峭岩质高边坡动力稳定性的研究

鲍伟 郑雪玉 杜帅群

摘 要：文章以某基坑开挖为背景，围绕其陡峭岩质高边坡动力稳定性展开针对性探讨，从而总结出如下四点内容：在边坡爆破开挖过程中，相比于有溶洞的坡顶而言，无溶洞所带来的沉降值明显偏小；边坡内溶洞的直径越小，对应的稳定系数则越高；如果溶洞与爆破面的距离越远，此时边坡的稳定性将更为良好；如果溶洞正好穿过了滑动面，此时将会对边坡开挖稳定性造成影响，对应的稳定系数也随之下降。

关键词：峭岩质 高边坡 溶洞

在长期的发展下，所形成的废弃采场均需要采取高陡边坡治理措施，此时无论是边坡设计、稳定性平评价还是监测工作都至关重要。在实际治理过程中，爆破振动通常会对边坡稳定性造成直接影响，因此需要重点考虑此问题。

1.工程概况

在本文所探讨的工程项目中，需要在百余米深的矿坑中进行主体结构的修建工作，整个场地呈现出四周高中间低的地形特性。关于工程结构的水平以及竖向两大方向的荷载，二者都需要交由矿坑坑壁承当，经测量后得知，矿坑坡角普遍介于80～90°。在此背景下，矿坑坑壁的承载力与稳定性均是需要重点考虑的内容。工程方案中，需要对原矿坑壁进行修坡处理，主要通过深孔加预裂爆破的方式进行，而后再逐级进行支护施工。经实地勘察，总结其地质特性：表现为典型的微风化灰岩特性，主要以灰白色、以及灰黑色为主，为典型的厚层状结构。利用钻机进行取样处理，得知岩芯形状较为丰富，以长、短柱状为主，还有部分的普通柱状以及大块状。进一步分析得知，节理裂隙出现了轻微的发育现象，部分区域存在溶蚀小孔，岩体质量等级普遍介于II-IV级。

2.超前地质预报

为了探寻边坡内溶洞的分布情况，工程中采用了地质雷达设备展开了超前预报作业，所得到的溶洞分布参数可以为后续的计算提供指导。以所得到的边坡雷达原始图像为基础，对其展开了增益恢复操作，基于对雷达图像的分析，加之各类钻孔资料，进一步得到了溶洞的分布图。对溶洞分布图进行分析，发现矿坑边坡40m区域内存在大量的溶洞，其规模相对较大，且洞径呈不规则特性，除此之外边坡内还有一些裂隙带。边坡的稳定性受到了溶洞强发育的影响，这点在雨水季节表现得更为明显，极容易引发边坡内溶洞与溶洞贯通的问题，进一步产生破裂面，由此引发边坡滑坡事故。

3.数值分析

3.1 计算模型

在本文的研究中，对边坡模型进行了简化处理，从而围绕平面应变问题展开针对性分析。采用的是理想弹塑性模型的形式，引入的是Mohr-Coulomb屈服准则，此外还使用到了相关联流动法。以所得到的现场勘查资料为基础，对其展开了分析，最终选取了北侧A区边坡区域，基于有限元的基本理念对其展开边坡稳定性分析。

3.2 岩溶对陡峭岩质高边坡开挖变形分析

基于地质雷达探测结果可以得知，坑内存在大量的溶洞，且断层出现了强发育现象，这对开挖边坡的稳定性造成了严重影响。对此，围绕单溶洞爆破开挖展开稳定性分析。综合考虑到溶洞尺寸以及溶洞与坡面的间距，细分为两种工况，溶洞直径取值有2，4，6，8m，其与坡面的间距分别为10，15，20，30，40m，对其展开针对性研究。

3.2.1 有无溶洞对边坡爆破开挖变形影响

有无溶洞对边坡变形所造成的影响机制是需要重点考虑的问题，此处选取无溶洞情况以及溶洞直径为6m的情况，对二者展开针对性数值分析。

对于无溶洞的情况，经过边坡爆破处理后所带来的变形量上限值达到了0.71mm，坡顶区域出现了明显的边坡变形现象。此外，如果矿坑内存在溶洞，若其直径为6m且与坡面达到10m的间距，此时经过爆破处理后所产生的变形量上限值达到了35mm，在溶洞周边的坡面出发生了较为明显的边坡变形现象。对于无溶洞的情况，经爆破开挖处理后所产生的边坡变形幅度相对较小，仅存在极为轻微的塑性区域滑动面；相比之下，对于有溶洞的情况，基于同样的方式处理后边坡变形量明显偏大，且存在明显的塑性区与滑动面，对边坡的稳定性造成不良影响。

3.2.2 不同溶洞大小对边坡爆破开挖变形的影响

将溶洞直径确定为2，4，6，8m四种情况，由此探讨溶洞直径与边坡开挖沉降变形之间的影响机制，得到的结果如图1。

基于图1进行分析得知，四种情况对应的坡顶沉降最大值对应有0.28，0.35，1.35，1.97mm。进一步推断，伴随着溶洞直径的减小，所带来的沉降值也逐步减小，此时边坡处于相对稳定的状态；此外，如果溶洞直径增大，则会对边坡稳定性造成不利影响。

3.2.3 溶洞与坡面不同距离对边坡爆破开挖变形的影响

将溶洞直径确定为8m，并将其与坡面间距设置为10，15，20，30，40m五种情况，由此探讨溶洞与坡面间距在经过边坡爆破开挖处理后所产生的变形程度的影响机制，得知对应的坡顶沉降值对应有：1.97，2.41，1.64，0.55，0.34mm。总结得知，如果溶洞与坡面距离越小，此时所产生的坡顶沉降越大，对边坡的稳定性将造成不利影响。

3.3 安全稳定性分析

基于Midas中的SA M算法展开分析，充分借助了极限平衡原理，以边坡为基础设置出滑动面，进一步得到对应的安全系数。设置有坡内无溶洞的情况，以及存在溶洞且分别为2，4，6，8m的情况；此外，将破内溶洞直径设置为8m，且它与坡面间距分别为10，15，20，30，40m。对于无溶洞或是存在溶洞且直径为2或4m时，经过边坡爆破开挖处理后得到的安全系数均为3.0；伴随着溶洞直径的增加，对应的安全系数随之下降。此外，如果溶洞与坡面间距达到了10m，此时对应的稳定系数达到1.6；伴随着间距的增加，如果达到了30m以及40m，此时对应的稳定系数都为3.0。由此可知，如果溶洞与边坡的间距逐步加大，那么邊坡的稳定性将越好。

4.结论

本文以矿坑边坡加工工程为背景，分多种情况对边坡稳定性展开了探讨，总结出如下几点内容：

（1）矿坑坑壁40m范围内存在大量的填充型溶洞，并且边坡的周边区域还有一些岩溶裂隙带，对矿坑的稳定性造成了不利影响。

（2）基于同样的边坡爆破开挖方式进行处理，相较于有溶洞的情况而言，无溶洞所带来的坡顶沉降相对更小；伴随着边坡内溶洞直径的持续加大，将会对边坡稳定性造成不利影响；如果溶洞与坡面间距较大，此时边坡的稳定性相对更好，但提出了范围要求；如果溶洞正好穿过了滑动面，此时将会对边坡开挖稳定性造成影响。

参考文献：

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[2]殷博，朱爱军，刘鹏程，等.含软弱夹层缓倾顺层岩质边坡稳定敏感性分析[J].建筑科学，2019， 35（3）： 45-50.