矿山滑坡中的地质特征数值模拟探究

杜卫卫

（甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院，甘肃 酒泉 735000）

地质灾害发生的原因有很多，包括人类活动和内部地质力量的作用，导致区域表面发生变化的自然现象，其中滑坡地质灾害较为严重。人类活动已成为地质灾害发生最强大的诱因。人类造成的地质灾害对全球环境的变化具有重大的影响。预防人为地质灾害已成为目前环境监控的关键一环。矿山滑坡的主要原因是陡峭山脊的岩石和土壤在重力作用下通过各种自然作用（例如地球物理作用，生物作用，人类活动和各种地形拼接等）滑落的过程[1]。我国由于地形原因很容易发生山体滑坡等地质灾害，一旦发生了类似滑坡的地质灾害会产生严重的后果。

随着资源过度地开发，矿山滑坡灾害发生的越来越频繁。经过研究表明，矿山滑坡地质灾害能通过改变自然因素和人为因素来适当的将频率降低。如果矿区污染严重，而恰逢雨季降雨较多，则可能发生滑坡地质灾害[2]。还有一部分原因是有些人在不允许被开采的山脉上进行了开采，导致山脉被严重的破坏，从而影响了山脉的稳定性，导致矿山滑坡灾害不断发生。传统的矿山滑坡数值模拟的精确度低，不能很好地解决现有的问题，面对这种情况，需要对矿山滑坡中的地质特征数值模拟进行设计，使矿山滑坡地址数值模拟更精确。

1 矿山滑坡中的地质特征数值模拟方法设计

1.1 选取矿山滑坡数值模拟模型

研究滑坡模型的相关岩石组成对数值模拟分析来说是一个关键步骤，这一步骤描述了外部荷载条件下岩石材料的应变关系。由于岩石和土壤材料的力学性能和多样性都存在很大差异，因此，需要采用Midas/GTS岩土施工模型，来满足各种工程分析中的需求。

由表1可知，这些都是Midas/GTS模型中的模型特征，这些特征在研究矿山滑坡的数值模拟模型方面都非常重要，研究了本次的工程，对比表中的特征，决定选取莫尔一库伦模型来进行本次数值模拟模型的建设[3]。

表1 Midas/GTS本构模型

1.2 计算矿山滑坡数值模型参数

选取正确的模型材料和抗滑桩，每种材料至少都要选取三组，包括各种各样的黄土组石。参考相关的数据来模拟现有状态进行数值参数模型的计算，利用公式（1）：

其中φ代表桩身转角，Δx代表稳定安全系数，y0代表土的内摩擦角，y代表桩计算截面距滑面长度该处桩前、后抗滑桩模拟侧压应力如公式（2）所示：

其中BP代表桩的计算宽度，m代表地基稳定性系数，M0代表桩旋转中心距滑动面长度，Q0代表稳定性系数，My为前、后抗滑桩模拟侧压应力。

由公式（1）、（2）计算出矿山滑坡数值模拟模型参数如下表2所示。

表2 矿山滑坡数值模型参数

模型中的各个单元相互作用要提前注意，设置安全数值和参数进行预处理。

1.3 矿山滑坡数值模型范围划分

在建立二维模型的过程中，矿山横截面模型的后边缘延伸到发生滑坡的斜坡盆地，而前缘延伸到外矿井底部的平缓区域谷。滑坡范围需要从表面的形状和地形线确定。横截面模型在X方向上的长度大约为400m，在Y方向上的高度大约为150m，并且模型的地板高度是在最高海拔处获取的，然后除以垂直高度差，根据现场调查和钻探数据，在选取模型时可分别选取多种材料的防滑桩[4]。

为了更准确地反映滑坡带的工程地质单位，需要将滑移带视为薄弱带。每个井眼具有不同的滑移带厚度，对此进行了统一和简化。对于1.0m的网格模型，由于其具有网格密集的特点，需要格外设计单位长度，并且还需要根据线性梯度对与滑动区域接触的地质边界进行网格化。最后将防滑桩以接触元件的形式加载到模型中。

1.4 矿山滑坡数值模拟边界设定

所设置的边界需要满足左右垂直边界在X方向上受约束，下部水平边界在X和Y方向上受约束。所设计的倾斜表面是自由边界，划分矿山滑坡数值模型的范围后，需要设置数值模拟边界。

1.5 矿山滑坡中的地质特征数值模拟

正常工况下矿山断面的数值模拟结果如图1所示。按照选定的办法将系数折算出来，得出此次模拟整体处于基本稳定状态。

图1 矿山断面的数值模拟结果

对以上数值模拟结果，进行综合分析，结果表明，在正常工作条件下，滑坡前缘不稳定后，仅保留了主体滑动体，前缘变为高而陡峭的前表面，非常不利于稳定性。其次，在滑动体中，发生得滑动非常不稳定。与矿区之间的数值分析结果比较，可以看出，当前缘不稳定时，主滑动体只产生很小的滑动。如果在此时改变状态，位移和变形将会大大增加，最大滑移量超过了六十厘米。通过比较，得知前辅助滑动体对后主滑动体具有非常大的防滑作用，尽管前辅助滑动体处于完全不变的位置，但在蠕变变形阶段和正常工作条件下，滑动体的该部分存在都维持了主滑动体部分的稳定性。

2 数值模拟应用测试

在上述部分完成矿山滑坡中的地质特征数值模拟的设计部分，应用此方法展开测试，对比此方法与原有传统方法的使用差异。

2.1 测试环境指标

考虑前文所设计矿山滑坡数值模拟方案和矿山滑坡数值模拟结果，对滑坡体和抗滑桩进行安放后开挖。

开挖分两级边坡进行，抗滑桩设计时设桩处推力依据表3所示，将所有抗滑桩布设于滑体较薄的主滑体两侧。

表3 断面主滑面下滑推力计算表

2.2 测试结果

为了验证此次设计的矿山滑坡中的地质特征数值模拟方法的精准度，与传统矿山滑坡中的地质特征数值模拟方法进行了对比，从数值模拟的精准度来进行对比，选取5个随机地区，对地质特征数值模拟的两种方法进行对比，结果如表4所示。

表4 传统方法与本方法地质特征模拟数值对比

由表4的对比可知，所设计的地质特征数值模拟方法在精确值方面优于传统的地质特征数值模拟方法，具有一定的推广意义。

3 结语

综上所述。矿产行业在我国占有重要的位置，为了保证其稳定发展，本文针对矿山滑坡中的地质特征数值模拟进行了设计，进行了实验演示，以确认这次设计的方法的有效性。通过实验比较，可以看出，此次设计的矿山滑坡地质特征数值模拟方法比现有方法具有更准确，更实用的应用价值，希望这项研究有助于评估和管理浅层地质灾害，促进采矿业，以及我国经济的发展。