露天礦山軟硬互層型邊坡穩定性影響研究現狀

熊昊

摘 要：本文針對軟硬互層邊坡穩定性影響的復雜工程難題，對邊坡變形破壞類型與影響因素研究現狀、巖質邊坡穩定性評價方法研究現狀、軟硬互層型邊坡變形破壞模式研究現狀進行研究。分析露天礦山軟硬互層型邊坡穩定性影響研究進展，為此類型邊坡后續研究提供支撐。

關鍵詞：軟硬互層型邊坡;邊坡穩定性;研究現狀

中圖分類號：X936

露天礦山軟硬互層型邊坡中，巖石性質具有較大差異，在破壞時間與空間上不具備連續性，導致分析邊坡破壞模式相對復雜，影響此類邊坡開挖建設過程中的穩定判斷，對邊坡支護與治理造成困難。當前，人們對軟硬互層邊坡破壞模式的認知較為有限，需要進一步深化研究。

1 邊坡變形破壞類型與影響因素研究現狀

1.1 邊坡變形破壞類型研究現狀

邊坡變形破壞類型根據邊坡結構的多樣性而呈現復雜多樣的特點，1973年Hoek.E將邊坡的破壞模式細分為圓弧性、平面型、楔體型及傾倒型，對每一種破壞模式的破壞特點進行了詳細介紹。1992年，張倬元等人分類包括邊坡蠕變變形滑動至巖體承壓拉裂過程、沿滑移面滑動至承壓致使巖體拉裂過程、邊坡彎曲變形致使巖體拉裂過程、巖土體的塑性流動至拉裂破壞及邊坡滑移至彎曲的破壞過程。

軟硬互層型邊坡常包含兩種或兩種以上巖性具有較大差異巖體，眾多學者對軟硬互層邊坡分類進行了研究，如2011年宋玉環根據軟硬互層邊坡坡體結構與巖體結構為標準進行劃分。

1.2 邊坡變形破壞主要影響因素研究現狀

軟硬互層邊坡變形破壞是受到多種影響因素共同作用的結果，各種影響情況不僅包括地質構造、地形地貌、軟硬巖自身性質等邊坡自身因素，還包含降雨、邊坡開挖等自然與人為等外在因素。

綜上，軟硬互層邊坡分類體系根據分類方式的不同而具有差異。此外，此類邊坡變形破壞機制不僅受到外界因素所影響，如降雨、地震等。還與軟硬巖厚度、巖層傾角的組合密切相關。

2 巖質邊坡穩定性評價方法研究現狀

邊坡穩定性評價是指：對邊坡穩定條件進行研究，以判斷邊坡巖體抵抗變形破壞能力的可靠程度。如今，邊坡穩定評價方法分為三大類：

2.1 定性分析法

定性分析方法是指基于工程地質勘查，探清暫未發生滑坡現象邊坡的滑移概率，可能出現的滑坡模式;對已經變形破壞邊坡的成因從地質演變角度進行調查，為預防再出現類似滑坡奠定基礎。定性分析方法經驗性較強，此方法會產生較大的局限。

2.2 定量分析法

定量分析法受限于當前技術發展水平，邊坡穩定性評價還未達到全定量分析的高度。極限平衡法其實質上是根據力和力矩的平衡建立方程，通過計算邊坡穩定安全系數，進而分析邊坡穩定狀況。定性分析法與極限平衡法無法考慮邊坡體內的應力應變關系，因此需引入數值模擬法進行分析。數值模擬法主要包括有限元法（FEM）、離散元法（DEM）等。有限元法缺點是不能很好的模擬非連續巖土體。而離散元法可以很好的模擬非連續巖土體，處理不連續介質時十分具有優勢。

2.3 非確定分析方法

在邊坡穩定性分析中存在一些不確定性因素，因此，人們引入非確定性分析方法，該方法的應用有助于人們更全面、更精準的分析邊坡穩定問題[1]。

定性分析法發展至目前已經相對成熟，其只適用于評判邊坡穩定的最初階段。因此在研究軟硬互層型巖質邊坡時，最常用的方法仍然是數值分析法中的離散元法。

3 軟硬互層型邊坡變形破壞模式研究現狀

3.1 軟硬互層型順層邊坡變形模式研究現狀

軟硬互層型順層邊坡失穩破壞機制具有獨特性。1994年張倬元等人[36]將軟硬互層順層滑坡劃分為塑流-拉裂式滑坡與平推式滑坡，前者是由于上覆巖層自重原因致使下伏軟巖產生塑性流動，導致上覆巖層產生滑移;后者是雨水入滲作用下，邊坡發生平移推出式滑坡現象。

研究表明：軟硬互層型順層邊坡滑坡變形機制大致過程為：在降雨、地下水等誘發因素作用下，軟、硬巖的差異性分化與不均勻蠕變狀態致使邊坡出現不協調變形，最終發生順層滑坡現象。

3.2 軟硬互層型反傾邊坡變形模式研究現狀

此類邊坡因其變形破壞機制復雜研究較為復雜。1957年，Talobra首次將層狀反傾邊坡的傾倒破壞過程進行了描述。2020年，朱淳[50]通過相似模擬試驗與數值模擬對內蒙古某反傾邊坡進行研究，發現邊坡呈階梯狀傾倒，并對邊坡傾倒破壞過程進行了詳細描述[2]。

研究結果表明，軟硬互層型反傾邊坡破壞機制不僅受到外界環境如風化、侵蝕、降雨等因素影響，還因自身特殊的巖體結構而具有其復雜性與獨特性。軟硬巖長期相互作用會導致邊坡應力不斷重分布，邊坡自頂端開始逐漸向臨空面產生位移、出現“點頭哈腰”現象。由于硬巖大多為脆性巖石，而軟巖多為塑性巖石，因此硬巖會首先出現彎曲的張裂隙并逐漸貫通，邊坡最終發生破壞。

4 結論

通過對軟硬互層型邊坡穩定性影響研究的論述， 得出以下結論：

（1）軟硬互層邊坡坡變形破壞機制不僅受到降雨、地震等外界因素影響還與軟硬巖厚度、巖層傾角的組合密切相關。

（2）定性分析法發展至目前已經相對成熟，但局限性較大。非確定分析方法尚不完善，因此在研究軟硬互層型巖質邊坡時，最常用的方法仍然是數值分析法中的離散元法。

（3）軟硬互層型順層邊坡滑坡變形機制為：軟、硬巖的差異性分化與不均勻蠕變狀態致使邊坡出現不協調變形，最終發生順層滑坡現象。軟硬互層型反傾邊坡破壞機制為：軟硬巖長期相互作用下，軟巖會出現“點頭哈腰”現象;硬巖會首先出現彎曲的張裂隙并逐漸貫通，邊坡最終發生破壞。

參考文獻：

[1]Yanji S，Yanqiu P，Zhongliang Z， et al. Fuzzy comprehensive assessment of running condition for a large-scale centrifugal compressor set[J]. Chinese Journal of Chemical Engineering，2019，27（12）： 2979-2988

[2]朱淳. 層狀反傾巖質邊坡傾倒變形破壞機理及NPR錨索控制實驗研究[D]. 吉林大學，2020： 152