑移，边坡潜在滑移面均分布于软弱夹层处。在降雨条件下边坡原始状态稳定系数为3.15，处于安全状态；第一次开挖后，边坡稳定系数降为2.90，仍处于安全状态；第二次开挖后，边坡稳定系数降为1.42，仍处于稳定状态；第三次开挖后，边坡稳定系数降为0.61，处于滑移失稳状态；第四次开挖后，边坡安全系数降为0.34，处于滑移失稳状态；第五次开挖后，边坡安全系数降为0.33，也处于滑移失稳状态，说明边坡在第三次开挖坡脚造成软弱夹层临空后，使得夹层上部岩土体失去支撑沿着软弱层面失稳持续下滑。由此可见随着开挖剥离向深部不断的推进，边坡的安全系数大幅度持续降低，特别是从第二阶段到第三阶段，即边坡从安全到不稳定，这时稳定系数从1.42骤降至0.61。

通过分析滑移位移图3可以看出，随着开挖水平的不断下降，在降雨工况下由坡脚开挖软弱夹层临空后引起的滑动位移也逐渐加大，产生的滑移量也非常大，尤其是到第三阶段软弱夹层临空后，由最初开挖的2mm陡增至最终的5.5m，夹层上部岩土体沿着软弱层面滑移，表明边坡上部后缘出现了拉裂面，软弱层区域的塑性变形活跃程度很高。

4.2 跟踪监测边坡安全系数分析

安全系数变化见图4。从图4可以看出，在降雨条件下边坡稳定安全系数降低到0.33附近，并且在泥质软弱层面被剥离开挖造成临空状态后，安全系数呈现出很显著的下降现象，这也表明泥质软弱层面是造成该段边坡发生滑坡的关键主控因素，由此也验证了在岩质边坡中顺层软弱结构面是导致边坡失稳滑移的关键性主控因素。

5 结论与建议

本次根据对该段采场边坡进行离散元滑移过程模拟计算，可以得出如下结论。

(1)该边坡坡脚开挖后，坡体下部失去了支撑作用，上覆岩层顺着软弱层面发生下滑，安全稳定系数处于1.0以下，说明在降雨工况下边坡的安全保障性很差。

(2)该段采场边坡是否可能滑坡，实质上是受软弱夹层的强度控制，因此要加强对存在软弱夹层的边坡区域进行变形监测，做到及时预测预报，同时要在稳定性较差的地段进行工程加固处置。

(3)由于水是诱发该段边坡失稳的关键因素，因此要充分加强边坡的排水工作，特别是边坡内部积水应当及时排走出。

图2 降雨状态下各阶段边坡安全系数与速度矢量和水平位移等值线云图

图3 降雨状态下跟踪监测点水平位移记录

图4 降雨工况下边坡稳定系数随开挖时间的变化曲线

[1] 田 斌,童富果,戴会超.降雨条件下清江古树包滑坡体稳定性有限元分析[J].岩石力学与工程学报,2005,24(增刊2): 5301-5306.

[2] 朱 伟,山村和也.雨水·洪水渗透时河堤的稳定性[J].岩土工程学报,1999,21(4): 414-419.

[3] 陆卫国.准东露天矿采场软岩边坡稳定性研究[J].露天采煤技术,2010,(5): 53-54.

[4] 李 江,张利忠.宝日希勒露天矿采场边坡分区及稳定性分析研究[J].露天采煤技术,2010,(1): 24-25.

[5] 李 江,张利忠.石宝铁矿采场最终边坡稳定性FLAC模拟分析[J].中国矿业,2009,(10):100-102.

[6] Harbaugh A W.The U．S．Geological Survey modular ground-water mode—the Ground-Water Flow Process[J].U．S．Geological Survey Techniquesand Methods 6- A16，Reston，Virginia，2005.

Stability analysis of slope with weak interlayer under rainfall condition

Stability analysis of slope is the core issue of open pit construction. Most of the landslides occur in rainy season or a short time after rainfall. Reasonably considering the rainfall effect is very necessary in the stability analysis of slope. Taking the stope slope in Yunnan Baoping for example, the simulation analysis of slope stability under rainfall condition was done through dividing slope into five steps excavation and six periods state according to the actual situation of the engineering construction. The results showed that the slope stability decreased obviously during excavation when the stope slope is under the rainfall condition. Especially when the slope was excavated to step 4, the slope displacement and the safety factor changed greatly, which proved that water is the inducing factor causing slope landslide.

slope stability; weak interlayer; rainfall

1672-609X(2017)02-0005-03

TD854+.6

A

2016-11-21

李在利(1982-)，男，云南宣威人，工程师，主要从事采矿工程设计及地压方面的研究工作。