降雨入渗条件下矿坑边坡稳定性分析

高 洁

(湖南建筑高级技工学校， 湖南 长沙 410000)

矿坑众多的形成主要由于我国经济发展的不断推进，需求的矿产资源也逐步变大而造成采矿留下的。矿坑边坡在工程地质的复杂条件下，多面的软弱结构，多个岩层被跨越，是属于高陡边坡。边坡会在降雨情况下引起失衡、破坏，这是降低了边坡的岩层而导致的，分析以及确定渗透张量是目前最为关键的事情。

1 降雨入渗的矿坑边坡稳定性分析的必要性

我们需要知道降雨会带给矿坑边坡有什么影响。饱和土体变为非饱和土体的过程是受到降雨入渗渗条件的影响，土体的表层受到降雨入渗后增加了表层的饱和度，降雨的雨水随着沿坡的较短位置慢慢地往下渗入到达不透水的层面，这样就可以聚集了雨水在这个部位，但是此位置会慢慢增高饱和度形成浸润线，浸润线会伴随这不断渗入的雨水移动或者上升。矿坑内的土体从非饱和状态到饱和的原因是水分的增加，浸润线作为界线的内部主要是发生水分增加的区域；矿坑边如果发生失稳的情况，追其原因就是孔隙水压力的上升、土体的重量变重。实验表明，粘聚力的降低会导致强度的变化，具体表现在增加了水分使得土体饱和，这样可以对土的粘聚力降低到干燥时候的十分之一；抗剪强度会根据变大的含水量来减小，而饱和土相对于非饱和土的抗剪强度一般要小。所以，造成边坡失去稳定性的主要原因就是降雨造成非饱和区土体抗剪强度的下降。

降雨的类型、矿坑边坡的类型、土地渗透性的影响等因素都会影响矿坑边坡的稳定性。变化小的降雨强度其安全系数不高，边坡安全系数会随着降雨强度的增大而降低。当降雨持续的时间和强度一样的时候，渗透系数的增加会使得暴雨安全系数变得明显减小；同理可得，较长的降雨持续时间，强度也随着降低，渗透系数也变小，安全系数反到越低。

2 利用软件计算渗透张量以分析矿坑边坡于降雨条件下的稳定性

第一，降雨条件下矿坑边坡的稳定性已经被国内外学者做了许多研究工作，我们可以通过利用MATLAB软件来编制渗透张量的计算程序，以等效连续的介质模型为基础，利用这种程序来对裂隙岩体的渗透张量进行计算，对降雨入渗条件下对矿坑边坡稳定性进行分析。

裂隙岩体的渗流计算的时候，有三种模型可以选择：离散型裂隙网络模型、等效连续介质模型、双重介质模型等。分析裂隙岩体的渗流的时候利用等效连续介质的模型来分析是有比较多的经验可以借鉴，实际的土矿工程的问题解决都会利用等效连续介质的模型，因为其对准确的位置不太敏感且指导裂隙相关的集合统计信息就可以准确计算了。裂隙网络均匀的分布和岩石中的孔隙介质都是可以利用等效连续介质的模型来对整个区域进行分析的，然后再通过渗透张量对岩体的渗透性能进行描述；另外，可以将有裂隙的岩体利用宏观的角度堪称等效的连续介质，不过前提要等到岩体的裂隙节理的结构得到充分发育才可以。

某矿坑边坡的具体工程以及土质如下描述，残积粉质的粘土和人工填土作为坡顶的覆盖层，边坡由断层来贯通，其中许多的碎石、方解石、次生黄泥、砂黏土和灰岩块石以及次生黄泥等在带中；灰岩层第二部分，属于完整且坚硬的埋在土层里面较深的微风化岩体，受到降雨的影响很小；岩石的渗透系数被利用故而可以采用连续介质模型来分析；而边坡岩体灰岩属于第三层，虽然为较破碎的岩体但是是节理发育完好的岩体，所以其被看作为典型的利用渗透张量程序来计算的裂隙结构。

第二，利用模型进行计算之后的结果分析。利用有限元程序对降雨入渗条件的边坡稳定性变化规律的分析，主要是由以下几点需要分析：安全系数、矿坑边坡在降雨之中的特征点位移、预应力锚索轴力变化规律这三点。

矿坑边坡的安全系数受到降雨的影响，利用强度折减法来对边坡进行安全系数的计算，从MATLAB软件来获得的图形中知道矿坑在没有降雨时候，未加固的安全系数相比加固的安全系数来说增加的幅度达到 50%；而安全系数的变化规律在加固前后基本持平，都是以降雨的强度和时间增加而变小的，最小安全系数在加固之后达到 1.78，而加固之前是 1.02。降雨的强度增长之后其强度也会变大，但是安全系数会慢慢地变低，知识降低的幅度变化得比较平缓而已。降雨情况的不同对矿坑边坡位移以及安全系数来对比，都会发现两者的变化和不一样的工况中的变化幅度都是相同的；所以，安全系数的变化可以通过边坡的位移情况不同来反映。

对不同工况下的位移点进行提取，从而获取了位移特征点图，通过图形我们可以知道特征点的位移和降雨变化之间的关系，以及没有对矿坑边坡加固时候，位移值是每个特征点越靠近坡脚时候越大；对矿坑边坡加固之后，增加了降雨时间导致位移的不断增大，只是这个位移变化的幅度不是很大且没有靠近边坡脚时候位移越大时候的趋势；对于前者没有加固处理的情况中出现比较大的位移的时候，是预应力锚索加固边坡的一种 ，对待矿坑边坡稳定性进行缓解起到非常明显的作用。

降雨入渗情况下对锚索轴力的变化规律说明，矿坑边坡稳定性主要得益于支护结构的作用。加固结构中虽然能够对矿坑边坡起到稳定的作用，但是也有不同研究者对其自身受力过大而产生破坏的问题进行研究，这是非常重要的问题；如果想要指导支护结构是否会存在破坏的用，就必须要知道结构内力的分布规律才行。我们需要对每个不同工况中的锚索轴力分布进行提取，为的是在降雨之后的锚索结构内部力的规律给展示出来。由一系列的图示以及数据表明，矿坑边坡的位移处在最大数值时候也会出现在边坡的底层，所以我们可以参考在降雨的时候边坑的边坡坡脚位置是最为重点需要加固之处；另外，需要注意的是处在坡脚附近位置的锚索轴力需要被重点监测，这是为了防止过大锚索轴力的发生而出现被破坏的情况。

3 结语

本文通过降雨入渗条件下对矿坑边稳定性进行分析，主要阐述了稳定性分析的必要性，以及利用软件来对出现不稳定情况的分析以及数据解读。矿坑边坡会根据降雨的持续时间以及强度的增加，导致边坡的位移逐渐增加，但是安全系数会变得下降。从数据分析得到降雨后的矿坑边坡如果没有进行加固的工程，矿坑下部就会出现最大位移，而依次排列的是上部位移最小，中部次之的顺序。明白了这样的情况之后，我们可以顺利地对矿坑边坡进行稳定性的施工，最大化保证安全性。

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