順傾軟巖邊坡弱層抗剪強度參數反演及應用

周東琦

摘 要：針對霍林河南露天煤礦觀禮臺下部多處區段的邊坡已出現失穩以及較嚴重大變形現象，在分析邊坡工程地質條件與潛在滑坡模式的基礎上，采用極限平衡法以及滑坡反分析的方式，確定了弱層抗剪強度指標，優化設計了觀禮臺邊坡形態參數。

關鍵詞：露天煤礦 邊坡穩定性 軟巖邊坡 參數反分析

1 工程概況

霍林河煤田，位于大興安嶺南段山系脊部，為半地塹型山間斷陷盆地。霍林河盆地總體呈北東向延展。盆地北段和南段的展布方向為北北東向（20°～27°），中段為北東向（50°～60°）。據區域地質勘查資料，勘察區外圍出露的地層有石炭、二疊紀淺變質巖系，晚侏羅世火山巖系。勘察區內部發育地層有晚侏羅～早白堊世含煤巖系（霍林河群），第三系和第四系。觀禮臺礦區內地質構造以斷裂構造為主，褶曲不太發育。通過對霍林河南露天礦觀禮臺邊坡的地質勘探調查，分析其工程實際、變形破壞情況以及地質勘探結果，在大變形區沿滑坡方向選取了1個剖面，垂直于觀禮臺邊坡走向選取了2個剖面，分別命名為NG1、NG2、NG3剖面。

2 弱層參數反分析

根據現場對17煤、19煤、21煤等煤層頂底板巖性進行的地質測量可知，17煤夾矸的頂、底板賦存一層或多層炭質泥巖，其上、下煤層沿該夾層發生過滑動，擦痕特別發育，其中底板炭質泥巖含炭量較高，可判定17煤夾矸底板賦存的軟弱夾層，可構成滑坡體的底滑面。在計算過程中，一般均質邊坡滑裂面形態為圓弧面，可使用瑞典條分法與簡化的Bishop法進行研究分析，而大部分邊坡由復雜巖體構成，滑坡時其滑裂面多受巖體結構面控制而呈現不規則形狀，圓弧滑面假設是不滿足工程實際要求的，此時可采用剩余推力法進行分析。邊坡在發生滑坡之前，通常會出現持續而大規模的緩慢變形，一般認為此時的邊坡穩定系數介于0.98～0.99之間。對于觀禮臺邊坡，盡管發生持續變形，但考慮到未形成滑坡，反分析時穩定系數選取介于0.99～1之間即可。分別計算NG1剖面弱層內摩擦角為5°、5.9°、6°、7°、7.1°、7.2°、7.5°時滿足穩定系數在0.98～0.99之間的弱層內聚力。穩定系數計算結果如表所示。

表1所列的NG1剖面邊坡穩定系數計算結果可知，NG1剖面弱層抗剪強度指標C和φ分別取1kPa、7°，5kPa、6.7°，10kPa、6.3°，14kPa、6°，15kPa、5.9°時，NG1剖面邊坡穩定系數介于0.98～0.99。根據反分析最終確定17煤夾矸弱層的抗剪強度參數內聚力為0，內摩擦角為7.1。

結合以往的研究成果及本次研究得出的弱層參數反分析結果，綜合確定霍林河南礦露天礦邊坡穩定性分析計算采用的巖土體物理力學指標如表2所示。

3 觀禮臺邊坡形態優化設計

對于霍林河南露天礦觀禮臺邊坡而言，優化后各剖面邊坡參數為：由于NG1剖面降深位置距21煤頂板較近，該剖面以70°臺階坡面角單臺階降深至21煤底板，臺階高度為34m，優化后邊坡穩定性系數為1.093；NG2剖面17煤以下邊坡角.為35°，臺階高度為12m，臺階坡面角為70°，平盤寬度22.5m，最下一高臺階為32.5m，優化后邊坡穩定性系數為1.099；NG3剖面.17煤以下邊坡角為24.5°，臺階高度為12m，臺階坡面角為70°，平盤寬度32.5m，最下一高臺階為39m，優化后邊坡穩定性系數分別為1.097。

4 結論

（1）影響霍林河南露天煤礦觀禮臺邊坡穩定性的主要因素為弱層；受弱層的影響，觀禮臺邊坡易發生以弱層為底界面的切層-順層滑動。

（2）通過三采區東幫及觀禮臺滑坡區邊坡進行參數反分析，確定17煤軟弱夾層的內聚力=0kPa，內摩擦角=7.1°。

（3）滿足安全要求的觀禮臺區段邊坡參數為NG1剖面以70°臺階坡面角單臺階降深至21煤底板，高臺階為34m；NG2剖面17煤以下邊坡角為35°，高臺階為32.5m；NG3剖面17煤以下邊坡角為24.5°，高臺階為39m。

參考文獻：

[1] 王東，曹蘭柱，樸春德，等.露井聯采逆傾邊坡破壞模式及穩定性評價方法研究[J].中國地質災害與防治學報，2011，22（3）：33-38.