峭巖質(zhì)高邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性的研究

鮑偉 鄭雪玉 杜帥群

摘 要：文章以某基坑開挖為背景，圍繞其陡峭巖質(zhì)高邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性展開針對(duì)性探討，從而總結(jié)出如下四點(diǎn)內(nèi)容：在邊坡爆破開挖過(guò)程中，相比于有溶洞的坡頂而言，無(wú)溶洞所帶來(lái)的沉降值明顯偏小；邊坡內(nèi)溶洞的直徑越小，對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)則越高；如果溶洞與爆破面的距離越遠(yuǎn)，此時(shí)邊坡的穩(wěn)定性將更為良好；如果溶洞正好穿過(guò)了滑動(dòng)面，此時(shí)將會(huì)對(duì)邊坡開挖穩(wěn)定性造成影響，對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)也隨之下降。

關(guān)鍵詞：峭巖質(zhì) 高邊坡 溶洞

在長(zhǎng)期的發(fā)展下，所形成的廢棄采場(chǎng)均需要采取高陡邊坡治理措施，此時(shí)無(wú)論是邊坡設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性平評(píng)價(jià)還是監(jiān)測(cè)工作都至關(guān)重要。在實(shí)際治理過(guò)程中，爆破振動(dòng)通常會(huì)對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成直接影響，因此需要重點(diǎn)考慮此問題。

1.工程概況

在本文所探討的工程項(xiàng)目中，需要在百余米深的礦坑中進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)的修建工作，整個(gè)場(chǎng)地呈現(xiàn)出四周高中間低的地形特性。關(guān)于工程結(jié)構(gòu)的水平以及豎向兩大方向的荷載，二者都需要交由礦坑坑壁承當(dāng)，經(jīng)測(cè)量后得知，礦坑坡角普遍介于80～90°。在此背景下，礦坑坑壁的承載力與穩(wěn)定性均是需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。工程方案中，需要對(duì)原礦坑壁進(jìn)行修坡處理，主要通過(guò)深孔加預(yù)裂爆破的方式進(jìn)行，而后再逐級(jí)進(jìn)行支護(hù)施工。經(jīng)實(shí)地勘察，總結(jié)其地質(zhì)特性：表現(xiàn)為典型的微風(fēng)化灰?guī)r特性，主要以灰白色、以及灰黑色為主，為典型的厚層狀結(jié)構(gòu)。利用鉆機(jī)進(jìn)行取樣處理，得知巖芯形狀較為豐富，以長(zhǎng)、短柱狀為主，還有部分的普通柱狀以及大塊狀。進(jìn)一步分析得知，節(jié)理裂隙出現(xiàn)了輕微的發(fā)育現(xiàn)象，部分區(qū)域存在溶蝕小孔，巖體質(zhì)量等級(jí)普遍介于II-IV級(jí)。

2.超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

為了探尋邊坡內(nèi)溶洞的分布情況，工程中采用了地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備展開了超前預(yù)報(bào)作業(yè)，所得到的溶洞分布參數(shù)可以為后續(xù)的計(jì)算提供指導(dǎo)。以所得到的邊坡雷達(dá)原始圖像為基礎(chǔ)，對(duì)其展開了增益恢復(fù)操作，基于對(duì)雷達(dá)圖像的分析，加之各類鉆孔資料，進(jìn)一步得到了溶洞的分布圖。對(duì)溶洞分布圖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)礦坑邊坡40m區(qū)域內(nèi)存在大量的溶洞，其規(guī)模相對(duì)較大，且洞徑呈不規(guī)則特性，除此之外邊坡內(nèi)還有一些裂隙帶。邊坡的穩(wěn)定性受到了溶洞強(qiáng)發(fā)育的影響，這點(diǎn)在雨水季節(jié)表現(xiàn)得更為明顯，極容易引發(fā)邊坡內(nèi)溶洞與溶洞貫通的問題，進(jìn)一步產(chǎn)生破裂面，由此引發(fā)邊坡滑坡事故。

3.數(shù)值分析

3.1 計(jì)算模型

在本文的研究中，對(duì)邊坡模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，從而圍繞平面應(yīng)變問題展開針對(duì)性分析。采用的是理想彈塑性模型的形式，引入的是Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則，此外還使用到了相關(guān)聯(lián)流動(dòng)法。以所得到的現(xiàn)場(chǎng)勘查資料為基礎(chǔ)，對(duì)其展開了分析，最終選取了北側(cè)A區(qū)邊坡區(qū)域，基于有限元的基本理念對(duì)其展開邊坡穩(wěn)定性分析。

3.2 巖溶對(duì)陡峭巖質(zhì)高邊坡開挖變形分析

基于地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果可以得知，坑內(nèi)存在大量的溶洞，且斷層出現(xiàn)了強(qiáng)發(fā)育現(xiàn)象，這對(duì)開挖邊坡的穩(wěn)定性造成了嚴(yán)重影響。對(duì)此，圍繞單溶洞爆破開挖展開穩(wěn)定性分析。綜合考慮到溶洞尺寸以及溶洞與坡面的間距，細(xì)分為兩種工況，溶洞直徑取值有2，4，6，8m，其與坡面的間距分別為10，15，20，30，40m，對(duì)其展開針對(duì)性研究。

3.2.1 有無(wú)溶洞對(duì)邊坡爆破開挖變形影響

有無(wú)溶洞對(duì)邊坡變形所造成的影響機(jī)制是需要重點(diǎn)考慮的問題，此處選取無(wú)溶洞情況以及溶洞直徑為6m的情況，對(duì)二者展開針對(duì)性數(shù)值分析。

對(duì)于無(wú)溶洞的情況，經(jīng)過(guò)邊坡爆破處理后所帶來(lái)的變形量上限值達(dá)到了0.71mm，坡頂區(qū)域出現(xiàn)了明顯的邊坡變形現(xiàn)象。此外，如果礦坑內(nèi)存在溶洞，若其直徑為6m且與坡面達(dá)到10m的間距，此時(shí)經(jīng)過(guò)爆破處理后所產(chǎn)生的變形量上限值達(dá)到了35mm，在溶洞周邊的坡面出發(fā)生了較為明顯的邊坡變形現(xiàn)象。對(duì)于無(wú)溶洞的情況，經(jīng)爆破開挖處理后所產(chǎn)生的邊坡變形幅度相對(duì)較小，僅存在極為輕微的塑性區(qū)域滑動(dòng)面；相比之下，對(duì)于有溶洞的情況，基于同樣的方式處理后邊坡變形量明顯偏大，且存在明顯的塑性區(qū)與滑動(dòng)面，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性造成不良影響。

3.2.2 不同溶洞大小對(duì)邊坡爆破開挖變形的影響

將溶洞直徑確定為2，4，6，8m四種情況，由此探討溶洞直徑與邊坡開挖沉降變形之間的影響機(jī)制，得到的結(jié)果如圖1。

基于圖1進(jìn)行分析得知，四種情況對(duì)應(yīng)的坡頂沉降最大值對(duì)應(yīng)有0.28，0.35，1.35，1.97mm。進(jìn)一步推斷，伴隨著溶洞直徑的減小，所帶來(lái)的沉降值也逐步減小，此時(shí)邊坡處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)；此外，如果溶洞直徑增大，則會(huì)對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成不利影響。

3.2.3 溶洞與坡面不同距離對(duì)邊坡爆破開挖變形的影響

將溶洞直徑確定為8m，并將其與坡面間距設(shè)置為10，15，20，30，40m五種情況，由此探討溶洞與坡面間距在經(jīng)過(guò)邊坡爆破開挖處理后所產(chǎn)生的變形程度的影響機(jī)制，得知對(duì)應(yīng)的坡頂沉降值對(duì)應(yīng)有：1.97，2.41，1.64，0.55，0.34mm?？偨Y(jié)得知，如果溶洞與坡面距離越小，此時(shí)所產(chǎn)生的坡頂沉降越大，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性將造成不利影響。

3.3 安全穩(wěn)定性分析

基于Midas中的SA M算法展開分析，充分借助了極限平衡原理，以邊坡為基礎(chǔ)設(shè)置出滑動(dòng)面，進(jìn)一步得到對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)。設(shè)置有坡內(nèi)無(wú)溶洞的情況，以及存在溶洞且分別為2，4，6，8m的情況；此外，將破內(nèi)溶洞直徑設(shè)置為8m，且它與坡面間距分別為10，15，20，30，40m。對(duì)于無(wú)溶洞或是存在溶洞且直徑為2或4m時(shí)，經(jīng)過(guò)邊坡爆破開挖處理后得到的安全系數(shù)均為3.0；伴隨著溶洞直徑的增加，對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)隨之下降。此外，如果溶洞與坡面間距達(dá)到了10m，此時(shí)對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到1.6；伴隨著間距的增加，如果達(dá)到了30m以及40m，此時(shí)對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)都為3.0。由此可知，如果溶洞與邊坡的間距逐步加大，那么邊坡的穩(wěn)定性將越好。

4.結(jié)論

本文以礦坑邊坡加工工程為背景，分多種情況對(duì)邊坡穩(wěn)定性展開了探討，總結(jié)出如下幾點(diǎn)內(nèi)容：

（1）礦坑坑壁40m范圍內(nèi)存在大量的填充型溶洞，并且邊坡的周邊區(qū)域還有一些巖溶裂隙帶，對(duì)礦坑的穩(wěn)定性造成了不利影響。

（2）基于同樣的邊坡爆破開挖方式進(jìn)行處理，相較于有溶洞的情況而言，無(wú)溶洞所帶來(lái)的坡頂沉降相對(duì)更小；伴隨著邊坡內(nèi)溶洞直徑的持續(xù)加大，將會(huì)對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成不利影響；如果溶洞與坡面間距較大，此時(shí)邊坡的穩(wěn)定性相對(duì)更好，但提出了范圍要求；如果溶洞正好穿過(guò)了滑動(dòng)面，此時(shí)將會(huì)對(duì)邊坡開挖穩(wěn)定性造成影響。

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