基于岩土工程研究的露天铜矿边坡稳定性分析

2019-09-26李承杰

世界有色金属 2019年15期

廖勋，刘评，周菲，李承杰

（西部矿业股份有限公司，青海西宁 810011）

1 岩质边坡破坏的主要特征

通常来说，岩质边坡出现破坏失稳的情况属于一种复杂性较高的地质灾害过程。因为边坡内部在结构上的复杂性，且构成边坡岩石物质的区别，导致边坡破坏的模式具有较大差别，实际表现为破坏面的不同，因此要采用对应的分析方法与计算公式对其稳定状态进行合理分析。“岩体结构控制论”表明：岩体具有其结构，变形与破坏主要控制因素是岩体结构。岩体出现变形，首先是在结构上的改变，其次才是材料上的改变；大多数情况下，岩体破坏都是由于结构失稳。露天铜矿的岩土边坡的临空面与其它岩体工程相比要更大，所以其稳定性更加依赖于坡体当中结构面具备的几何状态、分布以及组合形式，会直接影响到岩质边坡所出现变形破坏的位置、方式和具体运动轨迹。

岩质边坡的破坏具有非常高的复杂程度，其中可能包含一些简单的破坏形式，不过大多数情况是多种破坏形式的交织与融合，导致其模式显得十分复杂。近些年，很多学者针对边坡变形破坏的形式、发生以及发展，就多个角度与观点展开了研究，提出各类边坡破坏相应的分类标准与破坏类型，为边坡稳定性研究的深化形成良好的促进作用。岩质边坡一般是由完整岩块与结构面所构成较为复杂的介质体，而作为重要结构面的节理，可以分成断续节理和贯通节理，节理类型及其空间分布对于岩质边坡的稳定性具有十分突出的影响。对于断续节理的岩质边坡，破坏特性通常较为明显的受坡体中岩桥特征的控制。

2 露天铜矿边坡稳定性研究方法

对边坡稳定性的分析是判定边坡是否能够处在稳定状态，需要对其作加固处理与否，避免出现损坏的重要依据。目前，针对边坡稳定性进行分析的方法主要可以归纳为两大类：①定性分析法：利用工程地质勘察，针对有可能对边坡稳定性形成影响的主要因素、力学机制以及破坏形式等作出分析，针对已经出现形变地质体的成因和演化史加以判定与剖析，继而得出边坡稳定性的评价及其后续的发展趋势；②定量分析法：属于一种半定量性方法，其评价结果可以通过具体的数值展示，不过最终结论却主要依靠人员的判断。此外，目前所有的定量计算方式都要以定性为基础，结合破坏模式或者工程地质模型来构建数学模型，通过相应评价获得具体结果。

随着各种应用技术和设备的发展，对边坡稳定性的分析方法逐渐完善，已经呈现出由定性分析朝定量或半定量分析发展的趋势。对露天铜矿边坡来说，由于开挖过程所应用的方式和开采工艺具有较强的多样性、复杂性，加之施工现场地质结构具有一定不连续性，边界条件较为复杂，各种影响因素的叠加导致对边坡稳定性的分析很难利用常规解析方法实现求解与预测。相对来说，数值法则呈现出了更好的适用性，不仅能够实现对岩土体复杂力学和结构特性的模拟，还能为各种边值问题与施工过程提供便利，实现对边坡稳定性的有效判定。目前在工程实践中较为常用的数值分析法包括：以连续介质力学理论为基础的有限元法、有限差分法、边界元法以及加权余量法等；以非连续介质力学理论为基础的刚体元法、离散元法等；融合两种理论的流形元法。

3 岩土工程学改进算法

3.1 距离幂次比例算法

距离幂次反比例属于估算算法的一种，是在地质统计学中开展高度标记估算的重要方法。其计算公式为：

其中G表示地表高度值；λi表示样本中已知的权系数；gi表示样本高度值。

依据地质统计学原则，首先需要构建起标高数值模型，高度数值等各类数学都能够结合距离幂次反比例算法获得，此种算法最为重要的特点是可以针对突变性地质地貌形成数据跟踪，及时将改变的数值更改，所以具有较强的时效性，所获得数据也具备良好的真实性。只要将幂次k值设置为3，便可满足各样本点的采集需求，不管数据采集点多少都能够实现稳定计算。

3.2 折减系数赋值

在对不同地质地貌条件进行分类之后，针对边坡稳定性的分析则要结合强度折减法，该种方法和数值模拟之间的有效结合，能够有效完成对边坡岩土层各数值的计算，获得较为稳定的模拟数值，对边坡最小稳定性数值进行计算的公式为：c1=c/F1和φ1=arctan(tan φ/F1)，对所得数据的分析和处理能够实现对土体中强度标准的有效调整。F1为折减系数，当折减系数增长的过程中，直到整个模拟建模被破坏，便能获得一个临界值，这一数值便是安全范围之内的折减系数数值。以上所提及的算法，在具体开始计算以前，需要将露天矿分成多个特征不同的区。而在划分区域性质时需要充分考量其内部演示结构特征与组成，准确计算岩石质量差异，同时还应分析边坡角对矿区稳定性所形成的影响。

4 露天铜矿边坡处置方案原则

对露天铜矿边坡滑坡防治的主要原则包括：安全、经济和高效。在对不同露天矿边坡特有的工程特性、结构特征以及重要程度等相关因素形成全面考量之后，要具有针对性的社会治理措施与方案。具体应该关注以下几个方面的问题：①开展施工现场调研活动，明确现场水文及地质条件；②对治理措施的选择需要尽可能遵守施工过程简单合理、高效经济以及工程量合理等原则，获得更高的性价比；③结合露天矿所在区域范围内岩体地质结构特征，对边坡开挖方式形成合理设置；④针对还未出现滑塌事故的露天矿边坡，需要考察与分析有可能导致滑塌灾害发生的因素，采取必要措施将其发生的可能性降至最低；⑤针对已发生灾害的边坡，需要采取锚杆、锚索、挡墙等措施进行加固，在最大程度上降低滑体的下滑力。如果无法完成加固，需要对滑体作足够彻底的清理；⑥依据露天矿边坡安全等级选择经济而高效的治理措施；⑦降雨和地下水对露天矿边坡稳定性会形成较大影响，因此需要对排水工程进行合理配置，融合其他防治措施，促进边坡稳定程度的提升。