露天矿含断层岩质边坡变形破坏机理研究

梅开品，武尚荣

(1.云南磷化集团海口磷业有限公司，云南 昆明 650051；2.昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051)

关键字：露天边坡；断层；失稳；滑坡

0 引 言

我国的露天矿山边坡普遍存在断层破碎带，这严重影响了露天矿的边坡稳定性，由于矿山的矿体的储存位置是固定的，露天矿的开采就难以避免这些富存于矿体附近的断层破碎带，这也导致很多的矿山边坡受断层的控制影响，从而发生滑坡等地质灾害，对矿山的安全高效开采影响巨大。所以，研究断层控制作用下露天矿边坡变形破坏的机理是十分具有工程意义的。利用FLAC3D数值模拟软件可以有效地分析含断层露天矿边坡在开采条件下的变形破坏情况。

1 模型的建立及参数的选取

1.1 边坡模型的尺寸确定

为了研究含断层露天矿边坡在开采条件下的变形破坏情况，我们通过建立模型分析计算不同开采步骤下的边坡的位移场和应力场。合理的模型设计可以提高计算结果的精确性，因此设计数值计算模型尺寸为650 m×80 m×350 m，每次开挖的台阶高度均为25 m，分5个步骤依次向下进行开挖，最终开采高度为125 m，即边坡高度达到100 m，见图1。模型的约束条件为顶面以及自然坡面为自由面，模型的侧面以及底面为约束面。根据模型的尺寸图建立数值模拟模型，见图2。

1.2 参数的选取

该文选取的岩石力学参数见表1。

表1 岩石力学参数表

2 断层对边坡不同开挖步骤下的影响

2.1 断层对不同开挖步骤下边坡x方向位移分析

为了分析断层对开采边坡的影响，同时计算1组没有断层的模型进行对比分析，按照设计好的开挖步骤进行开挖模拟，可以得出各个开挖步骤下x方向的位移图，见图3～5。

通过图6可见，在前3次开挖步骤下有无断层情况下x方向的位移差值较小，断层对边坡x方向的位移影响较小，第四步骤开挖开始有断层的边坡x方向位移量增加较大，明显要大于没有断层边坡x方向的位移。

2.2 断层对不同开挖步骤下边坡z方向位移分析

按照设计好的开挖步骤进行开挖模拟，可以得出各个开挖步骤下z方向的位移图，见图7～9。

从图10可见，在前3次开挖步骤下有无断层情况下z方向的位移差值不大，断层对边坡z方向的位移影响较小，第四步骤开挖开始有断层的边坡z方向位移量急剧增加，明显要大于没有断层边坡z方向的位移。

综上所述，我们得出当边坡开采至一定高度后，断层开始对边坡的位移量产生巨大的影响，这种影响很容易导致边坡发生失稳，从而产生滑坡。

3 有无断层的应力场对比分析

通过模拟计算，得出有无断层在不同开挖步骤下开采后的剪应力云图，以下列出了最终5步骤开采后的剪应力云图，见图11。

由图11可见，有断层的边坡模型剪应力集中于边坡面的内侧，断层面与边坡的滑移面是重合的。而没有断层的边坡模型剪应力比较分散。这表明断层对边坡不稳定起到直接控制影响，断层的位置将会控制整个边坡的滑移面以及滑移区域。

4 结 语

通过建立模型分析计算不同开采步骤下的边坡的位移场和应力场，研究含断层露天矿边坡在开采条件下的变形破坏情况，结果表明当边坡开采至一定高度后，断层开始对边坡的位移量产生巨大的影响，这种影响很容易导致边坡发生失稳，从而产生滑坡。断层对边坡不稳定起到直接控制影响，断层的位置将会控制整个边坡的滑移面以及滑移区域。