基于巖土工程研究的露天銅礦邊坡穩定性分析

廖 勛，劉 評，周 菲，李承杰

（西部礦業股份有限公司，青海 西寧 810011）

1 巖質邊坡破壞的主要特征

通常來說，巖質邊坡出現破壞失穩的情況屬于一種復雜性較高的地質災害過程。因為邊坡內部在結構上的復雜性，且構成邊坡巖石物質的區別，導致邊坡破壞的模式具有較大差別，實際表現為破壞面的不同，因此要采用對應的分析方法與計算公式對其穩定狀態進行合理分析。“巖體結構控制論”表明：巖體具有其結構，變形與破壞主要控制因素是巖體結構。巖體出現變形，首先是在結構上的改變，其次才是材料上的改變；大多數情況下，巖體破壞都是由于結構失穩。露天銅礦的巖土邊坡的臨空面與其它巖體工程相比要更大，所以其穩定性更加依賴于坡體當中結構面具備的幾何狀態、分布以及組合形式，會直接影響到巖質邊坡所出現變形破壞的位置、方式和具體運動軌跡。

巖質邊坡的破壞具有非常高的復雜程度，其中可能包含一些簡單的破壞形式，不過大多數情況是多種破壞形式的交織與融合，導致其模式顯得十分復雜。近些年，很多學者針對邊坡變形破壞的形式、發生以及發展，就多個角度與觀點展開了研究，提出各類邊坡破壞相應的分類標準與破壞類型，為邊坡穩定性研究的深化形成良好的促進作用。巖質邊坡一般是由完整巖塊與結構面所構成較為復雜的介質體，而作為重要結構面的節理，可以分成斷續節理和貫通節理，節理類型及其空間分布對于巖質邊坡的穩定性具有十分突出的影響。對于斷續節理的巖質邊坡，破壞特性通常較為明顯的受坡體中巖橋特征的控制。

2 露天銅礦邊坡穩定性研究方法

對邊坡穩定性的分析是判定邊坡是否能夠處在穩定狀態，需要對其作加固處理與否，避免出現損壞的重要依據。目前，針對邊坡穩定性進行分析的方法主要可以歸納為兩大類：①定性分析法：利用工程地質勘察，針對有可能對邊坡穩定性形成影響的主要因素、力學機制以及破壞形式等作出分析，針對已經出現形變地質體的成因和演化史加以判定與剖析，繼而得出邊坡穩定性的評價及其后續的發展趨勢；②定量分析法：屬于一種半定量性方法，其評價結果可以通過具體的數值展示，不過最終結論卻主要依靠人員的判斷。此外，目前所有的定量計算方式都要以定性為基礎，結合破壞模式或者工程地質模型來構建數學模型，通過相應評價獲得具體結果。

隨著各種應用技術和設備的發展，對邊坡穩定性的分析方法逐漸完善，已經呈現出由定性分析朝定量或半定量分析發展的趨勢。對露天銅礦邊坡來說，由于開挖過程所應用的方式和開采工藝具有較強的多樣性、復雜性，加之施工現場地質結構具有一定不連續性，邊界條件較為復雜，各種影響因素的疊加導致對邊坡穩定性的分析很難利用常規解析方法實現求解與預測。相對來說，數值法則呈現出了更好的適用性，不僅能夠實現對巖土體復雜力學和結構特性的模擬，還能為各種邊值問題與施工過程提供便利，實現對邊坡穩定性的有效判定。目前在工程實踐中較為常用的數值分析法包括：以連續介質力學理論為基礎的有限元法、有限差分法、邊界元法以及加權余量法等；以非連續介質力學理論為基礎的剛體元法、離散元法等；融合兩種理論的流形元法。

3 巖土工程學改進算法

3.1 距離冪次比例算法

距離冪次反比例屬于估算算法的一種，是在地質統計學中開展高度標記估算的重要方法。其計算公式為：

其中G表示地表高度值；λi表示樣本中已知的權系數；gi表示樣本高度值。

依據地質統計學原則，首先需要構建起標高數值模型，高度數值等各類數學都能夠結合距離冪次反比例算法獲得，此種算法最為重要的特點是可以針對突變性地質地貌形成數據跟蹤，及時將改變的數值更改，所以具有較強的時效性，所獲得數據也具備良好的真實性。只要將冪次k值設置為3，便可滿足各樣本點的采集需求，不管數據采集點多少都能夠實現穩定計算。

3.2 折減系數賦值

在對不同地質地貌條件進行分類之后，針對邊坡穩定性的分析則要結合強度折減法，該種方法和數值模擬之間的有效結合，能夠有效完成對邊坡巖土層各數值的計算，獲得較為穩定的模擬數值，對邊坡最小穩定性數值進行計算的公式為：c1=c/F1和φ1=arctan(tan φ/F1)，對所得數據的分析和處理能夠實現對土體中強度標準的有效調整。F1為折減系數，當折減系數增長的過程中，直到整個模擬建模被破壞，便能獲得一個臨界值，這一數值便是安全范圍之內的折減系數數值。以上所提及的算法，在具體開始計算以前，需要將露天礦分成多個特征不同的區。而在劃分區域性質時需要充分考量其內部演示結構特征與組成，準確計算巖石質量差異，同時還應分析邊坡角對礦區穩定性所形成的影響。

4 露天銅礦邊坡處置方案原則

對露天銅礦邊坡滑坡防治的主要原則包括：安全、經濟和高效。在對不同露天礦邊坡特有的工程特性、結構特征以及重要程度等相關因素形成全面考量之后，要具有針對性的社會治理措施與方案。具體應該關注以下幾個方面的問題：①開展施工現場調研活動，明確現場水文及地質條件；②對治理措施的選擇需要盡可能遵守施工過程簡單合理、高效經濟以及工程量合理等原則，獲得更高的性價比；③結合露天礦所在區域范圍內巖體地質結構特征，對邊坡開挖方式形成合理設置；④針對還未出現滑塌事故的露天礦邊坡，需要考察與分析有可能導致滑塌災害發生的因素，采取必要措施將其發生的可能性降至最低；⑤針對已發生災害的邊坡，需要采取錨桿、錨索、擋墻等措施進行加固，在最大程度上降低滑體的下滑力。如果無法完成加固，需要對滑體作足夠徹底的清理；⑥依據露天礦邊坡安全等級選擇經濟而高效的治理措施；⑦降雨和地下水對露天礦邊坡穩定性會形成較大影響，因此需要對排水工程進行合理配置，融合其他防治措施，促進邊坡穩定程度的提升。

5 結語

總而言之，對邊坡穩定性的有效預估和控制，屬于保障露天銅礦工程順利開展的重要因素。相關工作人員應該積極探索，以巖土工程為依托，融合各種現代高新科技，實現對邊坡穩定性更為準確的計算與分析，促進國家礦產開發事業的發展，為國家經濟建設注入源源不斷的活力。