GEO-SLOPE軟件在某露天礦山邊坡穩定性分析及治理方案選擇研究

聶緒斯，趙琛

（云南華聯鋅銦股份有限公司，云南 馬關 663700）

某露天礦山采場位于云南省文山州馬關縣境內，屬大型以鋅、錫、銦為主，伴生有銅、銀、鐵、硫等多種可回收的有益組分的礦床，其露天邊坡最高處為1430m，隨著采剝工程的不斷推進，目前采場最低標高為910m，其中采場東幫最大垂直邊坡高度350m。所處區域主要分布片巖、矽卡巖、大理巖、片麻巖、片麻狀花崗巖，F0斷層從東幫采場近于平行邊坡走向通過，其間次級構造或破碎帶軟弱結構面較發育，出露巖體的節理裂隙較發育，巖體風化強烈、破碎，結構松散、強度低、遇水易軟化膨脹。在地震、暴雨、采掘、爆破活動等不利因素影響下，對礦山安全生產存在影響和危害。因此，對該礦山東幫邊坡穩定性分析及治理勢在必行。

1 邊坡穩定性分析

表1 某礦區巖體物理力學參數

邊坡的穩定性受物質條件、結構條件、環境條件3方面的綜合影響，物質條件、結構條件是邊坡本身固有的，且邊坡破壞是以巖體結構破壞為前提的，其特性決定著邊坡的穩定狀況。環境條件多變是誘發滑坡的因素，誘發滑坡的環境條件主要是降雨、地震、人類活動。

由于在一定的強度指標和滑動模式下，實際發生破壞的滑動面必定為安全系數最小的潛在滑動面。因此，采用極限平衡法研究邊坡的穩定性時，潛在滑面的確定就成為了關鍵。

本次選取加拿大巖土軟件開發商GEO-SLOPE公司開發的GeoStudio v7.10軟件進行計算，計算方法為Bishop法，有程序自動搜索潛滑面。本次選取東幫邊坡中部具有代表性的3-3剖面線為計算展示圖。

該礦山采場東幫邊坡工程安全等級為II級，礦區抗震設防烈度為Ⅵ度區第一組，礦區地殼穩定性為穩定區，可不考慮地震對邊坡的影響，其安全評價準則為：不考慮地震時，邊坡安全系數Fs＞1.20，邊坡處于穩定狀態，Fs在1.05～1.20之間，邊坡處于基本穩定狀態，Fs在1.00～1.05之間，邊坡處于欠穩定狀態，Fs＜1.0時邊坡處于不穩定狀態。

1.1 邊坡現狀分析

在自然狀態下利用GEO-SLOPE計算分析邊坡穩定性的計算模型及滑坡模式如圖1所示，計算結果為在自然狀態下安全系數 sF=1.087，處于極限基本穩定狀態，滑動面處于F0上盤，需采取措施保證邊坡穩定性。

圖 1 3-3剖面圖自然狀態計算模型

1.2 削坡減載治理方案分析

方案一：將當前1170～1260m主運輸道路布置在當前東幫BW1潛在滑動面下盤，將1080～1170m主運輸道路布置在BW1上盤厚大的大理巖層內，BW1上盤臺階坡面角調整至45°，BW1下盤臺階坡面角調整至53°，BW1下盤的1260平臺預留55m。

方案二：將當前1170～1260m主運輸道路布置在巖性穩定的F0下盤，將1080～1170m主運輸道路布置在F0上盤厚大的大理巖層內，F0上盤臺階坡面角調整至45°，F0下盤臺階坡面角調整至60°，在F0上盤的1170平臺、1200平臺、1230平臺預留50～80m，F0下盤的1260平臺預留55m。

1.2.1方案一計算結果分析

方案一計算結果如圖2、圖3所示，自然狀態下，邊坡的安全系數 sF=1.205，處于含水狀態下，邊坡的安全系數sF=1.173，邊坡僅屬于基本穩定狀態，基本達到安全系數要求，其余剖面穩定性系數計算如表2所示。

圖2 3-3剖面工況Ⅰ穩定性計算圖

圖3 3-3剖面工況Ⅱ穩定性計算圖

表2 方案一治理后穩定性系數

1.2.2方案二計算結果分析

根據現場實地踏勘結果，銅街、曼家寨露天采場東幫邊坡經歷數次垮塌，形成的現狀邊坡處于欠穩定狀態，此次邊坡上部削坡減載治理方案將1080m上部邊坡通過進一步優化調整邊坡參數削坡卸載，進一步降低邊坡角，F0斷層上盤欠穩定邊坡高度降低50～90m，5個計算剖面靠幫后邊坡的安全系數均大于1.2，滿足相關規范的要求。計算結果如圖4、圖5所示。

圖4 3-3剖面工況Ⅰ穩定性計算圖

圖5 3-3剖面工況Ⅱ穩定性計算圖

表3 方案二治理后穩定性系數

方案一雖臺階坡面角可實施性強，但除1170-1200路段外其余均布置在F0上盤，安全穩定性系數仍處于基本穩定范圍內，同時預留平臺較少，后期對于邊坡淺層滑移治理能力弱。方案二將1170～1260m道路布置在F0下盤，道路質量穩定性更高，其次整體邊坡角更緩，邊坡安全性更高，同時在F0上下盤均有預留平臺，對于后期淺層滑移治理及F0斷層區域深層滑移均有應對空間，雖工程量、工期、治理費用均最高，但相比之下，方案二更能達到治理效果。

2 結語

（1）F0斷層為采場東幫邊坡穩定性控制性構造，對邊坡的穩定性起決定性作用；潛在不穩定邊坡（BW1）處于F0上盤，位于露天采場東幫境界內，接觸面為大理巖及矽卡巖、化片巖與石英云母片巖接觸部位，是現狀臺階變形、滑動的主要活動面。綜合考慮，調整東幫上段主運輸道盡可能地設置于相對穩定、堅固的大理巖、矽卡巖地段，盡量避讓或者少通過F0斷層破碎帶及易滑地層，同時，進一步實施削坡減載治理工程，降低東幫邊坡不穩定體負荷，改善東幫邊坡的穩定性。

（2）通過方案二計算出東幫邊坡安全系數均在1.2以上，滿足安全規程要求。

（3）邊坡位移滑坡是一個漸進發展的過程，利用GEOSLOPE軟件計算削坡治理后穩定性較好，但其東幫邊坡地處F0斷層，仍有淺層滑移的可能性，應在邊坡合理位置預留一定寬度的平臺為后期治理提供條件。