基坑对某矿区边坡稳定性的影响及加固方案

莫建军

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西 南昌 330000）

由于矿区基坑塌陷造成的边坡失稳事故已屡见不鲜，根据矿山工程不完全统计数据可知，超过半数的矿山工程边坡失稳安全事故，均是由于基坑支护力度不足、基坑稳固程度不足所造成的。为了解决与此方面相关的问题，矿山工程施工单位提出了多种边坡稳定加固处理方案，但大部分方案在实施过程中，未能全面考虑到邻近基坑结构对边坡稳定性造成的影响，导致加固后的工程实施效果未能达到理想效果[1]。因此，本文将以某矿区为例，开展基坑对矿区边坡稳定性影响的分析，结合矿区边坡结构的稳固程度，制定对应的加固方案，以此种方式，降低由于边坡失稳造成的矿山工程安全事故，提高矿山工程在实施过程中的经济收益。

1 基坑对某矿区边坡稳定性的影响及加固方案

1.1 基坑对某矿区边坡稳定性的影响分析

为了确保建设的边坡加固工程可以达到既定效果，应当在开展相关研究前，开展基坑对边坡稳定性影响的分析。综合勘查矿区的地层结构可知，大部分矿区的上部土层与下部风化层的土质结构存在分界差异。因此，可通过边坡稳定系数计算的方式，对边坡邻近的基坑强度拆减弹性进行有限元分析，此种分析方法又被称之为SRM计算法，主要是指将基坑自身强度与边坡弹塑性系数进行有限元整合，并基于结构力学原理，进行边坡强度折减效应的分析，当强度折减效应超出其既定强度范围时，边坡将发生位移，从而出现边坡结构失稳的问题出现[2]。在计算过程中，可将矿区基坑的应变场作为参照评价指标，根据潜在的危险因素发展趋势，进行边坡极限状态与平衡状态的分析，根据两种状态的变化趋向，掌握边坡结构的稳定能力及其在基坑应力场作用下的折减能力。

在常规的有限元计算中，可先进行基坑内剪力点的选择，假设基坑内某个边坡对应的应力与剪力参数表示为R与S，参照标准的结构破坏准则，可进行矿区边坡安全性系数的计算。计算公式如下：

公式（1）中：F表示为矿区边坡安全性系数；τ表示为边坡强度指标；j表示为对应边坡区域；c表示为基坑折减系数，通常该系数表示为常数；R表示为边坡应力参数；S表示为边坡剪力参数；σ表示为基坑稳定系数；ϕ表示为基坑内边倾斜角度。综合上述计算公式可知，矿区边坡稳定性与c、R、S、等参数具有直接关系，综合对计算公式的分析可知，c值越高，即基坑折减系数越高，矿区边坡稳定性越强，按照此种方式可以推断得出其他参数与边坡结构稳定性之间的关系，以此完成基坑对某矿区边坡稳定性的影响分析。

1.2 基于结构稳定性系数的边坡加固材料选择

为了降低基坑对矿区边坡稳定性的影响，需要根据计算得到的结构稳定性系数，进行对应边坡加固材料的选择。

例如，在进行稳定性系数在0.8～1.0范围内的边坡加固处理时，可选择由澳大利亚生产的ISS25000固化剂作为加固材料。此种材料可溶于水，在使用过程中，按照1.0:300.0的比例进行设计[3]。此种加固材料的本质是一种离子交换试剂，在边坡结构中主要起到预防开裂或偏移的作用。

在进行稳定系数在0.8～0.4范围内的边坡加固处理时，可选择石灰作为加固试剂，石灰中的CaO、MgO均可以起到加固与稳定的作用。此种材料适用于稳定性适中的边坡结构。

在进行稳定系数<0.4的边坡加固处理时，可直接选择等级强度为32.5的硅酸盐水泥作为加固试剂。此种材料与边坡支护施工材料的性能相同，在水泥完成凝结处理后，具有较高的抗压强度与弯折强度，适用于稳定性较差的边坡结构。

1.3 架设矿区边坡预应力地锚结构

架设矿区边坡预应力地锚结构属于支护施工的一种，当地锚被固定在岩土层时，结构中的张性构件可以起到稳固土体结构的作用。可以在施工过程中，将此结构作为一种剪力体结构，其特点是可以在承载基坑偏移负载过程中，实现对负载作用力的移动[4，5]。通常情况下，为了满足工程施工需求，会选择地锚群作为结构的支撑，在其支护在地下结构中时，无论任何形式的基坑断面产生的附加作用力均会被拓展到承载结构之外，通过此种方式，便可以实现对边坡应力场的恢复。

在使用地锚结构对矿区边坡进行加固处理时，应当注意地锚体的方向与边坡坡面呈现一种垂直结构。并且在施工过程中，应综合考虑边坡承载面、断面等结构面的尺寸、形态与弹性系数，在有需求的情况下，应当结合附加应力产生的扩散效应，选择高强度的钢筋结构作为承载的主体结构，确保当结构发生作用力转移时，其他结构位置的受力保持均匀[6]。以此种方式，实现对边坡结构稳定性的提升，从而达到边坡加固的目的。

2 加固方案实施效果分析

按照上述内容分析，完成对加固方案的理论设计后，为了验证该加固方案的可行性与可靠性，应选择以某矿区作为依托，已知该矿床区域内地貌结构复杂，包含剥蚀、丘陵、沟谷、斜坡地等多种类型，地面高程在83.52m～118.23m范围内不等。表1为该矿区各个地层结构相关参数统计表。

表1 矿区各个地层结构相关参数统计表

在上述各个地层结构相关参数统计结果的基础上，按照本文上述思路明确基坑对该矿区边坡稳定性的影响，并通过对加固材料的选择和对地貌结构的架设，实现对边坡加固处理。为了验证加固后边坡的稳定性，在该边坡结构上设置五个监测点，各个监测点的布置结构如图1所示。

图1 边坡结构上五个监测点布置示意图

按照图1中布置方式完成对五个监测点的布置，并在每个监测点上设置一个位移传感器。利用位移传感器对边坡产生位移时的增量进行记录，并将记录结果统计绘制成如图2所示的加固结果示意图。

图2 本文加固方案实施效果图

从图2得出的本文加固方案实施结果可以看出，按照本文加固方案对该边坡进行加固后，五个监测点上的位移增量均未超过±1.0mm，而该边坡结构的失稳增量上限为+2.0mm，失稳增量下限为-2.0mm。通过对比可知，本文加固后的边坡位移增量均在稳定控制范围以内，说明该边坡完成加固后具有良好的稳定结构。因此，通过上述结果进一步证明，本文提出的加固方案在应用中能够有效提升边坡稳定性。

3 结束语

本文通过分析基坑对某矿区边坡稳定性的影响，采用选择边坡加固材料、架设矿区边坡预应力地锚结构等方式，完成边坡结构加固方案的设计。并在完成设计后，通过实例应用的方式，证明了本文提出的加固方案在应用中能够有效提升边坡稳定性。因此，可在后期的研究中，将本文设计的方法投入使用，以此种方式，提升矿区边坡结构的稳定性，降低由于边坡失稳造成的矿区安全事故。