降雨對含有軟弱夾層的邊坡穩定性影響分析

李在利

(玉溪礦業有限公司大紅山銅礦， 云南 玉溪 653405)

降雨對含有軟弱夾層的邊坡穩定性影響分析

李在利

(玉溪礦業有限公司大紅山銅礦， 云南 玉溪 653405)

邊坡穩定性分析是露天采場工程建設中的核心問題，而大多數滑坡都在雨季或降雨后的短時間內發生，在邊坡穩定性分析中合理地考慮降雨作用的影響十分必要。以云南寶坪采場邊坡為研究對象，根據工程施工的實際情況，分5個開挖步、6個階段對處于降雨狀態下的邊坡穩定性進行了模擬分析。分析結果表明，在整個開挖過程中，邊坡巖體處于降雨狀態時邊坡的穩定性程度會明顯降低，特別是當邊坡開挖至第三階段時，邊坡的位移值及安全系數均出現了大的跳躍式變化，證明了水是造成邊坡發生滑坡的誘導因素。

邊坡穩定性； 軟弱夾層； 降雨

1 前言

常言道“十個滑坡九個水”，水是促使滑坡的一個重要因素。雨水的滲透導致坡體蓄水、潛在滑移帶介質含水量增大及物理力學參數出現降低弱化的改變進而誘發滑坡發生。因為雨水的入滲使得巖土體內起關鍵作用的內摩擦角和粘聚力等物理性能指標降低，從而削弱了邊坡巖土體的抗剪強度，同時對滑面起到潤滑作用，從而誘發邊坡變形失穩。因此，本文采用飽水狀態下巖體力學強度來刻畫和反應水對寶坪采場邊坡穩定性的影響程度。探討在降雨工況條件下該采場邊坡潛在滑移的一些規律，以便能夠為采場邊坡的穩定安全及下步剝離生產提供建設性的指導意見。

2 工程概況

寶坪采場礦區位于西藏、滇西準地臺上的褶皺帶內大理、麗江褶皺束的北東邊緣。因而決定了礦區是一套海底噴發～沉積的火山復理式建造和高傾角平行斷層的斷塊、斷裂特征。礦體開挖后，在該段形成一凹形邊坡，左側為逆向坡，右側為順向坡且坡角約60°，坡高達50m，開挖平臺寬度6m，臺階高度20m。其中有一段邊坡巖層結構為上段礦體,下段灰巖，巖層傾向52°，傾角26°，經對該處勘探揭示，礦體與灰巖之間接觸性不好，結合性很差，夾雜著一層泥質粉砂巖軟弱層，且軟弱層的傾向與邊坡傾向一致，對邊坡沿著軟弱夾層順層滑動產生促進作用，不利于邊坡的穩定。該地區降水偏多，并且在6～9月季節性雨水明顯，據多年氣象觀測，多雨季節日平均最大降雨量達135mm。為了確保該處邊坡的持久穩定、安全生產，要有針對性地對該處邊坡穩定性進行論證計算分析。

各層位巖土體物理力學參數見表1。

表1 各層位物理力學參數

注：表中指標都為飽水后指標。

3 邊坡穩定性計算

3.1 模型建立

為了盡量再現揭示邊坡失穩的原因，通過模擬計算更直觀地再現和分析其失穩過程，運用UDEC離散元軟件進行動態模擬過程展現和計算。

按照現場勘探以及該采場的地質結構剖面圖形態，模型邊界分別取x方向為180m，y方向為120m。模型左右兩面采用位移約束；底面為固定邊界條件，坡面為自由邊界；根據Mohr- Coulomb本構理論，最終生成的網格模型如圖1所示。

圖1 離散元網格數值模型

3.2 計算模擬方案

依據現場施工過程的治理順序，對邊坡進行5步開挖模擬，加上邊坡的初始狀況形成了6個剝離開挖模擬狀況階段，見圖2。其中，第一階段為開挖前的原始自然狀況；第二～五階段依次為第一次開挖、第二次開挖、……、第五次開挖。

4 模擬結果分析

4.1 降雨條件下分階段開挖邊坡穩定性分析

從圖2可以看出，該邊坡順著泥質軟弱層面發生滑移，邊坡潛在滑移面均分布于軟弱夾層處。在降雨條件下邊坡原始狀態穩定系數為3.15，處于安全狀態；第一次開挖后，邊坡穩定系數降為2.90，仍處于安全狀態；第二次開挖后，邊坡穩定系數降為1.42，仍處于穩定狀態；第三次開挖后，邊坡穩定系數降為0.61，處于滑移失穩狀態；第四次開挖后，邊坡安全系數降為0.34，處于滑移失穩狀態；第五次開挖后，邊坡安全系數降為0.33，也處于滑移失穩狀態，說明邊坡在第三次開挖坡腳造成軟弱夾層臨空后，使得夾層上部巖土體失去支撐沿著軟弱層面失穩持續下滑。由此可見隨著開挖剝離向深部不斷的推進，邊坡的安全系數大幅度持續降低，特別是從第二階段到第三階段，即邊坡從安全到不穩定，這時穩定系數從1.42驟降至0.61。

通過分析滑移位移圖3可以看出，隨著開挖水平的不斷下降，在降雨工況下由坡腳開挖軟弱夾層臨空后引起的滑動位移也逐漸加大，產生的滑移量也非常大，尤其是到第三階段軟弱夾層臨空后，由最初開挖的2mm陡增至最終的5.5m，夾層上部巖土體沿著軟弱層面滑移，表明邊坡上部后緣出現了拉裂面，軟弱層區域的塑性變形活躍程度很高。

4.2 跟蹤監測邊坡安全系數分析

安全系數變化見圖4。從圖4可以看出，在降雨條件下邊坡穩定安全系數降低到0.33附近，并且在泥質軟弱層面被剝離開挖造成臨空狀態后，安全系數呈現出很顯著的下降現象，這也表明泥質軟弱層面是造成該段邊坡發生滑坡的關鍵主控因素，由此也驗證了在巖質邊坡中順層軟弱結構面是導致邊坡失穩滑移的關鍵性主控因素。

5 結論與建議

本次根據對該段采場邊坡進行離散元滑移過程模擬計算，可以得出如下結論。

(1)該邊坡坡腳開挖后，坡體下部失去了支撐作用，上覆巖層順著軟弱層面發生下滑，安全穩定系數處于1.0以下，說明在降雨工況下邊坡的安全保障性很差。

(2)該段采場邊坡是否可能滑坡，實質上是受軟弱夾層的強度控制，因此要加強對存在軟弱夾層的邊坡區域進行變形監測，做到及時預測預報，同時要在穩定性較差的地段進行工程加固處置。

(3)由于水是誘發該段邊坡失穩的關鍵因素，因此要充分加強邊坡的排水工作，特別是邊坡內部積水應當及時排走出。

圖2 降雨狀態下各階段邊坡安全系數與速度矢量和水平位移等值線云圖

圖3 降雨狀態下跟蹤監測點水平位移記錄

圖4 降雨工況下邊坡穩定系數隨開挖時間的變化曲線

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Stability analysis of slope with weak interlayer under rainfall condition

Stability analysis of slope is the core issue of open pit construction. Most of the landslides occur in rainy season or a short time after rainfall. Reasonably considering the rainfall effect is very necessary in the stability analysis of slope. Taking the stope slope in Yunnan Baoping for example, the simulation analysis of slope stability under rainfall condition was done through dividing slope into five steps excavation and six periods state according to the actual situation of the engineering construction. The results showed that the slope stability decreased obviously during excavation when the stope slope is under the rainfall condition. Especially when the slope was excavated to step 4, the slope displacement and the safety factor changed greatly, which proved that water is the inducing factor causing slope landslide.

slope stability; weak interlayer; rainfall

1672-609X(2017)02-0005-03

TD854+.6

A

2016-11-21

李在利(1982-)，男，云南宣威人，工程師，主要從事采礦工程設計及地壓方面的研究工作。