某礦山露采高邊坡變形破壞模式分析

鄧社根，沙榮華，曹旖旎

(江蘇省工程勘測研究院有限責任公司，江蘇 揚州 225000)

目前，國內很多學術研究者、專家教授對礦山露采高邊坡的變形破壞機制有較為深入的研究。張倬元等通過現場大量資料的分析，提出6種邊坡破壞模式：滑移—拉裂、彎曲—拉裂、滑移—彎曲、蠕滑—拉裂、滑移—壓致拉裂和塑流—拉裂。郝建斌等通過試驗說明了層狀礦體邊坡在動力作用下的變形及破壞模式。鄭穎人等利用三維有限元數值模擬，模擬了地震作用下邊坡的變形破壞機制。

以上研究多數研究集中于降雨等外界條件以及數值模擬分析，本文通過現場卸荷的詳細調查，在總結前人研究的基礎上，結合西南地區的露天礦開采導致高邊坡變形為例，對礦區高邊坡變形破壞模式進行較為系統的理論性分析。

1 礦山露采邊坡概況

研究礦區位于西藏芒康地區，處于河流下游右岸，2700m高程下部整體較陡，邊坡整體坡度達50°，2700m～3040m段較緩，約30°～40°，邊坡整體高差達1000m左右。邊坡發育沖溝，由于受到其切割作用，邊坡表層礦體十分破碎。

邊坡地層主要為三疊系中統竹卡組（T2z），地表發育幾條黃斑、灰綠礦脈，邊坡主要發育兩組結構面及一些確定性軟弱結構面，兩組結構面的產狀分別J1:N54°W/NE∠76°、J2：N10°E/SE∠22°，平直光滑、無充填、干燥，間距10cm左右。軟弱結構面（卸荷、斷層等）寬度5cm～50cm不等，泥質充填，遇水軟化，對礦山露采邊坡的變形破壞具有控制性作用。

2 邊坡變形破壞特征

礦區邊坡變形破壞受礦物特性、結構特征、地質條件及外界等因素影響，邊坡變形破壞模式都有很大的不同，礦山開采過程中邊坡礦體結構（主要為卸荷裂隙）及其組合關系對邊坡變形破壞具有控制性作用。

根據現場邊坡各平硐的調查，在PDZ18平硐270m深度，發育寬約1m強卸荷裂隙，產狀為N55°W/NE∠57°，傾向坡外，由于卸荷作用，礦體內部產生較多裂隙，沿著卸荷裂隙產生壓剪變形，可在后期形成邊坡破壞的底畫面由于卸荷，礦體應力進行重分布，在應力集中區域產生寬大張裂，寬度達50cm，礦體內部產生裂隙，沿著緩傾斷層發生位移，產生壓剪變形，形成大部分張開，局部閉合的階坎狀裂隙。

通過野外實地勘查，目前礦山露采邊坡地表已有多處變形破壞現象，這些現象代表了邊坡潛在的變形破壞機制。邊坡坡度較陡，礦體沿著這組結構面產生向臨空方向的傾倒變形，而后院產生陡傾坡外的張性破裂，裂縫軌跡表現為階坎狀，并伴隨著部分礦物碎塊下墜。

根據調查，邊坡主要發育兩組結構面，一組陡傾坡外，一組為緩傾坡外，兩組結構面相互組合，礦體易沿緩傾結構面產生剪切變形，而陡傾結構面逐漸會形成其后緣切割面，地表部分礦體已發生滑移失穩，滑移后壁出露。

3 礦山露采邊坡變形破壞模式分析

邊坡變形破壞機制為以卸荷張裂為后緣，不斷加深加寬，與中緩傾角裂隙相組合的階梯狀滑移—拉裂破壞模式。礦山露采邊坡變形破壞模式較為復雜，淺表層由于發育陡傾坡內的結構面，沿著緩傾坡外結構面產生張裂，形成傾倒—拉裂式變形破壞，而邊坡傾坡外軟弱結構面也發育較多，沿著緩傾結構面也易形成滑移—拉裂式變形破壞。

圖1 邊坡潛在變形塊體組合

邊坡開挖過程中，卸荷作用導致邊坡應力發生調整，淺表層的傾倒變形繼續發展，中緩傾坡外的卸荷破碎帶在坡體內發育，邊坡上部礦體必向外產生一定的位移，而對下部礦體產生一定的推擠作用，開挖面剪出口也發育緩傾外結構面，礦體向外運動，開挖面產生一定的錯動，當緩傾結構面貫通，邊坡可能產生滑移—壓致拉裂式的變形破壞，上部沿著斷層、卸荷裂隙產生拉裂，也會伴隨著產生滑移—拉裂式的變形破壞，如圖1所示。

綜上分析，卸荷作用下礦質高邊坡的變形破壞模式主要有以下3中模式：傾倒—拉裂、滑移—拉裂及滑移—壓制拉裂。

4 結論

通過某礦山露采高邊坡工程實例，對礦山地質的高邊坡地層結構、已有的變形破壞現象進行了詳細的分析，對卸荷極為發育的礦體高邊坡變形破壞特征進行了總結，研究了該邊坡的變形破壞模式，得出以下結論：

（1）邊坡坡體結構對邊坡變形發展具有重要的影響，在邊坡穩定性分析中，要對邊坡的坡體結構進行充分的調查，進而初步確定邊坡的變形破壞模式。

（2）邊坡的主要變形模式為陡傾斷層或結構面與緩傾結構面組合的階梯狀“滑移—拉裂”，具體分為淺表層碎裂礦體的小塊體失穩、邊坡“邊坡塊體局部失穩”和塊體整體失穩。