露天矿边坡稳定性分析与研究

罗慧 刘汉磊

摘要：矿山边坡的稳定性一直是影响矿山安全生产的最重要因素，随着矿山开采深度的增加，边坡失稳造成的地质灾害风险与矿山经济效益的提升矛盾日益突出，露天矿边坡稳定性分析有利于防止滑坡、崩塌等一些地质灾害的发生，同时也有利于确保边坡安全及工作人员安全的同时提高采矿工程的实际效益，对矿区的安全生产具有较为重大的现实意义。本文对国内外露天边坡稳定性研究现状进行闡述，并对影响露天矿边坡稳定性因素和稳定性分析方法进行重点分析，为矿山边坡安全管理与防治露天矿边坡失稳提供理论依据。

关键词： 露天矿;边坡;稳定性;分析方法

引言

矿山边坡是于露天矿开采过程中形成，即原始地应力影响也随着矿山活而变化，露天矿边坡体的构成是一个动态变化的过程0，近年来露天矿山的不断开采所形成的高陡边坡越来越多，同时随着边坡的不断加高加陡其安全性越来越差，与此同时引发的安全事故也日益增多，其中最主要的就是露天矿边坡滑坡或垮塌造成的人员伤亡、设备损坏等，不仅对矿山的安全生产和经济效益存在着影响，同时对矿区人民的生命财产安全存在着巨大隐患，只有在保证边坡稳定行的前提下，矿山的生产运营才能正常进行，矿区员工的生命财产安全才能得到保障。因此，运用科学、合理的方法的研究分析露天矿边坡稳定性显得极为重要，为保证矿山安全生产，提高经济效益，具有重要的意义。

1露天矿边坡稳定性主要影响因素

1.1  降雨量

岩土体的物理性质受水的影响变化大，而降雨是造成露天矿边坡产生滑移的主要因素之一，在降雨之后，雨水量达到一定程度后，矿石会因为受到雨水的冲刷，对边坡岩体产生动态水压，矿石之间的各种物质由于增加负荷加上水渗入内部软化也就会慢慢的变成松散，导致受力状态发生变化，当摩檫力逐渐减小时相应的滑动力也就因此不断地增加，边坡也就会更容易出现失稳滑动的现象。当矿区边坡已经产生了裂缝的，在遇到较大降雨量所产生的影响是较为严重的。因此应通过改善施工条件减少水对边坡的影响降低边坡灾害发生的概率。

1.2  露天矿开采技术条件

在露天矿开采的过程中，多采用的边坡角、台阶组合形式等开采技术条件都会对边坡稳定性产生不同程度的影响作用。并且工程生产过程中的安全保证措施、经济效益和边坡角的确定三者之前相互联系相互制约。所以露天边坡角的确定需要进行综合的分析，考虑到安全稳定性大的同时还要确保满足生产技术条件要求。按照边坡的构成要素合理准确的确定边坡角极大可能的避免滑坡的发生。

1.3  地质构造

地质构造主要从边坡的形态、产出状态与改变水文条件等方面影响边坡的稳定性，出现褶皱、断裂等地质构造时，会对岩层地质具有挤压、切割等作用0，当这些应力产生变化之后，会对原有的岩石产生机械破坏，所作用的部位矿石会发生破碎，裂隙更为发育，边坡失稳的可能性也就会增大。并且由于多期的构造运动作用，露天矿的矿石组合程度极其复杂。

2露天矿边坡稳定性主要分析方法

露天矿的边坡稳定性分析在边坡在露天开采过程中有着不可忽略的地位，是采矿工程的重要研究方向，近年来研究学者对边坡稳定性分析的研究内容也十分广泛。目前边坡稳定性研究领域，对边坡的研究不仅仅停留在边坡变形、滑动面稳定性、岩质边坡、不连续面等研究内容，还着重于边坡稳定性分析方法、边坡材料、水对边坡稳定性影响等等方面，可见适当引入渗流力学、材料力学、土力学以及数学模型分析方法才能够较好的对边坡稳定性进行研究。

目前边坡稳定性分析的研究方法主要可以分为两类：定性分析和定量分析，其中定量分析又分为确定性分析法和不确定性分析法0。

2.1定性分析法

2.1.1 历史成因法

历史成因法主要适用于天然土质边坡的稳定性分析，根据边坡发育地质环境、边坡发育历史中各种变形破坏迹象及其基本规律和稳定性影响因素的分析，追溯边坡历史演变过程，对边坡稳定性的总体状况做出评价和预测0。对边坡稳定性的总体状况、发展趋势和区域性特征做出评价和预测。该方法得出的结论只是初步的评价，需要调查大量资料，且具有较大的局限性和区域性在边坡稳定分析中多用于其他方法的辅助，一般适用于特定区域类的中小型边坡。

2.1.2工程类比法

工程类比法的实质是将已有边坡的研究设计经验，应用到新的边坡的稳定性分析研究中去。它的建立在前人研究的基础之上，通过全面分析、对比待研究边坡与已有边坡间可能存在的相似点和差别点，把已有边坡的稳定性状况及其影响因素等方面的经验应用到类似边坡的稳定性分析和设计中，从而分析和判断研究对象的稳定性状况、发展趋势和加固处理设计等，具有经验性和区域性，存在一定的局限性，应用时应充分对比分析两者之间影响边坡稳定性的各要素，该方法主要应用于工程地质条件复杂且缺乏详细资料的边坡稳定性分析。

2.1.3边坡稳定性图解法

图解法主要包括赤平投影法、诺模图法和摩擦圆法0。赤平极射投影法主要适用于岩质边坡的稳定性分析，利用赤平极射投影原理，制作边坡破坏边界和各个结构面的空间关系图，确定边坡整体形态和存在的危险滑动面的方向，从而评价边坡稳定性，摩擦圆法和诺模图法主要适用于土质边坡稳定性分析，利用一定的诺模图或者关系曲线来推断出边坡的安全系数或者通过安全系数反演其他参数。

2.2定量分析法

定量分析方法是采用土力学、岩体力学及理论力学的理论与方法，基于经典的数学物理方程与计算机技术求解稳定安全系数、计算滑坡结构体内的应力应变关系来分析边坡稳定性。

2.2.1极限平衡分析法

极限平衡法是根据摩尔库仑准则计算岩土体在自身和外界荷载作用下的边坡稳定性的一种方法。它的基本原理是根据静力平衡关系求解边坡安全系数及滑动时的破坏荷载、最危险滑动面，其力学模型简单直观、计算简洁0，并且很容易处理工程中各种复杂的土层剖面与外部荷载等问题，可以定量地对边坡进行稳定性分析，具有计算简单快捷、适用性强的优点，因而在工程中获得了广泛应用。

2.2.2数值分析法

随着现代计算机技术的飞速发展与计算分析软件的日益完善，使得数值分析方法应用越来越普遍用于边坡稳定性的分析。该方法弥补了传统方法的一些不足，可以整理分析非均质、非线性、复杂边界边坡的数据，最后通过计算机处理，得到有关岩土体应力之前的应变关系，与此同时还具有将边坡的开挖、支护及地下水渗流等破坏过程，进行模拟了解变形破坏原理使得结果更加准确，具有很强的适用性[9]。它的主要特点是前期数据准备量大，但能够很好的考虑介质的非线性、各向异性和受到其他外界因素影响下的性质变化，充分考虑了力的变形和作用，弥补了经典解析法在分析过程中存在的缺陷，但相对于极限平衡法来说更加算法更加复杂。随着现代科学技术的发展，特别是现代计算机技术的发展，数值分析方法现已成为解决边坡工程稳定性问题的有力工具，成为运用最多的分析方法。

2.2.3人工神经网络分析法（ANN）

人工神经网络是一种非线性力学系统，可以对现有的工程经验进行自我学习与联想记忆， 并将所有的边坡稳定分析和治理情况存储在神经元的阈值和神经元间的连接权值中， 对新的工程给出启发式的结果[10]。该方法具有高度的非线性表示能力和良好的自学习自联想记忆功能能力和强容错性，可充分考虑定性描述和人为因素，提高边坡稳定性预测率，具有较强的工程应用价值。

2.2.4模糊评价法

把模糊理论引入边坡稳定性分析中，对影响边坡稳定性的复杂因素采取隶属函数的方法来选取，该方法适用于边界不清的、多变量影响的边坡稳定分析，不足之处是隶属函数的确定和因素权重分配有很大的主观因素。

3结语与建议

露天矿边坡稳定性的影响因素众多，还有很多方面的研究有待深入和完善。随着科学技术的发展，边坡稳定性评价方法会日渐完善，已经有大量的研究成果，计算方法也逐渐趋于完善，会逐步在实际矿山开采过程中得到更好地运用和推广，与此同时基于工程地质条件和地質背景，基于岩石力学、土力学和工程地质学，多学科和多方法组合分析和研究露天矿边坡的稳定性将是露天矿未来发展的必然趋势。此外，提出以下建议，以期为之后的研究思路提供借鉴：

（1）在露天矿生产过程中，矿山开挖经常伴随有外界的动态扰动，譬如地震、车辆荷载、爆破荷载等因素，露天矿山使用的大型挖掘运输设备对矿区岩体边坡的裂隙还有一个加速破坏作用下一步需要在动力学方面对边坡进行深入的分析与研究。

（2）露天矿的采场边坡还存在塑性突变过程，在后续的研究中可充分勘察矿区岩体情况后考虑边坡塑性突变因素下的稳定性。

（3）边坡稳定性分析中大数据、信息化应用需进一步研究。主要目的解决与深化理论建模与大数据之间融合的技术问题在保证准确率的同时大幅度提升评价的效率。

参考文献

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作者简介：罗慧;女;（1993.06.21--）;壮族;广西百色市;硕士;武汉工程大学，研究方向：岩土工程