云南个旧南部选矿试验示范园区边坡稳定性研究

李建伟 刘宁

摘要：以云南个旧南部选矿实验示范园区边坡为实例进行边坡稳定性研究，根据工程实际情况，分析地质勘察报告，对该段边坡进行力学稳定性分析。运用数值模拟软件，根据实际测定的边坡力学参数，分析了边坡的某个剖面，通过模拟得到该剖面的强度折减系数，也就是安全系数。再运用极限平衡法得出该剖面的安全系数，以两个数据综合判定得出结论。

Abstract： Taking the slope of Gejiu Southern Mineral Processing Experimental Demonstration Park in Yunnan as an example， the slope stability was studied. According to the actual situation of the project， the geological survey report was analyzed， and the mechanical stability of this section of slope was analyzed. Using numerical simulation software， according to the actual measured slope mechanical parameters， a certain section of the slope is analyzed， and the strength reduction factor of this section， that is， the safety factor， is obtained by simulation. Then use the limit equilibrium method to obtain the safety factor of the profile， and draw conclusions based on the comprehensive judgment of the two data.

关键词：边坡;稳定性;数值模拟;极限平衡;安全系数

Key words： slope;stability;numerical simulation;limit equilibrium;safety factor

中图分类号：U416.14                                   文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）23-0087-03

0  引言

个旧地区为我省重金属污染较严重的地区之一，为彻底整治区内重金属污染，改善区内人民生产生活环境，避免国际纠纷，云南省拟在个旧地区建设重金属污染整治示范试验区（省级工业园区），将多年来历史形成的规模小、生产力低、乱排放的小选厂集中建厂、集中排放、集中管理。本场地由于位于山麓斜坡地带，在场地最北侧由于地形坡度变陡，形成了一个最大高度为50m，长约360m的岩质高边坡。边坡稳定性直接影响场地拟建设施和人员安全，进而影响到未来重金属污染整治示范试验区的正常运营和经济效益。

1  边坡地质特征

1.1 地形地貌

研究边坡位于个旧市卡房镇对门山山麓斜坡地带，属中生界地层的高中山岩溶断块山地貌，北、东、南三面环山，地形坡度为5～35°，以10～25°为主，具上陡下缓趋势。研究边坡分为2个，1#边坡位于拟建场地北侧西段，2#边坡位于1#边坡南侧。

1#边坡总长560m，以西端点为起点，从边坡高度可以划分为三段。

第一段：0～125m，边坡高度5～10m，边坡坡角75～85°，边坡顶部植被较好，为灌丛，自然坡度以10～35°为主，具上陡下缓趋势。

第二段：125～420m，边坡高度10～50m，边坡坡角75～85°，边坡顶部植被较好，为灌丛，自然坡度以10～35°为主，具上陡下缓趋势，为本次研究的重点段位。

第三段：420～460m，边坡高度1～10m，边坡坡角75～85°，边坡坡顶为进入水池区道路，地形较为平缓，周边自然坡度以5～15°为主，具上陡下缓趋势。

2#边坡总长420m，边坡高度10m，边坡坡角75～85°，边坡坡顶为道路平台，地形平缓。

1.2 边坡工程地质特征

在边坡区发育断层一条断层（f1），断层穿越1#边坡和2#边坡，整体走向为60°，倾角60°，上下盘均出露中三叠统个旧组第三段，垂直断距不大。沿断层岩石挤压破碎剧烈，两盘岩层牵引构造明显，该断层为正断层。

边坡区岩层整体倾向南东，但受到边坡区断层的影响，岩层产状变化较大。断层下盘岩层整体倾向南东，但倾角变化较大，从西至东距离断层越近岩层倾角越缓，断层下盘岩层整体呈向斜构造。断层下盘岩层在断层作用下，除局部發生牵引变形外，1#边坡东段（第三段）岩层整体产状由倾向南东变为倾向南西，边坡结构类型由斜向坡转变为顺向坡。

2  边坡稳定性分析

本次研究的个旧南部选矿试验示范园区田湾片区边坡分为2个边坡，1#边坡最大高度50m，2#边坡最大高度10m。从整体上看，边坡为斜向坡，整体处于稳定状态，存在下列因素对边坡稳定性影响较大：①节理面;②岩溶的影响;③风化带。其中I区域岩体强度较低，边坡稳定性最差;其余区域稳定性主要受结构面的控制，在节理相互切割情况下容易形成契形危岩体，出现局部滑坡或崩塌，同时，节理相互切割，边坡岩体整体抗剪强度降低，可能造成边坡整体失稳。目前，仅1#边坡顶部有截水沟。

3  边坡稳定性的影响因素

3.1 岩溶

研究区地质构造较复杂，附近发育有卡房断层、龙古口-坝西断层、红河深大断裂，断层，断层、褶皱较为发育，岩体节理较发育，为地下水的渗流提供了通道，为岩溶发育提供了必要的条件，溶蚀裂隙的发育和贯通进一步形成了大的溶洞和岩溶通道。

3.1.1 地表岩溶和土洞

通过对拟建场地范围内和附近地段的地质调查，场区地表岩溶主要形态为石芽、溶沟、溶槽，石芽高出地面0.5～1.5m，分布密度较大，其间充填有残坡积粘土;石芽、溶槽和溶穴的发育方位多为西南向，溶沟、溶穴发育规模稍大的则形成溶洞。

3.1.2 地下岩溶

依据拟建场地工勘报告，工程地质钻探完成的473个勘探孔中，遇溶洞的勘探孔有29个，合计溶洞33个，钻孔见溶洞率为6.1%，线岩溶率为1%。现场水文及工程地质调查测绘发现场地地表及附近发育有岩溶洼地和落水洞共计13处。

3.2 危岩体

由于开挖边坡地形陡峻，地形坡度大于70°，节理裂隙发育，节理相互交割沿边坡中上部分布不同规模的契形危岩体，加之边坡开挖过程的爆破松动，这些危岩体可能对拟建场区建构筑物和人员的安全造成潜在隐患。

3.3 特殊性土

3.3.1 红粘土

研究区为碳酸盐类灰岩石芽残丘地貌，碳酸盐岩的风化物是红粘土的物质来源，红粘土主要分布于研究区的溶蚀槽谷低洼地段及石芽间溶沟、溶槽内。根据场地工勘阶段钻探揭示及室内土工试验结果：研究区红粘土特性符合干缩性及上硬下软的一般规律，厚度变化受原始地形、下伏基岩面的起伏变化关系密切，空间分布、基岩面起伏变化较大。

3.3.2 填土

研究区内场地开挖平台上，沿开挖平台两侧堆放有人工填土，厚度1.0～2.30m，回填时间较短，未经分层压实，较松散。

4  工程实例

4.1 建立模型

根据边坡工程地质实际情况建立边坡模型见表1，边坡底部基岩模型高H=25m，边坡角为71°。

剖面局部计算剖面位置图见图1。

4.2 Geostudio数值模拟结果分析

4.2.1 计算模型

数值模拟的可靠性在一定程度上取决于所选择的计算模型，包括数值模拟的目的;边坡结构的简化;选择适当的计算域和计算模型的离散化处理;确定计算模型的边界约束条件;选取岩体力学参数及其破坏准则等问题。在数值模拟过程中，不可能将影响边坡稳定性的因素都面面俱到地考虑进去。因此，本次模拟作了一些必要的假定。

4.2.2 计算方案

本次模拟计算分为2步：①原始应力状态，对所构建的模型施加自重应力，形成自重应力场，分析此时模型的应力分布和位移情况。②工况稳定性计算，该步骤主要与原始状态进行比较，通过对天然、地震（按烈度Ⅶ度计算）和暴雨三种工况的边坡稳定性模拟计算，分析现状边坡是否处于稳定状态，以期为后续边坡治理提供基础。

主要从位移、应变、各工况稳定性系数等方面对计算结果进行分析，计算结果分别见图2～图6。

从图2和图3可以看出边坡剖面原始状态下的最大剪应变0.00055，位移为0.0010m。从图4可以看出，在天然工况下，边坡剖面的稳定性系数大于1.15，处于稳定状态;在地震工况下，边坡剖面稳定性系数大于1.0小于1.05，处于欠稳定状态;在暴雨工况下，边坡剖面稳定性系数小于1.0，边坡均处于不稳定状态。从模拟结果来看，此次边坡受暴雨的影响更大，在暴雨条件下可能产生滑坡崩塌等地质灾害现象，同时在发生较大地震时，边坡内部结构也会受到一定影响。

5  边坡稳定性系数计算

研究边坡贯通结构面均为层面，边坡为斜向坡并且岩层微倾向坡内，对边坡稳定有利，边坡不存在倾向坡外的贯通性结构面。因此，在边坡整体稳定性计算时应按照节理化岩体边坡考虑，在边坡岩体参数研究结果基础上，进行边坡整体稳定性计算。

本次计算剖面为根据边坡现状图所做的剖面，计算采用极限平衡法中的Bishop法。计算结果分别为天然工况下安全系数为1.188，天然+裂隙水工况下安全系数为1.018，天然+地震烈度7°工况下安全系数为0.933。

可以看出，边坡剖面整体稳定性在天然情况下，稳定性安全系数大于1.15，边坡处于稳定状态;天然+裂隙水情况下，剖面稳定性安全系数在1.00～1.05之间，边坡处于欠稳定状态，在地震烈度按7°考虑时，剖面稳定性安全系数均小于1.00，边坡处于不稳定状态，计算结果和实际情况一致。

6  结论

依据极限平衡法和数值模拟方法稳定性计算结果，综合表2，以保护园区安全为核心，边坡整体稳定性综合判定在两种方法中以偏于保守为原则，即取两种计算方法中的小值作为最终判定依据，作为边坡永久治理依据。

通过极限平衡法和数值模拟方法综合判定，边坡在天然工况下边坡整体稳定性处于稳定状态，在暴雨工况和地震工况下边坡整体稳定性不稳定状态。

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