陸曉東 鄭祿璟

摘要：針對貴州某露天礦已失穩(wěn)邊坡，制定出切實(shí)可行的綜合治理方案，采用Slide軟件進(jìn)行建模、數(shù)值模擬，得出失穩(wěn)邊坡修復(fù)后邊坡的安全系數(shù)均大于礦山安全系數(shù)界限值F=1.30，邊坡穩(wěn)定狀態(tài)為穩(wěn)定，驗(yàn)證了綜合治理方案的可行性，確保了礦山安全生產(chǎn)，為其他類似邊坡治理提供工程實(shí)踐及技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：邊坡穩(wěn)定性;綜合治理;數(shù)值模擬

中圖分類號：TP391? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）35-0073-03

1 工程背景

我國是一個(gè)地質(zhì)災(zāi)害比較嚴(yán)重的國家，根據(jù)中華人民共和國國土資源部2017年4月公布的《中國國土資源公報(bào)（2016年度）》，共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害9710起，造成370人死亡、35人失蹤、209人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失31.7億元。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量、造成死亡失蹤人數(shù)和直接經(jīng)濟(jì)損失同比分別增長18.1%、41.1%和27.4%。2012-2016年地質(zhì)災(zāi)害造成的死亡失蹤人數(shù)和直接經(jīng)濟(jì)損失情況見圖1。

隨著大量的人工高陡邊坡越來越多，邊坡失穩(wěn)破壞事故接踵而來 [1]，造成大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，故邊坡的治理工作就顯得尤為重要，因此，研究邊坡穩(wěn)定性就成為巖石力學(xué)研究的熱門課題，具有重大的社會價(jià)值和科技價(jià)值。

本文以貴州某露天礦邊坡滑坡為典型例子，制定了該滑坡的綜合治理修復(fù)方案，運(yùn)用Slide軟件建立了失穩(wěn)邊坡綜合治理修復(fù)方案的數(shù)值模型并進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值模擬，對失穩(wěn)邊坡綜合治理修復(fù)方案進(jìn)行驗(yàn)證及評價(jià)。

2 工程概況

2012年8月8日，貴州某露天礦西部主運(yùn)礦道路邊坡發(fā)生旋轉(zhuǎn)剪切型破壞，導(dǎo)致邊坡大面積滑坡，滑坡體面積約650m2，體積約5000m3，垂高35m（+560m～+525m）。此次邊坡破壞滑坡導(dǎo)致礦山西部運(yùn)礦道路中斷，礦山生產(chǎn)中止，如圖2所示?；露卧吰屡_階高度為20m，安全平臺寬8m，臺階坡面角54°。

3 基于Slide的邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 Slide軟件簡介

Slide軟件是加拿大Rocscience公司開發(fā)的一款用于分析邊坡穩(wěn)定性的軟件，該軟件基于垂直條塊極限平衡法理論，分析方法包括畢肖普法（Bishop）、簡布法（Janbu）、瑞典條分法（Fellenius）和Spencer等，可計(jì)算巖質(zhì)、土質(zhì)二維邊坡穩(wěn)定[2]。通過分析每個(gè)可能的圓弧滑面并給出每個(gè)滑面的安全系數(shù)，同時(shí)可以搜索給定邊坡的最危險(xiǎn)滑面。

3.2 巖石力學(xué)參數(shù)選取

本文旨在通過計(jì)算機(jī)模擬，選擇最佳的治理礦山西部邊坡旋轉(zhuǎn)剪切型滑坡區(qū)域，修復(fù)礦山邊坡道路的綜合治理修復(fù)方案。在Slide軟件邊坡穩(wěn)定性計(jì)算中，需要容重、黏聚力及內(nèi)摩擦角等參數(shù)，而這些參數(shù)可以通過貴州某露天礦巖土樣室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)得出，并參照類似巖體的其他礦山參數(shù)取值。參數(shù)的選擇對計(jì)算結(jié)果有重大影響，在模擬過程中，潛在滑動(dòng)面對其穩(wěn)定性較大，由于在該實(shí)例中已出現(xiàn)了滑動(dòng)面，即回填料與原巖之間的接觸面[3]。為了簡化模擬計(jì)算，在巖性定義中已考慮該部分。

3.2.1 試件取樣

1） 滑坡體基巖樣本取樣

在礦山西部邊坡旋轉(zhuǎn)剪切型滑坡區(qū)取樣時(shí)，應(yīng)該選擇爆破影響不同區(qū)域內(nèi)取樣（推斷爆破對邊坡的影響分為三個(gè)區(qū)域，D1區(qū)約距離邊坡表面20m，D2約60m，D3為大于60m的區(qū)域），即在D1、D2、D3三個(gè)區(qū)域各取一組樣本，每組3個(gè)試件;

2） 填充層樣本取樣

分別選用20%、10%、5%毛石混凝土制作三組樣本試件，每組3個(gè)試件，樣本制作參照《普通混凝土拌和物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50080-2002 要求制作。

3.2.2 試件取值

根據(jù)在礦山西部邊坡旋轉(zhuǎn)剪切型滑坡區(qū)域所取的三組巖石樣本試件和礦山分別用20%、10%、5%毛石混凝土制作的三組樣本試件，一共得到樣本試件六組，共18個(gè)試件，通過貴州某露天礦巖土樣室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)并參照類似巖體的其他礦山參數(shù)，得到確定用于穩(wěn)定性分析計(jì)算的物質(zhì)巖體的力學(xué)參數(shù)如表1。

根據(jù)邊坡巖土體物理參數(shù)、邊坡幾何參數(shù)及邊坡綜合治理修復(fù)方案建立穩(wěn)定性計(jì)算模型，由于上方為運(yùn)礦路，根據(jù)卡車核定載重，在模型中增加660KN/㎡的荷載。

由于露天礦山爆破對邊坡會有一定的影響，爆破影響區(qū)域的厚度T決定于破參數(shù)設(shè)計(jì)。HoekandKarzulovic（2000）認(rèn)為根據(jù)生產(chǎn)爆破可大致估計(jì)爆破影響區(qū)域的范圍（T為影響深度，根據(jù)錦豐采用的爆破方式，確定T=0.5～1.0H，該處邊坡臺階高度為20m，考慮此邊坡的重要性，選擇上限值為T=20m。由此推斷爆破對邊坡的影響分為三個(gè)區(qū)域，D1區(qū)約距離邊坡表面20m，D2約40m，D3為大于60m的區(qū)域。分別根據(jù)不同的爆破影響程度，確定黏聚力和內(nèi)摩擦角的大小。

3.3 軟件建模

礦山對西部旋轉(zhuǎn)剪切型滑坡區(qū)采用錨網(wǎng)噴+錨索支護(hù)、抗滑樁、重力式擋土墻聯(lián)合加固（支護(hù)）措施，以及打設(shè)泄水泄壓孔、用含不同水泥摻量的毛石混凝土回填邊坡滑坡區(qū)域等措施對邊坡進(jìn)行綜合治理，并恢復(fù)礦山西部主運(yùn)礦道路運(yùn)輸。根據(jù)巖土力學(xué)參數(shù)，在Slide軟件中建立數(shù)值模型，如圖3所示。

3.4 數(shù)值模擬

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330-2013和澳洲使用的安全系數(shù)為依據(jù)綜合判定，貴州某露天礦邊坡等級定為二級邊坡，且屬于永久性邊坡，故將貴州某露天礦邊坡安全系數(shù)界限值取為：1.30，即邊坡數(shù)值模擬安全系數(shù)大于或等于1.30時(shí)，說明該處邊坡處于安全穩(wěn)定狀態(tài)，否則，邊坡不穩(wěn)定。

該模擬采用畢肖普法（Bishop）、簡布法（Janbu）、瑞典條分法（Fellenius）和Spencer法進(jìn)行對比分析，模擬結(jié)果如圖4、圖5、圖6、圖7。

根據(jù)不同分析方法得出的安全系數(shù)可以看出，安全系數(shù)均大于設(shè)計(jì)要求的1.30，邊坡穩(wěn)定狀態(tài)為穩(wěn)定，說明礦山西部邊坡旋轉(zhuǎn)剪切型滑坡區(qū)綜合治理修復(fù)方案是合理可行的。

4 邊坡綜合治理方案

4.1 滑坡體后方深部邊坡基巖加固

清理滑坡區(qū)碎石、浮土后，對滑坡體后方基巖進(jìn)行錨網(wǎng)噴支護(hù)（錨桿+掛鋼筋網(wǎng)+噴漿）、長錨索支護(hù)、抗滑樁、重力式擋墻聯(lián)合支護(hù)，同時(shí)打設(shè)仰斜排水孔，加大泄壓泄水孔等疏水措施，以改變基巖結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，加大基巖穩(wěn)定性系數(shù)。詳見圖8。

4.2 回填滑坡區(qū)

邊坡支護(hù)后對滑坡區(qū)進(jìn)行回填，本文工程需對滑坡區(qū)域+560m～+525m標(biāo)高段邊坡進(jìn)行回填，并修復(fù)主運(yùn)礦道路?；靥畈牧喜捎妹炷粒卜秩齻€(gè)階段進(jìn)行分層回填（第一階段用水泥含量20%的毛石混凝土，砂石粒徑為30～40cm;第二階段用水泥含量10%的毛石混凝土，粒徑為20～40cm，第三階段用水泥含量5%的毛石混凝土，粒徑為20～40cm）進(jìn)，每層厚1～1.5m，每層用壓路機(jī)對混凝土進(jìn)行壓實(shí)，逐層回填，直至+560m水平礦山主運(yùn)礦道路。詳見圖8。

4.3 擋土墻支護(hù)

本文工程設(shè)計(jì)在+525m標(biāo)高臺階構(gòu)筑重力式擋土墻。擋土墻規(guī)格：上寬1m，下寬1.5m，高4m，0.5m埋入基巖，采用M15漿砌片石分層澆筑，總長近60m，每隔15m設(shè)置一條伸縮縫，縫寬20mm。為了加強(qiáng)擋土墻的強(qiáng)度，提前在擋土墻基角地基上加筑一排抗滑樁?？够瑯兑?guī)格為：孔深4m，孔徑115mm，間距2m;選用長為6m的10#工字鋼，安裝后4m埋于基巖下，2m澆筑在擋土墻內(nèi)。詳見圖8。

5 結(jié)束語

通過運(yùn)用Slide軟件進(jìn)行建模、數(shù)值模擬，分別采用畢肖普法、簡布法、瑞典條分法和Spencer法等分析方法，得出失穩(wěn)邊坡修復(fù)后邊坡的安全系數(shù)均大于礦山安全系數(shù)界限值，邊坡穩(wěn)定狀態(tài)為穩(wěn)定，驗(yàn)證并修正邊坡綜合治理方案，確保了邊坡的穩(wěn)定性，為礦山的安全生產(chǎn)提供了保障，并為類似邊坡治理提供工程實(shí)踐及技術(shù)參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃潤秋.中國西部巖石高邊坡應(yīng)力場特征及其卸荷破裂機(jī)理[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2004，12（s1）：7-13.

[2] 倪彬，張偉，劉曉明.基于Slide的露天采場邊坡穩(wěn)定性分析[J].中國礦山工程，2013，42（6）：28-31.

[3] 賈住平，鄭祿璟，鄭祿林.露天邊坡大型滑坡穩(wěn)定性分析與治理方案[J].金屬礦山，2014（5）.

[通聯(lián)編輯：張薇]