基于ANSYS 的露天礦坑巖質高邊坡穩定分析

張劍（遼寧有色勘察研究院，遼寧　沈陽　110013）

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基于ANSYS 的露天礦坑巖質高邊坡穩定分析

張劍
（遼寧有色勘察研究院，遼寧沈陽110013）

摘要：介紹了某露天礦坑巖質高邊坡的地形地貌及巖石特性，闡述了滑坡體的變形特征及原因，采用ANSYS有限元軟件對該巖質高邊坡進行了三維數值模擬，分析了邊坡的穩定性，對研究同地質條件邊坡的穩定性具有一定意義。

關鍵詞：巖質高邊坡，三維數值模擬，穩定性

0　引言

我國經濟的快速發展極大的刺激了自然資源的開發與利用，由此形成的人工開采邊坡給人們的生產生活帶來了重大安全隱患，對邊坡的治理勢在必行。由于開采邊坡的巖體性質、地下水、地質構造作用、人類采礦活動等原因誘發的邊坡失穩所造成的地質災害，嚴重危及周邊環境安全，甚至導致人員傷亡及巨大的經濟損失；且這種危險性貫穿于露天礦的開采，甚至在閉坑后尤為突出。所以，在露天礦開采及閉坑之后都對露天礦坑巖質高邊坡進行穩定性評價，從而避免災害的發生顯得尤為必要。

本文基于ANSYS軟件對某露天礦坑巖質高邊坡進行了三維數值模擬，通過分析確定某露天礦坑巖質高邊坡的基本穩定性，為此邊坡的后續治理提供了依據，同時對同地質條件下露天礦坑巖質高邊坡的穩定性分析提供參考。

1　邊坡概況

此露天礦坑巖質高邊坡局部高度達280 m以上，目前是一個由臺階組成的，坡角25°～39°的露天開采邊坡。此露天礦坑巖質高邊坡滑坡危險性大。該區地層可分成三個工程地質巖組，即：1）砂質頁巖—砂巖—夾薄煤層（或炭質頁巖）巖組；2）煤層—粗砂巖—礫巖互層巖組；3）斷層破碎帶巖組。

1972年以來，據不完全統計，此礦坑總共發生滑坡90次，現有不穩定區面積400萬m2，局部滑坡隨時可能發生。

2　滑坡體主要變形特征

此露天礦坑巖質高邊坡巖體具有典型的沉積巖系邊坡特點，巖層傾向與邊坡傾向一致，即為順傾的層狀巖體。構成露天礦坑巖質高邊坡的主要巖層為：砂質頁巖、砂巖、頁巖、薄煤層及炭質頁巖，邊坡傾角與巖體傾角基本一致，邊坡巖體內賦存若干個與邊坡傾向一致的弱層，弱層的主要成分為頁巖及炭質頁巖。

3　模型建立及參數選取

3.1數值模型建立

根據此邊坡的變形破壞機制，其巖體在空間上分布具有較顯著的不均一性。基于ANSYS軟件，建立三維數值模型模擬邊坡的穩定特征，更符合實際情況。模型尺寸：高度350 m；寬度為500 m；長度為500 m。巖體單元取為八節點六面體等參實體元，采用理想彈塑性本構模型及Drucker—Prager屈服準則。具體劃分情況如圖1所示。

3.2數值模型參數選取

根據巖土工程勘察報告以及相關設計規范等資料，選取計算參數如表1所示。

圖1　三維模型網格圖

表1　巖土物理力學參數表

4　基于ANSYS的三維數值模擬

由圖2和圖3可知，利用ANSYS三維數值模擬分析的計算結果表明，變形最大主要集中在標高0 m～150 m區域，現狀此巖質高邊坡坡腳位移大，不能保證安全要求，須進行治理。

圖2　X方向位移云圖

圖3　Y方向位移云圖

5　結論及展望

5.1結論

由于開采礦坑巖質高邊坡巖體在空間上分布具有較顯著的不均一性，采用三維模型來模擬邊坡的變形特征，更符合實際情況。

有限元軟件ANSYS考慮了巖體的應力—應變關系，求出每一單元的應力與變形，反映了巖體真實狀態。

三維數值模擬分析的計算結果圖形顯示清楚，物理意義明確，對邊坡支護具有指導意義，本次結果表明，現狀邊坡坡腳位移大，難以保證要求，須進行治理。

5.2展望

由于現狀邊坡坡腳位移大，建議該邊坡進行削坡和回填相結合的治理方法。

本文采用的是靜態的穩定性分析，而實際工程中，常常會涉及到動態的穩定問題，所以需要進一步深入分析研究動態方面的穩定性。

參考文獻：

［1］劉玲，趙中夏，程智.巖質高邊坡預應力錨固的幾個問題［J］.交通科技與經濟，2004（3）：4-5.

［2］鄭穎人.巖質邊坡破壞機制有限元數值模擬分析［J］.巖石力學與工程學報，2003，22（12）：1943-1952.

［3］涂兵雄，劉春曉，李紅燕.邊坡穩定分析方法討論［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

中圖分類號：TU413.62

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）06-0072-02

收稿日期：2015-12-15

作者簡介：張劍（1984-），男，工程師