弓長嶺獨木采區邊坡角對邊坡穩定性的影響分析

吳慶深　張治強　張忠政

摘? 要：伴隨我國國民經濟快速發展，露天礦山的開采深度逐漸加深，高陡邊坡成為制約露天礦山高效安全開采的瓶頸。因此，該文以弓長嶺獨木采區為例，選取代表性的剖面，利用Bishop對最后的和現狀的坡面所具有的穩定系數實施計算，探究邊坡角與穩定系數之間的關聯。通過計算分析發現，坡角對安全系數的影響是明顯的，在47°～51°區域內，邊坡角每當改變1°，其穩定系數的變化范疇是0.02～0.03。邊坡的形狀在一定程度上影響最危險圓弧滑動面。

關鍵詞：弓長嶺獨木采區? 邊坡角? 邊坡穩定性? Bishop

中圖分類號：TD854.7 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）04（c）-0034-03

伴隨我國國民經濟快速發展，露天礦山的開采深度逐漸加深，而開采過程中所形成的大部分高陡邊坡失去了原來的穩定結構，已起不到應有的支撐作用，容易造成邊坡失穩。這已成為制約露天礦山擴幫開采的瓶頸[1-2]。

對于礦山的總體邊坡角而言，其在很大程度上影響礦山境界的劃分和優化，同時也對運輸體系的完善和升級產生影響，而邊坡角的大小又與邊坡的穩定性相關[3]，因此，該文以弓長嶺獨木采區為例，選取代表性的剖面，對最后的和現狀的坡面所具有的穩定系數實施計算，探究邊坡角與穩定系數之間的關聯。

1? 研究區概況

獨木采區于1958年開始露天開采至今，已長達50多年。弓長嶺鐵礦床露天鐵礦位于區域二級構造單元的弓長嶺背斜南西翼，礦區內地層總體走向北東～南西，傾向南東，傾角20°～30°。區內斷裂構造發育，具有多期性，按其空間展布與巖層產狀的關系可分為走向斷層、斜交斷層與橫斷層。受斷層影響而使部分鐵礦體產生了位移、重疊和切割，但其總斷距一般不大。礦區內出露的圍巖多以片巖為主，其次有各種蝕變巖和花崗巖等。鐵礦層是由磁鐵石英巖、赤鐵石英巖、含閃石類礦物磁鐵石英巖、赤鐵富礦、磁鐵富礦所構成。

通過巖芯RQD測量，圍巖質量基本為中等～好的，局部存在巖石質量劣的，圍巖完整性為較完整，局部存在完整性差的;鐵礦層巖石質量基本為好的～極好的，鐵礦層完整性為較完整。據試驗數據結合巖石理化特征確定該區巖、礦石的耐壓強度，按遞減順序：鐵礦石—花崗巖—角閃巖—黑云變粒巖—柘榴云母石英片巖。

2? 邊坡穩定性影響因素分析

2.1 坡角對穩定系數的影響研究

對于該礦區而言，其所涉及的內容比較大多，為了達到充分表示出礦區的特征，因此挑選6個地方分別設置由于弓長嶺獨木采區范圍比較大，為了礦區的代表性，所以，在6個不同的區域建立了6個剖面，如圖1所示，其中剖面1就表示該礦區的西北幫，剖面2表示該礦區的北幫，剖面3表示該礦區的東北幫，剖面4表示該礦區的東南幫，剖面5表示該礦區的南幫，剖面6表示該礦區的西端幫。

將Bishop作為其主要方法，對選取出有代表性的剖面，即在各個區域中挑選出6個比較特殊的剖面，然后對最后的和現狀的坡面所具有的穩定系數實施計算，把第1最終剖面設置為例子，賦予不同邊坡角的大小，探究邊坡角與穩定系數之間的關聯。

以設計剖面1為對象，研究可以得出其最終總體坡角達到了48°，滿足探究坡角與穩定性之間的關系的目標，以Bishop為主要方法計算出穩定系數，計算考慮了上部風化區和下部新鮮巖石的不同，采用的坡體參數見表1，圖2是想象的相異坡角的邊坡表面。其中所涉及的角度不屬于小邊坡角度的范疇，而是總體邊坡角度。圖3所表示的是每一個坡角通過計算從而獲得最危險破壞面。表2是計算到不同邊坡角的穩定系數值。

通過計算分析發現，坡角對安全系數的影響是明顯的，在47°～51°區域內，邊坡角每當改變1°，其穩定系數的變化范疇是0.02～0.03，既盡管該值不大，然而也不可以忽略，在坡角為51°穩定系數為1.05時，其也在穩定區域內，然而該值就非常低了，對于永久性工程而言，該值要高于1.25。

2.2 各個側幫現狀與最終坡面穩定性的研究

Bishop為主要計算方法，從而得到每一個側幫現狀和最終坡面穩定性[4-5]，其在計算過程中應用的坡體參數見表1，其安全系數見表3，在圖4可以得到最危險滑動面。

通過圖4我們能夠看出最危險圓弧滑動面不都是處在邊坡的最下端，不但存在接近最下部的可能性，更存在達到邊坡的中間的可能性，這就從側面反映出了邊坡的形狀可以在一定程度上影響最危險圓弧滑動面。

通過對從圖5中分析能夠得出，在現狀圖中沒有很多的圓弧滑動面處在下面坡角，其大部分都是處在中間部分，探究其原因是由于坡度比較緩，而局部存在的坡角比較大。從中我們也能夠得到現狀坡體的穩定性與最終穩定性比較前者較大。然而對于一些特殊情況，在現狀圖中發現斜坡是比較危險的。

通過對圖4、圖5的研究，其所取得的剖面不同，其所得到的最危險圓弧滑動面有很大的差異。以計算的安全系數為基礎進行分析得出，現狀邊坡的安全系數不小，就算是最小的1剖面，該值也為2.45，其最大值為20多，從而可以得出其安全儲備比較大，其所表現的最終狀態邊坡的穩定性是位于北側的1、2剖面最弱，其值稍微超過1，雖然達到了穩定要求，然而其靠近臨界狀態，別的剖面具有相應的安全。

以影響穩定系數為出發點，不單單擁有巖體強度指標，更重要的是在很大程度上受總體坡角、坡體規模（高度）的影響，從表3中可以得到，每一個邊坡所具有的安全系數有很大差異，剖面1的高度差不低于400m，而且其總體坡角達到了48°，剖面2所具有的高度差為350m，而且其坡角為51.7°，通過對上面兩個剖面的研究，發現它們之間的高差大，坡角也很大，然而它們所具有的最終邊坡穩定系數偏小。通過對現狀剖面5的研究，能夠發現其具有的邊坡角為36.7°，然而其安全系數達到了7.6839，但是其擁有的高度差小。剖面5的總體坡角達到了26°，而且其下部不陡，其最終穩定系數來源于上部坡體的。通過對圖4和圖5的研究發現，邊坡中每一個斜坡的幾何形狀在很大程度上改變安全系數。

3? 結論

（1）通過計算分析發現，坡角對安全系數的影響是明顯的，在47°～51°區域內，邊坡角每當改變1°，其穩定系數的變化范疇是0.02～0.03。

（2）計算得出，邊坡的形狀在一定程度上影響最危險圓弧滑動面。剖面不同，其所得到的最危險圓弧滑動面有很大的差異。最終狀態邊坡的穩定性最弱的是位于北側的剖面1、2，達到了穩定要求的臨界狀態，別的剖面具有相應的安全。

參考文獻

[1] 張向東，姜革鑫.基于可拓學理論的礦山邊坡穩定性分析[J].安全與環境學報，2018，18（6）：2141-2145.

[2] 黃勇，胡慶雄，趙興寬.多種因素變化的露天礦境界優化[J].金屬礦山，2011（12）：35-38.

[3] 賴桂華，王宇晨，高躍.多寶山銅礦設計境界穩定性分析及最終邊坡角優化[J].現代礦業，2019（3）：102-104.

[4] 代碧波，章林.大型露天礦境界動態優化研究——以西澳Weld Range鐵礦為例[J].礦業研究與開發，2018，38（1）：1-5.

[5] 王宇馳.弓長嶺露天礦獨木采區山坡轉深凹露天開采過度開采境界優化[J].現代礦業，2018（11）：66-75.