弓长岭独木采区边坡角对边坡稳定性的影响分析

吴庆深　张治强　张忠政

摘  要：伴随我国国民经济快速发展，露天矿山的开采深度逐渐加深，高陡边坡成为制约露天矿山高效安全开采的瓶颈。因此，该文以弓长岭独木采区为例，选取代表性的剖面，利用Bishop对最后的和现状的坡面所具有的稳定系数实施计算，探究边坡角与稳定系数之间的关联。通过计算分析发现，坡角对安全系数的影响是明显的，在47°～51°区域内，边坡角每当改变1°，其稳定系数的变化范畴是0.02～0.03。边坡的形状在一定程度上影响最危险圆弧滑动面。

关键词：弓长岭独木采区  边坡角  边坡稳定性  Bishop

中图分类号：TD854.7    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）04（c）-0034-03

伴随我国国民经济快速发展，露天矿山的开采深度逐渐加深，而开采过程中所形成的大部分高陡边坡失去了原来的稳定结构，已起不到應有的支撑作用，容易造成边坡失稳。这已成为制约露天矿山扩帮开采的瓶颈[1-2]。

对于矿山的总体边坡角而言，其在很大程度上影响矿山境界的划分和优化，同时也对运输体系的完善和升级产生影响，而边坡角的大小又与边坡的稳定性相关[3]，因此，该文以弓长岭独木采区为例，选取代表性的剖面，对最后的和现状的坡面所具有的稳定系数实施计算，探究边坡角与稳定系数之间的关联。

1  研究区概况

独木采区于1958年开始露天开采至今，已长达50多年。弓长岭铁矿床露天铁矿位于区域二级构造单元的弓长岭背斜南西翼，矿区内地层总体走向北东～南西，倾向南东，倾角20°～30°。区内断裂构造发育，具有多期性，按其空间展布与岩层产状的关系可分为走向断层、斜交断层与横断层。受断层影响而使部分铁矿体产生了位移、重叠和切割，但其总断距一般不大。矿区内出露的围岩多以片岩为主，其次有各种蚀变岩和花岗岩等。铁矿层是由磁铁石英岩、赤铁石英岩、含闪石类矿物磁铁石英岩、赤铁富矿、磁铁富矿所构成。

通过岩芯RQD测量，围岩质量基本为中等～好的，局部存在岩石质量劣的，围岩完整性为较完整，局部存在完整性差的;铁矿层岩石质量基本为好的～极好的，铁矿层完整性为较完整。据试验数据结合岩石理化特征确定该区岩、矿石的耐压强度，按递减顺序：铁矿石—花岗岩—角闪岩—黑云变粒岩—柘榴云母石英片岩。

2  边坡稳定性影响因素分析

2.1 坡角对稳定系数的影响研究

对于该矿区而言，其所涉及的内容比较大多，为了达到充分表示出矿区的特征，因此挑选6个地方分别设置由于弓长岭独木采区范围比较大，为了矿区的代表性，所以，在6个不同的区域建立了6个剖面，如图1所示，其中剖面1就表示该矿区的西北帮，剖面2表示该矿区的北帮，剖面3表示该矿区的东北帮，剖面4表示该矿区的东南帮，剖面5表示该矿区的南帮，剖面6表示该矿区的西端帮。

将Bishop作为其主要方法，对选取出有代表性的剖面，即在各个区域中挑选出6个比较特殊的剖面，然后对最后的和现状的坡面所具有的稳定系数实施计算，把第1最终剖面设置为例子，赋予不同边坡角的大小，探究边坡角与稳定系数之间的关联。

以设计剖面1为对象，研究可以得出其最终总体坡角达到了48°，满足探究坡角与稳定性之间的关系的目标，以Bishop为主要方法计算出稳定系数，计算考虑了上部风化区和下部新鲜岩石的不同，采用的坡体参数见表1，图2是想象的相异坡角的边坡表面。其中所涉及的角度不属于小边坡角度的范畴，而是总体边坡角度。图3所表示的是每一个坡角通过计算从而获得最危险破坏面。表2是计算到不同边坡角的稳定系数值。

通过计算分析发现，坡角对安全系数的影响是明显的，在47°～51°区域内，边坡角每当改变1°，其稳定系数的变化范畴是0.02～0.03，既尽管该值不大，然而也不可以忽略，在坡角为51°稳定系数为1.05时，其也在稳定区域内，然而该值就非常低了，对于永久性工程而言，该值要高于1.25。

2.2 各个侧帮现状与最终坡面稳定性的研究

Bishop为主要计算方法，从而得到每一个侧帮现状和最终坡面稳定性[4-5]，其在计算过程中应用的坡体参数见表1，其安全系数见表3，在图4可以得到最危险滑动面。

通过图4我们能够看出最危险圆弧滑动面不都是处在边坡的最下端，不但存在接近最下部的可能性，更存在达到边坡的中间的可能性，这就从侧面反映出了边坡的形状可以在一定程度上影响最危险圆弧滑动面。

通过对从图5中分析能够得出，在现状图中没有很多的圆弧滑动面处在下面坡角，其大部分都是处在中间部分，探究其原因是由于坡度比较缓，而局部存在的坡角比较大。从中我们也能够得到现状坡体的稳定性与最终稳定性比较前者较大。然而对于一些特殊情况，在现状图中发现斜坡是比较危险的。

通过对图4、图5的研究，其所取得的剖面不同，其所得到的最危险圆弧滑动面有很大的差异。以计算的安全系数为基础进行分析得出，现状边坡的安全系数不小，就算是最小的1剖面，该值也为2.45，其最大值为20多，从而可以得出其安全储备比较大，其所表现的最终状态边坡的稳定性是位于北侧的1、2剖面最弱，其值稍微超过1，虽然达到了稳定要求，然而其靠近临界状态，别的剖面具有相应的安全。

以影响稳定系数为出发点，不单单拥有岩体强度指标，更重要的是在很大程度上受总体坡角、坡体规模（高度）的影响，从表3中可以得到，每一个边坡所具有的安全系数有很大差异，剖面1的高度差不低于400m，而且其总体坡角达到了48°，剖面2所具有的高度差为350m，而且其坡角为51.7°，通过对上面两个剖面的研究，发现它们之间的高差大，坡角也很大，然而它们所具有的最终边坡稳定系数偏小。通过对现状剖面5的研究，能够发现其具有的边坡角为36.7°，然而其安全系数达到了7.6839，但是其拥有的高度差小。剖面5的总体坡角达到了26°，而且其下部不陡，其最终稳定系数来源于上部坡体的。通过对图4和图5的研究发现，边坡中每一个斜坡的几何形状在很大程度上改变安全系数。

3  结论

（1）通过计算分析发现，坡角对安全系数的影响是明显的，在47°～51°区域内，边坡角每当改变1°，其稳定系数的变化范畴是0.02～0.03。

（2）计算得出，边坡的形状在一定程度上影响最危险圆弧滑动面。剖面不同，其所得到的最危险圆弧滑动面有很大的差异。最终状态边坡的稳定性最弱的是位于北侧的剖面1、2，达到了稳定要求的临界状态，别的剖面具有相应的安全。

参考文献

[1] 张向东，姜革鑫.基于可拓学理论的矿山边坡稳定性分析[J].安全与环境学报，2018，18（6）：2141-2145.

[2] 黄勇，胡庆雄，赵兴宽.多种因素变化的露天矿境界优化[J].金属矿山，2011（12）：35-38.

[3] 赖桂华，王宇晨，高跃.多宝山铜矿设计境界稳定性分析及最终边坡角优化[J].现代矿业，2019（3）：102-104.

[4] 代碧波，章林.大型露天矿境界动态优化研究——以西澳Weld Range铁矿为例[J].矿业研究与开发，2018，38（1）：1-5.

[5] 王宇驰.弓长岭露天矿独木采区山坡转深凹露天开采过度开采境界优化[J].现代矿业，2018（11）：66-75.