邊坡支護工程在礦山地質災害治理施工中的應用

甘星星，隆 延

（江西省地質局二六六大隊，江西 南昌 330038）

使用邊坡支護工程可以改變邊坡的受力，提升邊坡的結構穩定性，有效控制地質災害，提升施工現場的安全性。為此，應結合實際情況加強對施工中支護技術使用方法的研究，確定危險位置，發揮支護結構的作用[1]。

1 應用邊坡支護對礦山穩定性作用

1.1 降低邊坡的應力變形

礦山邊坡會受到自身重力、開采過程中的振動、地質活動等外部作用，使其會出現應力變形，如果應力變形過大，會改變邊坡的受力方式，以及造成邊坡結構出現損壞，導致邊坡出現坍塌等事故。根據礦山邊坡的破壞形式和應力變形的特征，可以將邊坡的破壞模式分為傾倒、平移拉裂、楔形體變形。

傾倒主要受到巖體重力的作用產生傾倒力矩，隨著力矩超出巖體的承受能力，導致巖體失去穩定性，在坡度較大的掩體上容易出現傾倒，尤其在巖體不連續時容易在破面方向上出現傾倒變形，最終會出現成塊的彎曲和傾倒。巖體在受到橫向節理作用下，會受到連續切割，導致巖體容易出現彎曲變形，也會導致傾倒出現。

邊坡的平移拉裂變形一般出現在坡體傾角較小的滑移結構順層邊坡，受到重力的作用，邊坡和節理的裂隙會相互切割，在重力的作用下會有拉伸產生，周圍的約束解除后，由于傾角已經大于巖層的內摩擦角，所以如果礦區出現爆破或者降雨導致巖體的結構穩定性下降，巖體就容易沿著滑移面產生平移拉裂變形。

楔形體變形一般在兩組或者以上結構面的邊坡中出現，主要來自結構面相交導致楔形體變形出現，會沿著交線產生滑動，導致邊坡受到嚴重的破壞。

結合以上破壞模式分析，所有的破壞模式都是在應力作用下邊坡出現變形，導致邊坡內部脆弱位置結構受到破壞，并逐漸擴大至整體結構損壞，最終導致事故。邊坡支護可以在外部施加反向應力，抵消重力等應力對邊坡的作用，控制邊坡形變，避免邊坡結構損壞，實現對邊坡的支擋作用。

1.2 解決危險巖體墜落隱患

礦山開發過程中會使用爆破等開發方式，導致巖體受到振動影響，并在內部出現裂隙結構，如果有外力作用，巖體很容易沿裂隙結構破碎，這類巖體即礦山中的危險巖體，對施工人員的安全威脅較大，還會限制礦山開發的技術應用。為了解決安全隱患，一般會定期檢查和清除小型危險巖體，對于規模較大的危險巖體，則會采取加固的方式，防止巖體墜落，去除礦山工程的隱患。

如果發現邊坡表面存在大量危巖體，應該及時清理已經松動的演示，清理已經出現裂紋的風化層和巖面，通過放坡以保證坡體具有足夠的傾斜率，提升邊坡結構的整體穩定性。而利用邊坡支護結構，能支擋破碎的巖體，確保礦山施工的安全。在治理存在危險的巖體時，邊坡支護工程一般都是用人柔性網覆蓋危險巖體，通過在垂直方向的約束和作用力有效控制巖體的空間位移，實現對滑塌和墜落的限制。支護是一種主動控制方法，確定支護結構時應該掌握巖體裂紋的分布情況，確定對巖壁的打孔位置，確定放置錨桿和注漿的操作工藝，有效使用錨桿加固危險巖體和潛在的滑體。這種非封閉的結構也保證巖壁植被有恢復的空間，并且依靠柔性網的柔性特點，可以適應不同的邊坡結構[2-4]。

2 使用邊坡支護工程對礦山邊坡的深層加固

2.1 提升抗滑力保證邊坡穩定性

通過使用邊坡支護工程，可以對礦山的邊坡進行深層次加固，使邊坡的抗滑力更強，避免邊坡出現失穩情況。由于邊坡所具有的復雜內在結構，因此會導致如果出現失穩將會導致比較復雜的地質結構破壞。對邊坡失穩進行分析時，一般將邊坡失穩過程假定為剛體沿著巖體某個點進行中心旋轉，將裂面視為速度不連續的界面，對巖體進行單元微分，根據巖體的土質中度λ、滑裂面的法向力β、內摩擦角φ可以對旋轉角度為θ的情況下巖體對外的做工進行計算。則：

在計算巖體內能消耗功率時，會利用滑面的剪應力α計算：

對邊坡的臨界高度進行計算時，會使用公式：

上式中函數f(θ)的極小值是邊坡的穩定系數，在分析邊坡穩定性時，需要對穩定系數求解，完成對邊坡穩定性的分析，并以此為基礎分析支護工程的巖土條件、實際荷載情況，以及對邊坡的受力情況進行定量研究。通過分析研究，可以確定錨桿支護的穩定性，改善邊坡的抗滑能力，提升邊坡的安全性。

2.2 支護結構提升邊坡抗震能力

邊坡支護結構能夠和巖體構成一個整體，利用支護結構強化巖體的整體結構，提升巖體的承受能力和抗震性。礦山開發過程中，邊坡所受的作用在不斷改變，巖體的原始應力在開挖的影響下不斷釋放，所以受力狀態也在改變，巖體的形變可以使巖體向新的平衡態轉變，但是也會導致巖體結構損壞。而邊坡支護結構可以更好地改變受力平衡狀態，提升巖體結構的穩定性。另一方面，通過邊坡支護結構也對巖體進行了有效的支擋，可以控制巖體的自由刑辯，在支護加固結構的同時，也能對巖體產生反向作用力限制巖體的位移。通過使巖體和支護結構緊密連接，可以構成一個剛性整體，下滑推力會從外部傳送到深部的穩定地層，通過嵌固作用能夠讓巖體具備更強的抗震能力，由于支護結構為巖體增加了垂直滑移面的作用力，所以改善了滑移面的力學性質，并且增加了滑移面的表面摩擦力，時巖體受到的滑動推力明顯降低，最終使抗震能力得到明顯提升。

3 邊坡支護試驗分析

3.1 穩定力學參數

以某礦山工程的斷面為例，分析邊坡治理工作過程中的穩定性和力學參數，對現場收集滑體巖土、滑帶巖土各10例進行室內力學試驗，通過測試和對抗剪強度展開分析，獲得巖體的抗剪強度參數為：

表1 巖體抗剪強度參數

通過對實地勘查結果進行綜合分析，確定邊坡的力學穩定參數為：

表2 穩定性力學參數

3.2 邊坡穩定性分析

為了檢驗邊坡支護工程的效果，分析對地質災害治理的作用，需要針對邊坡支護前后的穩定性變化進行分析，研究邊坡各個特征點在水平方向、豎直方向的位移情況，然后進行數據對比。通過對強度折減情況的分析，確定邊坡在支護前安全系數為1.27，雖然整體狀態比較穩定，但是在一些局部還有不穩定問題，尤其是在礦山周圍的高邊坡位置，安全隱患比較嚴重，為此必須對這類位置進行加固處理。經過支護加固之后，高邊坡的安全系數達到了1.9，得到了明顯的提升，證明通過支護工作可以在工程地質災害防治工作中獲得比較好的效果。

4 結語

通過對邊坡支護工程在礦山地質災害的影響展開分析，證明利用邊坡支護能滿足提升邊坡穩定性的要求，極大程度降低了工程施工中的地質災害，能保證礦山開發的安全性。在研究過程中，除了要考慮巖土的影響，也需要繼續分析礦山周邊地下水文作用對礦山的影響，加強對礦山所處環境的模擬，分析地質環境的實際情況，確定最合理的支護形式。