基于GeoStudio的某金矿露采边坡稳定性分析

王书昭，李乾龙，王丹

(1.中国有色金属工业西安勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710000；2.江西理工大学 资源与环境工程学院，江西 赣州市 341000)

0 引言

目前，理论研究、模型试验和现场监测已成为岩层控制研究的主要方法，但在土和岩石等非均匀介质、非线性材料、现场应力条件复杂等问题中，解析方法假设过多，难以得出真实解[1]。近几十年来，随着计算机技术的飞速发展，数值模拟计算方法在采矿工程领域的应用越来越广泛[2]。采用数值模拟可以减少实验室试验和现场试验的工作量，降低成本，缩短周期，也可以模拟岩体复杂的力学结构特征，还可以分析各种稳定性问题和施工过程[3]。因此，数值分析方法是解决岩土工程问题的有效工具之一。

影响露天矿边坡稳定性的因素很多，从源头上可分为两类。一类是岩体的矿物组成和地质构造面；另一类是自然和人为外部因素的影响等[4]。本文将根据室内岩石力学试验的参数，经过折减，利用Geo-Studio软件计算目标边坡自然状态、降雨状态、地震状态下的稳定性。

1 矿区概况

矿区位于松潘甘孜构造带与扬子地台的结合部，矿床属构造破碎带蚀变岩型金矿床。10号、15号矿体是矿区的主要矿体，矿体规模大。10号矿体分布于矿区中部，东西长1250 m、南北宽约350 m，矿体地表出露海拔高度为3820～4080 m。15号矿体分布于矿区东部，东西长约600 m、南北宽约250 m，矿体地表出露海拔高度为3840～4070 m。该矿区矿体基本特征见表1。

表1 某金矿矿床基本特征

通过现场采样，在实验室进行岩石力学试验，确定岩石强度参数，进而确定岩体强度参数，由于碳质板岩倾角与最终坡面角基本一致，故取室内试验参数的1/25作为岩体力学计算参数[5]。在降雨情况下，矿物岩石以及胶结物发生软化，导致强度降低，计算时，首先根据现场调查情况确定地下水浸润线，对浸润线以上岩体强度取自然状态下的参数，以下部分取饱和岩体强度参数[6]。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）查得基本的地震烈度及建筑抗震设防类别和设防标准为：抗震设防烈度为7度[7]，基本地震加速度按0.15g计算。岩体力学参数见表2。

表2 岩体力学参数

2 模型建立及结果分析

2.1 建立剖面计算模型

选取条件最为不利的①号剖面与②号剖面进行边坡的稳定性分析，剖面平面位置见图 1，根据等高线作出2个边坡位置的剖面CAD图，并导入Geo-Studio模型建立模块，模型详见图2、图3。选用摩尔库伦准则进行强度计算。

图1 边坡稳定验算剖面位置

图2 ①号边坡剖面

图3 ②号边坡剖面

2.2 结果分析

边坡稳定性采用极限平衡法进行分析，选择Morgenstern-Price法、Spencer法2种分析方法进行自然、降雨、地震工况下的计算[8]。计算云图见图4、图5。两种方法计算的安全系数同一工况下取小值。计算结果显示，①号剖面在自然条件下边坡的稳定系数为1.222，在降雨工况下，下降到1.083，在地震工况下，则降到1.042；②号剖面在自然条件下边坡的稳定系数为1.219，在降雨工况下，下降到1.108，在地震工况下，则降到1.094；综合来看，②号边坡比①号边坡的稳定性要好，这与其几何形状有很大关系，②号边坡的高度、最终边坡角都要小于①号边坡。

图4 ①号剖面计算云图

图5 ②号剖面计算云图

3 结论

（1）不同工况下，采用极限平衡法计算露天采场最终边坡的最小稳定性系数，计算结果表明，边坡的最小稳定性系数均大于要求的稳定性安全系数，设计推荐的边坡结构参数满足安全性要求。

（2）从 2种不同的极限平衡计算方法得出的结果可以看出，同一边坡剖面在同一工况下计算得到的稳定性系数比较接近，误差很小；从计算云图结果发现同一工况下不同计算方法的潜在危险滑移面的位置几乎相同。

（3）实际边坡地质结构复杂，开采中应注意软弱夹层对岩体稳定性的影响，应加强边坡稳定性监测，如有条件，在危险边坡位置安装实时监测传感器，构建滑坡预警系统，对软弱结构应采取相应的预防治理措施。