阜新市海州矿南帮边坡极限平衡分析

乔云航

（1.辽宁有色勘察研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110013；2.深部岩土力学与地下工程国家重点实验室东北中心，辽宁 沈阳 110013）

边坡稳定性的矛盾问题，涉及影响范围比较广，主要包含：前进道路桥梁里的路堑、路堤或者基坑项目开挖等。自然土体在本身重力作用下或者其他作用力影响下，就会朝着某一滑动截面朝下滑动，因为自然土体自身具有抗剪强度与粘聚作用力，有很强的抗滑作用力，当抗滑作用力低于自然土体下滑作用力的时候，就会形成滑坡等问题现象，滑坡现象会严重危害着人民群众的安全[1]。自然土坡滑动失稳主要有如下两大类原因[2]：①外界作用力的影响，损害了自然土体原始的作用力平衡分布状态。②土体的抗剪强度因为受到外界多种影响因素的作用而减少，促进自然土坡失稳损害。

海州露天矿南帮的边坡比较大、分布形状不均衡，地层构成庞杂。即使能够使用分区建立模型的模式，展开有限元三维模拟仿真，但是很难精准地搭建1个非常靠近实际边坡的三维地质作用力学有效数值的实验模型。所以，在应用三维有限元研究分析作用力与变形特点的基础之上，结合二维极限平衡的原理模式展开南帮边坡稳定性运算，解析经典剖面的安全系数。运算应用软件应用Geostudio操作应用软件。直接按照现行海州矿南帮各剖截面的状况建立模型，不选用局部弱层的地区展开研究分析，全局搜查出最不利滑面的具体位置，充分表现出边坡的总体与局部稳定特点。

1 安全系数的确定

安全系数是边坡稳定性的考核参考，其受到多个层面影响因素的作用。安全系数参考《煤炭第二产业露天矿国家标准综合设计要求》来明确。下表1是《煤炭第二产业露天矿国家标准综合设计要求》[3]供应的边坡安全参数报表。在本次设计中，将稳定参数确定为是FOS=1.300。

表1 露天矿边坡的安全储备参数报表

采掘矿场边坡 ＞ 20 1．3～1．5非工作边坡1．1～1．2 1．2～1．3 1．3～1．5工作帮边坡 临时 1．0～1．2外排土场边坡 ＞ 20 1．2～1．5内排土场边坡 ＜10≥10＜10 10～20＞20 1．2 1．3

2 计算剖面的确定

边坡稳定性评定与运算剖面的选用并非随意的，一般边坡稳定性运算剖面的选用应该是这类边坡变形体或者滑体的重要滑移方向。应用二维极限分布平衡模式，每一次只可以运算1个剖面。不可以1次运算就全面表现出不同边坡的稳定性矛盾问题。在模拟研究分析的南帮全长影响范围里，全方位思考边坡三维自动扫描成图、边坡角度与边坡高度等影响因素，明确十个运算剖面。解析各剖截面的岩层结构特点是：W3～E4剖截面700.0m长边坡位于北翼，煤层顺逆层的特点交换显著；E2与E4剖截面被切割，是逆向边坡断层；E8与E10剖面被3号边坡断层切割，是逆向边坡断层；E16、E18剖面被1号边坡断层切割，是逆向边坡断层；E20剖面被高德1号与2号边坡断层切割，是顺向边坡断层。

3 岩土参数

按照勘察数据报告，同时根据已有的勘察与测试实验系数，明确南帮稳定运算的岩土自动输入系数，具体见下表2所示。

表2 海州露天矿南帮岩土物理力学的系数报表

4 剖面计算

模型的建立：应用Geostudio操作应用软件，选取为全坡高展开研究分析，成立运算实验模型。明确模拟仿真区的有效总高度大概是400.0m～450.0m；水平范围里按照各剖截面形状展开选取：南端分布坐标确定为-600.0m，总有效长度确定为是700.0m～1100.0m。剖面里的第4纪土层、煤矿层、边坡断层等，都是按照真实剖面的材料系数进行模拟仿真。全局搜查出最不利点，运算最终结果可以比较真实地表现出南帮各剖截面的安全系数标准。为了真实表现边坡的总体稳定特点，按照三维自动扫描测绘地形图，并且针对照海州露天矿与南帮五个井工矿供应的采空区参考资料图，展开核对研究分析，明确出各运算剖面的边坡断层、巷道与采空分布区。依次成立十二个剖面的运算实验模型，运算边坡的安全系数，最终结果汇总具体见下表3。

表3 W7～E25剖截面的目前情况和边坡安全系数

5 计算结果分析

根据运算最终结果可知，W3～E17安全系数位于1.00～1.150之内，和安全系数限值的差距还是比较大。W3～E1地区，是最为危险的边坡地带，根据运算最终结果可知，这一剖截面的下半部边坡弱面具备显著的顺层特点，容易形成局部滑坡；上半部边坡是测试现场火点密集分散区。在这其中，E1剖截面的实际安全系数只有FOS=1.0020，远低于1.300，在各类影响因素干扰下非常容易引发滑坡。

6 总结

在本文中，笔者在模拟研究分析的南帮全长影响范围里，全方位思考边坡三维自动扫描成图、边坡角度与边坡高度等影响因素，明确了十二个剖面，应用Geostudio操作应用软件，选取全坡高展开研究分析，成立运算实验模型，应用自动搜查的模式，全局搜查出最不利滑面点，W3～E17安全系数位于1.00～1.150之内，和安全系数限值差距比较大。W3～E1地区，是滑坡最容易发生的位置，E1剖截面的实际安全系数只有FOS=1.0002，非常容易产生滑坡，所以，南帮危险地区是南帮中部W3-E19。