某大型露天矿山边坡稳定性分析

杨辉明

（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

1 引言

高边坡发生破坏失稳是一种复杂的地质灾害，往往造成极大的安全事故和经济损失，露天矿山的边坡稳定性预测分析一直是采矿以及岩土工程的重要问题之一［3］。某矿山西源岭320～440m边坡属于典型的高陡边坡案例，该边坡处于设计的最终境界，因受复杂的区域地质构造影响，边坡节理裂隙发育，岩体破碎，加之采矿活动和降雨作用发生整体坍塌。滑坡体对320平台以下岩体产生挤压，滑体范围有可能进一步扩大，形成重大的安全隐患。为确保采矿作业安全顺利进行，有必要了解并掌握该边坡的稳定性状态，研究分析西源岭边坡的稳定性，为今后边坡工程管理提供依据，以便采取相应的预防措施［5］。

2 矿区地形地貌

矿山所处地貌为低山丘陵地貌，属构造剥蚀地形。地形整体为北东高，南西低，区内海拔最高为540m，最低为130m，地形起伏较大。地形切割强烈，冲沟发育较好，山尖多呈尖顶状，自然边坡较陡，坡角一般为30～50°，且大部分为岩质边坡，上覆碎石和土层，植被发育。

从边坡外观上看，西源岭290～410m边坡岩性主要为变质凝灰岩，局部为弱蚀变凝灰质千枚岩。边坡西北端为强风化区段，岩体为土黄色-浅褐色碎石土，含泥较多，节理裂隙发育，岩体破碎，强度较低［4］。根据钻探及地质调查结果，在西源岭290m以上边坡范围内所分布的地层岩性自上而下有第四系残坡积层和滑坡堆积层、双桥山群东坑组千枚岩和燕山期花岗闪长斑岩体。

3 矿区地质构造

3.1 断层

根据现场调查，在西源岭边坡共发现18条断层。具体位置见图1。

图1 西源岭边坡调查断层分布图

按断层走向分类，西源岭边坡断层主要有4类，即NNE、NWW、NEE 和NNW。其中NNE 走向断层最为发育，倾角30～89°；其次是NWW走向断层，倾角29～70°。断层的连接主要根据断层性质相同、产状相近的原则，在不同台阶出露的同一断层在平面图上连接主要是确定断层在坡肩处的位置。

图2 西源岭主要断层赤平投影图

将四组主要断层、片理面和坡面组合在一起，绘制了如图2的赤平投影图，发现NWW1和NEE断层与坡面大角度相交，主要起着切割岩体的作用，对坡体稳定性影响较小；而NNW与坡面小角度相交，易发生顺层滑动；NNE断层与坡面小角度相交，且多位于滑坡西侧，易形成滑坡的西侧边界；NWW2断层与坡面小角度相交，但倾角比坡度陡，易形成岩体破坏的后缘边界［1］。

3.2 节理

在边坡节理调查时，发现西源岭290～410m边坡岩体节理发育，岩体破碎。节理产生原因主要由区域构造产生的伴生节理，其次为边坡开挖形成的卸荷裂隙以及由采矿爆破震动产生的次生裂隙。

由于边坡规模较大，对西源岭275～410m边坡进行了分段调查，从下至上、从西至东将边坡分为底部275平台、290平台、320平台、335平台、350平台西、350平台东、410平台西、410平台东和坡顶边坡。通过对整个西源岭边坡大型节理进行统计发现：其中0～10°倾向节理最为发育，其次340～350°，300～320°，270～280°较为发育 ；东西走向最多，其次是南北走向；平均倾角50°。

通过以上统计发现主要发育的大型节理主要有 6 组 ：（1）J1：261°∠30°；（2）J2：10°∠42°；（3）J3 ：350°∠60°；（4）J4 ：320°∠57°；（5）J5 ：274°∠64°；（6）J6 ：290°∠62°。其与坡面和层面的交切关系见图3。

图3 节理统计图

3.3 节理裂隙发育规律

通过各平台边坡的节理统计发现有如下规律：

（1）各平台边坡从下至上，节理的发育数量由多变少，但节理的延伸长度由短变长。即坡脚以小型节理为主，坡顶主要发育大型节理和断层。

（2）各平台边坡节理以陡倾节理为主，有部分少量缓倾节理分布在320-350平台和坡脚处。

（3）大部分节理面与坡面大角度相交，对稳定性影响较小，只有少数顺坡向节理（倾向230～250°）对边坡稳定性影响较大［3］。

（4）岩体发现多处顺坡向楔形体破坏的情况，如350平台和坡顶平台。

4 稳定性分析

从工程地质上分析将西源岭边坡分为3个区，分区主要划分依据为地层岩性、岩石风化程度、岩石完整性、断层、节理及破坏变形情况等［5］，见图4。

图4 西源岭工程地质结构分区平面图

（1）1区发育多组NWW走向断层，走向与坡面大角度相交，且倾向多向坡内，对边坡稳定性影响较小，320-440平台边坡坡度较陡，发育的节理主要为东西走向，与坡面均大角度相交，对边坡稳定性影响较小，但根据节理交切关系判断存在顺坡向楔形体滑动的可能［2］。整体来说该边坡属于稳定边坡，局部地方可能发生楔形体崩塌。

（2）2区发育多组NWW走向和NNW走向断层，NWW走向与坡面小角度相交，且倾向多向坡外，对边坡稳定性影响较大，高程320-440平台已经发生崩塌，垮塌的岩性边界主要由断层和近东西走向节理面或片理面构成。整体来说该边坡属于不稳定边坡。

（3）3区发育多组NWW走向和NNE走向断层，走向与坡面大角度相交，且倾向多向坡内，对边坡稳定性影响较小。发育节理除了东西走向外还有大量南北走向的，东西走向节理与坡面大角度相交，对边坡稳定性影响较小；但南北走向节理与坡面小角度相交，对边坡稳定性影响较大，且根据节理交切关系判断存在顺坡向楔形体滑动的可能［2］。整体来说该边坡属于欠稳定边坡，局部地方可能发生楔形体崩塌。

5 结论

根据西源岭边坡的工程地质结构、破坏模式和变形特征，对西源岭边坡提出了如下综合治理措施：

（1）由于西源岭2区已发生滑坡，岩体较破碎，建议对290m以上坡面采用框架锚索进行支护，锚索锚固端应嵌入稳定岩层；

（2）在西源岭3区危岩体处采取锚喷防治措施，锚固至稳定基岩［6］；

（3）根据稳定性分析发现水对边坡稳定性影响较大，建议在西源岭边坡周界修建截排水沟，削弱地表水对坡体稳定性的影响；

（4）每开挖60m深度，应对所揭露的下采边坡进行边坡工程地质复查，开展边坡稳定性专题研究，根据研究结果及时对该段边坡进行动态优化设计；

（5）大量的稳定性分析研究表明，地下水与爆破震动对边坡稳定性有较大影响，需要在今后的开采过程中采取相应的排水及减震措施，以确保整体边坡的稳定［6］。

（6）加强该段边坡的原位变形监测，及时分析监测数据，及时掌握边坡稳定性状态［6］，为及时制定边坡处治对策提供依据。