基于Slide软件的露天矿边坡稳定性分析

陆晓东 郑禄璟

摘要：针对贵州某露天矿已失稳边坡，制定出切实可行的综合治理方案，采用Slide软件进行建模、数值模拟，得出失稳边坡修复后边坡的安全系数均大于矿山安全系数界限值F=1.30，边坡稳定状态为稳定，验证了综合治理方案的可行性，确保了矿山安全生产，为其他类似边坡治理提供工程实践及技术参考。

关键词：边坡稳定性;综合治理;数值模拟

中图分类号：TP391      文献标识码：A      文章编号：1009-3044（2018）35-0073-03

1 工程背景

我国是一个地质灾害比较严重的国家，根据中华人民共和国国土资源部2017年4月公布的《中国国土资源公报（2016年度）》，共发生地质灾害9710起，造成370人死亡、35人失踪、209人受伤，直接经济损失31.7亿元。地质灾害发生数量、造成死亡失踪人数和直接经济损失同比分别增长18.1%、41.1%和27.4%。2012-2016年地质灾害造成的死亡失踪人数和直接经济损失情况见图1。

随着大量的人工高陡边坡越来越多，边坡失稳破坏事故接踵而来 [1]，造成大量的人员伤亡和财产损失，故边坡的治理工作就显得尤为重要，因此，研究边坡稳定性就成为岩石力学研究的热门课题，具有重大的社会价值和科技价值。

本文以贵州某露天矿边坡滑坡为典型例子，制定了该滑坡的综合治理修复方案，运用Slide软件建立了失稳边坡综合治理修复方案的数值模型并进行了相应的数值模拟，对失稳边坡综合治理修复方案进行验证及评价。

2 工程概况

2012年8月8日，贵州某露天矿西部主运矿道路边坡发生旋转剪切型破坏，导致边坡大面积滑坡，滑坡体面积约650m2，体积约5000m3，垂高35m（+560m～+525m）。此次边坡破坏滑坡导致矿山西部运矿道路中断，矿山生产中止，如图2所示。滑坡段原边坡台阶高度为20m，安全平台宽8m，台阶坡面角54°。

3 基于Slide的边坡稳定性分析

3.1 Slide软件简介

Slide软件是加拿大Rocscience公司开发的一款用于分析边坡稳定性的软件，该软件基于垂直条块极限平衡法理论，分析方法包括毕肖普法（Bishop）、簡布法（Janbu）、瑞典条分法（Fellenius）和Spencer等，可计算岩质、土质二维边坡稳定[2]。通过分析每个可能的圆弧滑面并给出每个滑面的安全系数，同时可以搜索给定边坡的最危险滑面。

3.2 岩石力学参数选取

本文旨在通过计算机模拟，选择最佳的治理矿山西部边坡旋转剪切型滑坡区域，修复矿山边坡道路的综合治理修复方案。在Slide软件边坡稳定性计算中，需要容重、黏聚力及内摩擦角等参数，而这些参数可以通过贵州某露天矿岩土样室内土工实验得出，并参照类似岩体的其他矿山参数取值。参数的选择对计算结果有重大影响，在模拟过程中，潜在滑动面对其稳定性较大，由于在该实例中已出现了滑动面，即回填料与原岩之间的接触面[3]。为了简化模拟计算，在岩性定义中已考虑该部分。

3.2.1 试件取样

1） 滑坡体基岩样本取样

在矿山西部边坡旋转剪切型滑坡区取样时，应该选择爆破影响不同区域内取样（推断爆破对边坡的影响分为三个区域，D1区约距离边坡表面20m，D2约60m，D3为大于60m的区域），即在D1、D2、D3三个区域各取一组样本，每组3个试件;

2） 填充层样本取样

分别选用20%、10%、5%毛石混凝土制作三组样本试件，每组3个试件，样本制作参照《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》GB/T50080-2002 要求制作。

3.2.2 试件取值

根据在矿山西部边坡旋转剪切型滑坡区域所取的三组岩石样本试件和矿山分别用20%、10%、5%毛石混凝土制作的三组样本试件，一共得到样本试件六组，共18个试件，通过贵州某露天矿岩土样室内土工实验并参照类似岩体的其他矿山参数，得到确定用于稳定性分析计算的物质岩体的力学参数如表1。

根据边坡岩土体物理参数、边坡几何参数及边坡综合治理修复方案建立稳定性计算模型，由于上方为运矿路，根据卡车核定载重，在模型中增加660KN/㎡的荷载。

由于露天矿山爆破对边坡会有一定的影响，爆破影响区域的厚度T决定于破参数设计。HoekandKarzulovic（2000）认为根据生产爆破可大致估计爆破影响区域的范围（T为影响深度，根据锦丰采用的爆破方式，确定T=0.5～1.0H，该处边坡台阶高度为20m，考虑此边坡的重要性，选择上限值为T=20m。由此推断爆破对边坡的影响分为三个区域，D1区约距离边坡表面20m，D2约40m，D3为大于60m的区域。分别根据不同的爆破影响程度，确定黏聚力和内摩擦角的大小。

3.3 软件建模

矿山对西部旋转剪切型滑坡区采用锚网喷+锚索支护、抗滑桩、重力式挡土墙联合加固（支护）措施，以及打设泄水泄压孔、用含不同水泥掺量的毛石混凝土回填边坡滑坡区域等措施对边坡进行综合治理，并恢复矿山西部主运矿道路运输。根据岩土力学参数，在Slide软件中建立数值模型，如图3所示。

3.4 数值模拟

根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013和澳洲使用的安全系数为依据综合判定，贵州某露天矿边坡等级定为二级边坡，且属于永久性边坡，故将贵州某露天矿边坡安全系数界限值取为：1.30，即边坡数值模拟安全系数大于或等于1.30时，说明该处边坡处于安全稳定状态，否则，边坡不稳定。

该模拟采用毕肖普法（Bishop）、简布法（Janbu）、瑞典条分法（Fellenius）和Spencer法进行对比分析，模拟结果如图4、图5、图6、图7。

根据不同分析方法得出的安全系数可以看出，安全系数均大于设计要求的1.30，边坡稳定状态为稳定，说明矿山西部边坡旋转剪切型滑坡区综合治理修复方案是合理可行的。

4 边坡综合治理方案

4.1 滑坡体后方深部边坡基岩加固

清理滑坡区碎石、浮土后，对滑坡体后方基岩进行锚网喷支护（锚杆+挂钢筋网+喷浆）、长锚索支护、抗滑桩、重力式挡墙联合支护，同时打设仰斜排水孔，加大泄压泄水孔等疏水措施，以改变基岩结构和性质，加大基岩稳定性系数。详见图8。

4.2 回填滑坡区

边坡支护后对滑坡区进行回填，本文工程需对滑坡区域+560m～+525m标高段边坡进行回填，并修复主运矿道路。回填材料采用毛石混凝土，共分三个阶段进行分层回填（第一阶段用水泥含量20%的毛石混凝土，砂石粒径为30～40cm;第二阶段用水泥含量10%的毛石混凝土，粒径为20～40cm，第三阶段用水泥含量5%的毛石混凝土，粒径为20～40cm）进，每層厚1～1.5m，每层用压路机对混凝土进行压实，逐层回填，直至+560m水平矿山主运矿道路。详见图8。

4.3 挡土墙支护

本文工程设计在+525m标高台阶构筑重力式挡土墙。挡土墙规格：上宽1m，下宽1.5m，高4m，0.5m埋入基岩，采用M15浆砌片石分层浇筑，总长近60m，每隔15m设置一条伸缩缝，缝宽20mm。为了加强挡土墙的强度，提前在挡土墙基角地基上加筑一排抗滑桩。抗滑桩规格为：孔深4m，孔径115mm，间距2m;选用长为6m的10#工字钢，安装后4m埋于基岩下，2m浇筑在挡土墙内。详见图8。

5 结束语

通过运用Slide软件进行建模、数值模拟，分别采用毕肖普法、简布法、瑞典条分法和Spencer法等分析方法，得出失稳边坡修复后边坡的安全系数均大于矿山安全系数界限值，边坡稳定状态为稳定，验证并修正边坡综合治理方案，确保了边坡的稳定性，为矿山的安全生产提供了保障，并为类似边坡治理提供工程实践及技术参考。

参考文献：

[1] 黄润秋.中国西部岩石高边坡应力场特征及其卸荷破裂机理[J].工程地质学报，2004，12（s1）：7-13.

[2] 倪彬，张伟，刘晓明.基于Slide的露天采场边坡稳定性分析[J].中国矿山工程，2013，42（6）：28-31.

[3] 贾住平，郑禄璟，郑禄林.露天边坡大型滑坡稳定性分析与治理方案[J].金属矿山，2014（5）.

[通联编辑：张薇]