基于ANSYS 的露天矿坑岩质高边坡稳定分析

张剑（辽宁有色勘察研究院，辽宁　沈阳　110013）



基于ANSYS 的露天矿坑岩质高边坡稳定分析

张剑
（辽宁有色勘察研究院，辽宁沈阳110013）

摘要：介绍了某露天矿坑岩质高边坡的地形地貌及岩石特性，阐述了滑坡体的变形特征及原因，采用ANSYS有限元软件对该岩质高边坡进行了三维数值模拟，分析了边坡的稳定性，对研究同地质条件边坡的稳定性具有一定意义。

关键词：岩质高边坡，三维数值模拟，稳定性

0　引言

我国经济的快速发展极大的刺激了自然资源的开发与利用，由此形成的人工开采边坡给人们的生产生活带来了重大安全隐患，对边坡的治理势在必行。由于开采边坡的岩体性质、地下水、地质构造作用、人类采矿活动等原因诱发的边坡失稳所造成的地质灾害，严重危及周边环境安全，甚至导致人员伤亡及巨大的经济损失；且这种危险性贯穿于露天矿的开采，甚至在闭坑后尤为突出。所以，在露天矿开采及闭坑之后都对露天矿坑岩质高边坡进行稳定性评价，从而避免灾害的发生显得尤为必要。

本文基于ANSYS软件对某露天矿坑岩质高边坡进行了三维数值模拟，通过分析确定某露天矿坑岩质高边坡的基本稳定性，为此边坡的后续治理提供了依据，同时对同地质条件下露天矿坑岩质高边坡的稳定性分析提供参考。

1　边坡概况

此露天矿坑岩质高边坡局部高度达280 m以上，目前是一个由台阶组成的，坡角25°～39°的露天开采边坡。此露天矿坑岩质高边坡滑坡危险性大。该区地层可分成三个工程地质岩组，即：1）砂质页岩—砂岩—夹薄煤层（或炭质页岩）岩组；2）煤层—粗砂岩—砾岩互层岩组；3）断层破碎带岩组。

1972年以来，据不完全统计，此矿坑总共发生滑坡90次，现有不稳定区面积400万m2，局部滑坡随时可能发生。

2　滑坡体主要变形特征

此露天矿坑岩质高边坡岩体具有典型的沉积岩系边坡特点，岩层倾向与边坡倾向一致，即为顺倾的层状岩体。构成露天矿坑岩质高边坡的主要岩层为：砂质页岩、砂岩、页岩、薄煤层及炭质页岩，边坡倾角与岩体倾角基本一致，边坡岩体内赋存若干个与边坡倾向一致的弱层，弱层的主要成分为页岩及炭质页岩。

3　模型建立及参数选取

3.1数值模型建立

根据此边坡的变形破坏机制，其岩体在空间上分布具有较显著的不均一性。基于ANSYS软件，建立三维数值模型模拟边坡的稳定特征，更符合实际情况。模型尺寸：高度350 m；宽度为500 m；长度为500 m。岩体单元取为八节点六面体等参实体元，采用理想弹塑性本构模型及Drucker—Prager屈服准则。具体划分情况如图1所示。

3.2数值模型参数选取

根据岩土工程勘察报告以及相关设计规范等资料，选取计算参数如表1所示。

图1　三维模型网格图

表1　岩土物理力学参数表

4　基于ANSYS的三维数值模拟

由图2和图3可知，利用ANSYS三维数值模拟分析的计算结果表明，变形最大主要集中在标高0 m～150 m区域，现状此岩质高边坡坡脚位移大，不能保证安全要求，须进行治理。

图2　X方向位移云图

图3　Y方向位移云图

5　结论及展望

5.1结论

由于开采矿坑岩质高边坡岩体在空间上分布具有较显著的不均一性，采用三维模型来模拟边坡的变形特征，更符合实际情况。

有限元软件ANSYS考虑了岩体的应力—应变关系，求出每一单元的应力与变形，反映了岩体真实状态。

三维数值模拟分析的计算结果图形显示清楚，物理意义明确，对边坡支护具有指导意义，本次结果表明，现状边坡坡脚位移大，难以保证要求，须进行治理。

5.2展望

由于现状边坡坡脚位移大，建议该边坡进行削坡和回填相结合的治理方法。

本文采用的是静态的稳定性分析，而实际工程中，常常会涉及到动态的稳定问题，所以需要进一步深入分析研究动态方面的稳定性。

参考文献：

［1］刘玲，赵中夏，程智.岩质高边坡预应力锚固的几个问题［J］.交通科技与经济，2004（3）：4-5.

［2］郑颖人.岩质边坡破坏机制有限元数值模拟分析［J］.岩石力学与工程学报，2003，22（12）：1943-1952.

［3］涂兵雄，刘春晓，李红燕.边坡稳定分析方法讨论［J］.山西建筑，2008，34（1）：92-93.

The stability analysis on open-air mine rock high slope based on ANSYS

Zhang Jian
（Liaoning Non-ferrous Exploration Institute，Shenyang 110013，China）

Abstract：This paper introduced the topography and rock characteristics of a open-air mine rock high slope，elaborated the deformation characteristics and reasons of landslide，using ANSYS finite element software made three-dimensional numerical simulation to the rock high slope，analyzed the slope stability，had great significance to research the geological conditions of slope stability.

Key words：rock high slope，three-dimensional numerical simulation，stability

中图分类号：TU413.62

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）06-0072-02

收稿日期：2015-12-15

作者简介：张剑（1984-），男，工程师