內蒙古某金礦邊坡穩定性數值分析

楊 明

（中國建筑材料工業地質勘查中心遼寧總隊，遼寧 錦州 121000）

我國滑坡災害的發生十分頻繁，頻發的地質災害已經影響了我國經濟的快速發展、威脅人們的生命財產安全，我們在改造和利用自然的同時，也常伴隨著一些地質災害造成人身安全和財產損失，因此對危險邊坡進行穩定性分析十分有必要[1-3]。本文以內蒙某金礦邊坡為例，結合詳細的勘查資料，通過FLAC3D軟件進行邊坡穩定性的數值模擬，計算分析該邊坡的穩定性。

1 工程地質概況

1.1 巖土體類型及結構

礦區出露地層較簡單，地層由老到新敘述如下：①細沙：零星分布于礦區溝洼及低谷中，以風積細砂土為主，覆蓋于基巖之上。②石英巖：灰白色，粒狀變晶結構，塊狀構造，主要礦物為石英，少量長石及云母類礦物等。

1.2 參數的選取

通過大量巖土體物理力學參數室內試驗，結合之前該地區的地質勘查報告及本次勘查成果，對各項參數指標進行可靠性分析，綜合分析各項參數指標，獲得適用于本次研究的巖土體物理力學性質指標如表1所示。

表1 各層的物理學指標

2 基于FLAC3D的邊坡穩定性分析

2.1 邊坡失穩判據

判斷邊坡是否失穩有三種標準：數值計算結果的收斂性、特征部位（如坡頂、坡底或弱層出露處）的位移突變和塑性區的貫通[4]。這三種邊坡失穩判據具有以下的關系：塑性區貫通邊坡滑動面是邊坡破壞的充分非必要條件，利用滑動面塑性區是否貫通來判斷邊坡破壞是一種比較保守的方法。邊坡破壞面出現無限制的移動是邊坡發生破壞的主要標志，此時邊坡破壞面上的位移或者應變出現突變，同時產生無限制的塑性流動，此種現象作為邊坡失穩的判斷條件更能準確的把握邊坡破壞的時點。

2.2 位移分布特征

圖1、圖2分別為1剖面邊坡模擬得到的最大位移云圖和剪應變增量圖，其剪應變增量圖中的剪切破壞分布和最大位移云圖中的最大變形特征一致，共同描述了邊坡的位移分布特征與滑坡模式。由分析結果可知，數值模擬結果表明滑坡模式為圓弧滑動，邊坡下部尤其是坡腳處位移明顯，表明邊坡下部加陡的邊坡開采方式使得邊坡穩定性有所下降。

圖1 水平位移云圖

圖2 剪切應變增量圖

2.3 應力分布特征

圖3為邊坡剖面模擬得到的水平應力云圖，由模擬結果可以看出由于泊松效應的影響，水平應力隨著埋深的增加呈線性增大，在坡腳處出現應力集中現象；坡體內的應力形式主要以壓應力為主，但在坡面附近有小范圍的拉應力區域，由于巖體具有抗壓不抗拉的力學特性，邊坡巖體的該種應力條件下的破壞形式為拉-剪復合型破壞。邊坡坡腳處的應力集中程度會隨時間加劇。

圖3 X軸應力分布圖

2.4 FLAC3D模擬結果及穩定性分析

基于FLAC3D的模擬過程采用的計算邊坡的穩定性的方法屬于強度折減理論，減系數為1.33，通過分析模擬得出的最大水平位移云圖，得出邊坡體最大位移為0.08m；由模擬可以得到該邊坡的水平位移云圖與剪切應變增量圖可知，邊坡的滑坡模式為圓弧滑動，滑坡圓弧從斜坡體中部延伸至坡腳位置；邊坡體的潛在滑移是由下部巖體的滑動，隨之帶動中部巖體滑動，從而使邊坡產生潛在的滑動。通過水平應力云圖分析可知，在巖體自重應力與泊松效應雙重作用下，垂直應力主要受自重應力的作用，隨著埋深的增加垂直應力呈近線性不斷增大；而水平應力也是隨著埋深的增大而呈近線性增大，但在坡腳處出現一定程度的應力集中，這也是造成邊坡發生破壞的重要因素；隨著邊坡體弱層破壞范圍增加，使得邊坡穩定性下降，從而邊坡發生破壞。

3 結論

（1）通過FLAC3D數值模擬得到的邊坡滑坡模式、滑面位置、穩定系數，表明邊坡穩定性分析結果是合理可靠的，目前來看在無外界環境擾動情況下基本處于穩定狀態。

（2）通過力學實驗可知邊坡巖土體在飽和狀態下，力學性質明顯降低，故應在采掘場周邊建立有效的防排水系統，確保強降雨時雨水的有效排放，避免雨水在坡體匯集導致巖土體力學參數劣化降低邊坡穩定性。