基于GeoStudio的某金礦露采邊坡穩定性分析

王書昭，李乾龍，王丹

(1.中國有色金屬工業西安勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710000；2.江西理工大學 資源與環境工程學院，江西 贛州市 341000)

0 引言

目前，理論研究、模型試驗和現場監測已成為巖層控制研究的主要方法，但在土和巖石等非均勻介質、非線性材料、現場應力條件復雜等問題中，解析方法假設過多，難以得出真實解[1]。近幾十年來，隨著計算機技術的飛速發展，數值模擬計算方法在采礦工程領域的應用越來越廣泛[2]。采用數值模擬可以減少實驗室試驗和現場試驗的工作量，降低成本，縮短周期，也可以模擬巖體復雜的力學結構特征，還可以分析各種穩定性問題和施工過程[3]。因此，數值分析方法是解決巖土工程問題的有效工具之一。

影響露天礦邊坡穩定性的因素很多，從源頭上可分為兩類。一類是巖體的礦物組成和地質構造面；另一類是自然和人為外部因素的影響等[4]。本文將根據室內巖石力學試驗的參數，經過折減，利用Geo-Studio軟件計算目標邊坡自然狀態、降雨狀態、地震狀態下的穩定性。

1 礦區概況

礦區位于松潘甘孜構造帶與揚子地臺的結合部，礦床屬構造破碎帶蝕變巖型金礦床。10號、15號礦體是礦區的主要礦體，礦體規模大。10號礦體分布于礦區中部，東西長1250 m、南北寬約350 m，礦體地表出露海拔高度為3820～4080 m。15號礦體分布于礦區東部，東西長約600 m、南北寬約250 m，礦體地表出露海拔高度為3840～4070 m。該礦區礦體基本特征見表1。

表1 某金礦礦床基本特征

通過現場采樣，在實驗室進行巖石力學試驗，確定巖石強度參數，進而確定巖體強度參數，由于碳質板巖傾角與最終坡面角基本一致，故取室內試驗參數的1/25作為巖體力學計算參數[5]。在降雨情況下，礦物巖石以及膠結物發生軟化，導致強度降低，計算時，首先根據現場調查情況確定地下水浸潤線，對浸潤線以上巖體強度取自然狀態下的參數，以下部分取飽和巖體強度參數[6]。根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）查得基本的地震烈度及建筑抗震設防類別和設防標準為：抗震設防烈度為7度[7]，基本地震加速度按0.15g計算。巖體力學參數見表2。

表2 巖體力學參數

2 模型建立及結果分析

2.1 建立剖面計算模型

選取條件最為不利的①號剖面與②號剖面進行邊坡的穩定性分析，剖面平面位置見圖 1，根據等高線作出2個邊坡位置的剖面CAD圖，并導入Geo-Studio模型建立模塊，模型詳見圖2、圖3。選用摩爾庫倫準則進行強度計算。

圖1 邊坡穩定驗算剖面位置

圖2 ①號邊坡剖面

圖3 ②號邊坡剖面

2.2 結果分析

邊坡穩定性采用極限平衡法進行分析，選擇Morgenstern-Price法、Spencer法2種分析方法進行自然、降雨、地震工況下的計算[8]。計算云圖見圖4、圖5。兩種方法計算的安全系數同一工況下取小值。計算結果顯示，①號剖面在自然條件下邊坡的穩定系數為1.222，在降雨工況下，下降到1.083，在地震工況下，則降到1.042；②號剖面在自然條件下邊坡的穩定系數為1.219，在降雨工況下，下降到1.108，在地震工況下，則降到1.094；綜合來看，②號邊坡比①號邊坡的穩定性要好，這與其幾何形狀有很大關系，②號邊坡的高度、最終邊坡角都要小于①號邊坡。

圖4 ①號剖面計算云圖

圖5 ②號剖面計算云圖

3 結論

（1）不同工況下，采用極限平衡法計算露天采場最終邊坡的最小穩定性系數，計算結果表明，邊坡的最小穩定性系數均大于要求的穩定性安全系數，設計推薦的邊坡結構參數滿足安全性要求。

（2）從 2種不同的極限平衡計算方法得出的結果可以看出，同一邊坡剖面在同一工況下計算得到的穩定性系數比較接近，誤差很小；從計算云圖結果發現同一工況下不同計算方法的潛在危險滑移面的位置幾乎相同。

（3）實際邊坡地質結構復雜，開采中應注意軟弱夾層對巖體穩定性的影響，應加強邊坡穩定性監測，如有條件，在危險邊坡位置安裝實時監測傳感器，構建滑坡預警系統，對軟弱結構應采取相應的預防治理措施。