云南個舊南部選礦試驗示范園區邊坡穩定性研究

李建偉 劉寧

摘要：以云南個舊南部選礦實驗示范園區邊坡為實例進行邊坡穩定性研究，根據工程實際情況，分析地質勘察報告，對該段邊坡進行力學穩定性分析。運用數值模擬軟件，根據實際測定的邊坡力學參數，分析了邊坡的某個剖面，通過模擬得到該剖面的強度折減系數，也就是安全系數。再運用極限平衡法得出該剖面的安全系數，以兩個數據綜合判定得出結論。

Abstract： Taking the slope of Gejiu Southern Mineral Processing Experimental Demonstration Park in Yunnan as an example， the slope stability was studied. According to the actual situation of the project， the geological survey report was analyzed， and the mechanical stability of this section of slope was analyzed. Using numerical simulation software， according to the actual measured slope mechanical parameters， a certain section of the slope is analyzed， and the strength reduction factor of this section， that is， the safety factor， is obtained by simulation. Then use the limit equilibrium method to obtain the safety factor of the profile， and draw conclusions based on the comprehensive judgment of the two data.

關鍵詞：邊坡;穩定性;數值模擬;極限平衡;安全系數

Key words： slope;stability;numerical simulation;limit equilibrium;safety factor

中圖分類號：U416.14? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）23-0087-03

0? 引言

個舊地區為我省重金屬污染較嚴重的地區之一，為徹底整治區內重金屬污染，改善區內人民生產生活環境，避免國際糾紛，云南省擬在個舊地區建設重金屬污染整治示范試驗區（省級工業園區），將多年來歷史形成的規模小、生產力低、亂排放的小選廠集中建廠、集中排放、集中管理。本場地由于位于山麓斜坡地帶，在場地最北側由于地形坡度變陡，形成了一個最大高度為50m，長約360m的巖質高邊坡。邊坡穩定性直接影響場地擬建設施和人員安全，進而影響到未來重金屬污染整治示范試驗區的正常運營和經濟效益。

1? 邊坡地質特征

1.1 地形地貌

研究邊坡位于個舊市卡房鎮對門山山麓斜坡地帶，屬中生界地層的高中山巖溶斷塊山地貌，北、東、南三面環山，地形坡度為5～35°，以10～25°為主，具上陡下緩趨勢。研究邊坡分為2個，1#邊坡位于擬建場地北側西段，2#邊坡位于1#邊坡南側。

1#邊坡總長560m，以西端點為起點，從邊坡高度可以劃分為三段。

第一段：0～125m，邊坡高度5～10m，邊坡坡角75～85°，邊坡頂部植被較好，為灌叢，自然坡度以10～35°為主，具上陡下緩趨勢。

第二段：125～420m，邊坡高度10～50m，邊坡坡角75～85°，邊坡頂部植被較好，為灌叢，自然坡度以10～35°為主，具上陡下緩趨勢，為本次研究的重點段位。

第三段：420～460m，邊坡高度1～10m，邊坡坡角75～85°，邊坡坡頂為進入水池區道路，地形較為平緩，周邊自然坡度以5～15°為主，具上陡下緩趨勢。

2#邊坡總長420m，邊坡高度10m，邊坡坡角75～85°，邊坡坡頂為道路平臺，地形平緩。

1.2 邊坡工程地質特征

在邊坡區發育斷層一條斷層（f1），斷層穿越1#邊坡和2#邊坡，整體走向為60°，傾角60°，上下盤均出露中三疊統個舊組第三段，垂直斷距不大。沿斷層巖石擠壓破碎劇烈，兩盤巖層牽引構造明顯，該斷層為正斷層。

邊坡區巖層整體傾向南東，但受到邊坡區斷層的影響，巖層產狀變化較大。斷層下盤巖層整體傾向南東，但傾角變化較大，從西至東距離斷層越近巖層傾角越緩，斷層下盤巖層整體呈向斜構造。斷層下盤巖層在斷層作用下，除局部發生牽引變形外，1#邊坡東段（第三段）巖層整體產狀由傾向南東變為傾向南西，邊坡結構類型由斜向坡轉變為順向坡。

2? 邊坡穩定性分析

本次研究的個舊南部選礦試驗示范園區田灣片區邊坡分為2個邊坡，1#邊坡最大高度50m，2#邊坡最大高度10m。從整體上看，邊坡為斜向坡，整體處于穩定狀態，存在下列因素對邊坡穩定性影響較大：①節理面;②巖溶的影響;③風化帶。其中I區域巖體強度較低，邊坡穩定性最差;其余區域穩定性主要受結構面的控制，在節理相互切割情況下容易形成契形危巖體，出現局部滑坡或崩塌，同時，節理相互切割，邊坡巖體整體抗剪強度降低，可能造成邊坡整體失穩。目前，僅1#邊坡頂部有截水溝。

3? 邊坡穩定性的影響因素

3.1 巖溶

研究區地質構造較復雜，附近發育有卡房斷層、龍古口-壩西斷層、紅河深大斷裂，斷層，斷層、褶皺較為發育，巖體節理較發育，為地下水的滲流提供了通道，為巖溶發育提供了必要的條件，溶蝕裂隙的發育和貫通進一步形成了大的溶洞和巖溶通道。

3.1.1 地表巖溶和土洞

通過對擬建場地范圍內和附近地段的地質調查，場區地表巖溶主要形態為石芽、溶溝、溶槽，石芽高出地面0.5～1.5m，分布密度較大，其間充填有殘坡積粘土;石芽、溶槽和溶穴的發育方位多為西南向，溶溝、溶穴發育規模稍大的則形成溶洞。

3.1.2 地下巖溶

依據擬建場地工勘報告，工程地質鉆探完成的473個勘探孔中，遇溶洞的勘探孔有29個，合計溶洞33個，鉆孔見溶洞率為6.1%，線巖溶率為1%。現場水文及工程地質調查測繪發現場地地表及附近發育有巖溶洼地和落水洞共計13處。

3.2 危巖體

由于開挖邊坡地形陡峻，地形坡度大于70°，節理裂隙發育，節理相互交割沿邊坡中上部分布不同規模的契形危巖體，加之邊坡開挖過程的爆破松動，這些危巖體可能對擬建場區建構筑物和人員的安全造成潛在隱患。

3.3 特殊性土

3.3.1 紅粘土

研究區為碳酸鹽類灰巖石芽殘丘地貌，碳酸鹽巖的風化物是紅粘土的物質來源，紅粘土主要分布于研究區的溶蝕槽谷低洼地段及石芽間溶溝、溶槽內。根據場地工勘階段鉆探揭示及室內土工試驗結果：研究區紅粘土特性符合干縮性及上硬下軟的一般規律，厚度變化受原始地形、下伏基巖面的起伏變化關系密切，空間分布、基巖面起伏變化較大。

3.3.2 填土

研究區內場地開挖平臺上，沿開挖平臺兩側堆放有人工填土，厚度1.0～2.30m，回填時間較短，未經分層壓實，較松散。

4? 工程實例

4.1 建立模型

根據邊坡工程地質實際情況建立邊坡模型見表1，邊坡底部基巖模型高H=25m，邊坡角為71°。

剖面局部計算剖面位置圖見圖1。

4.2 Geostudio數值模擬結果分析

4.2.1 計算模型

數值模擬的可靠性在一定程度上取決于所選擇的計算模型，包括數值模擬的目的;邊坡結構的簡化;選擇適當的計算域和計算模型的離散化處理;確定計算模型的邊界約束條件;選取巖體力學參數及其破壞準則等問題。在數值模擬過程中，不可能將影響邊坡穩定性的因素都面面俱到地考慮進去。因此，本次模擬作了一些必要的假定。

4.2.2 計算方案

本次模擬計算分為2步：①原始應力狀態，對所構建的模型施加自重應力，形成自重應力場，分析此時模型的應力分布和位移情況。②工況穩定性計算，該步驟主要與原始狀態進行比較，通過對天然、地震（按烈度Ⅶ度計算）和暴雨三種工況的邊坡穩定性模擬計算，分析現狀邊坡是否處于穩定狀態，以期為后續邊坡治理提供基礎。

主要從位移、應變、各工況穩定性系數等方面對計算結果進行分析，計算結果分別見圖2～圖6。

從圖2和圖3可以看出邊坡剖面原始狀態下的最大剪應變0.00055，位移為0.0010m。從圖4可以看出，在天然工況下，邊坡剖面的穩定性系數大于1.15，處于穩定狀態;在地震工況下，邊坡剖面穩定性系數大于1.0小于1.05，處于欠穩定狀態;在暴雨工況下，邊坡剖面穩定性系數小于1.0，邊坡均處于不穩定狀態。從模擬結果來看，此次邊坡受暴雨的影響更大，在暴雨條件下可能產生滑坡崩塌等地質災害現象，同時在發生較大地震時，邊坡內部結構也會受到一定影響。

5? 邊坡穩定性系數計算

研究邊坡貫通結構面均為層面，邊坡為斜向坡并且巖層微傾向坡內，對邊坡穩定有利，邊坡不存在傾向坡外的貫通性結構面。因此，在邊坡整體穩定性計算時應按照節理化巖體邊坡考慮，在邊坡巖體參數研究結果基礎上，進行邊坡整體穩定性計算。

本次計算剖面為根據邊坡現狀圖所做的剖面，計算采用極限平衡法中的Bishop法。計算結果分別為天然工況下安全系數為1.188，天然+裂隙水工況下安全系數為1.018，天然+地震烈度7°工況下安全系數為0.933。

可以看出，邊坡剖面整體穩定性在天然情況下，穩定性安全系數大于1.15，邊坡處于穩定狀態;天然+裂隙水情況下，剖面穩定性安全系數在1.00～1.05之間，邊坡處于欠穩定狀態，在地震烈度按7°考慮時，剖面穩定性安全系數均小于1.00，邊坡處于不穩定狀態，計算結果和實際情況一致。

6? 結論

依據極限平衡法和數值模擬方法穩定性計算結果，綜合表2，以保護園區安全為核心，邊坡整體穩定性綜合判定在兩種方法中以偏于保守為原則，即取兩種計算方法中的小值作為最終判定依據，作為邊坡永久治理依據。

通過極限平衡法和數值模擬方法綜合判定，邊坡在天然工況下邊坡整體穩定性處于穩定狀態，在暴雨工況和地震工況下邊坡整體穩定性不穩定狀態。

參考文獻：

[1]柏樹豐.FLAC與極限平衡法聯合分析高陡礦山邊坡穩定性的應用研究[J].價值工程，2020，39（03）：188-190.

[2]童永杰.基于用數值模擬技術分析金屬露天礦山邊坡穩定性[J].世界有色金屬，2019（21）：204，206.

[3]孟祥鎮.天柱山某邊坡穩定性分析[J].佳木斯大學學報（自然科學版），2020，38（01）：33-36.

[4]馬萬龍.石門水庫上游裂隙巖邊坡穩定性影響因素研究[J].吉林水利，2020（01）：52-54，62.

[5]孫進步，汪正果.將軍戈壁二號露天煤礦邊坡穩定性研究及防治措施[J].煤炭與化工，2020，43（01）：101-104.