基于Slide 法的磨坊露天磷礦邊坡穩定性分析

謝凡豪

（甕福（集團）有限責任公司，貴州 福泉 550308）

0 引言

露天采場邊坡問題一直是我國巖土工程中的熱點之一，隨著土木工程事業的不斷發展，此課題越來越受到人們的重視[1-3]。并且國內外學者從不同角度各個層面研究并取得諸多成果。如Rose N.D.等用反速法預測了露天礦邊坡的失穩[4]；PatnayakSibabrata等人采用極限平衡法、數字法對邊坡穩定性進行了分析；Singh V.K.等人采用工程地質法對深凹露天礦邊坡進行了設計[5]。由于采用理論計算方法分析邊坡問題的計算量通常較大，因此采用計算機輔助設計的手段，更有利于減小設計的難度，提高設計效率和準確性，減輕工程設計人員負擔。

Slide 軟件是加拿大Rocscience 公司開發的產品，該軟件使用垂直條塊極限平衡分析方法（例如Bishop，Janbu，Fellenius 等方法）來分析滑動面的穩定性。它不但能計算單個已知滑面的安全系數，也可使用多種自動搜索方法來搜尋給定邊坡的最危險滑動面，并且還適應于圓弧與非圓弧的畫面搜索。本文采用簡化Bishop 法對甕福磷礦磨坊露天磷礦進行邊坡穩定性分析，并選用Morgenstern-Price 法進行校驗，驗證施工圖設計參數是否合理。

1 工程概況

甕福磷礦磨坊礦位于貴州省甕安縣、福泉市境內，隸屬黔南布依族苗族自治州。磨坊礦段南北長4.6 km，東西寬0.8～1.9 km，礦體展布面積2.99 km2。礦床規模為大型，工業磷礦層呈層狀產出，礦層由東向西劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號三個礦體（塊）。

本次開采范圍為Ⅱ號礦體2—5 號勘探線內礦體，礦層頂板為白云巖，礦層直接底板為硅質巖，頂底板穩定性較好，強度較高，工程地質條件較好。礦體受斷層F18 影響，將開采范圍內礦體劃分為南、北采區。北采區礦層傾向北西，平均傾角15°，平均厚度8.84 m；南采區礦層傾向北西，平均傾角10°，平均厚度11.73 m。礦層厚度較穩定、品位均勻，露天境界剝采比為4.03 m3/t。按照設計的露天境界，露天開采終了礦體模型如圖1 所示。

圖1 露天開采終了礦體模型

2 露天采場邊坡參數選取

2.1 邊坡受力計算分析方案

根據邊坡體的地質情況，為反映邊坡體在荷載條件下的穩定性，對邊坡剖面的2 種工況進行受力情況分析，即工況一為自重，工況二為自重+爆破震動。

據區域地震史料，礦區及相鄰地區沒有發生過破壞性地震記錄。根據《建筑抗震設計規范》（GB 50011—2010）之規定，礦區地震分組為第二組，抗震設防烈度為7 度，設計基本地震加速度值為0.1g。

2.2 安全系數限值選取

邊坡穩定性計算安全系數限值一般按照運行期考慮，結合甕福磷礦開采礦山設計經驗選取安全系數限值。本次分析中安全系數限值在工況一（考慮自重）時取1.50；工況二（考慮自重和爆破震動）取1.30。若計算出的安全系數大于限值則視為邊坡穩定；反之則不穩定。

2.3 邊坡參數設計

露天礦采區設計的結構參數為：臺階高度10 m（3 個臺階并段，并段后終了臺階高度為30 m），臺階坡面角60°～75°，清掃平臺寬度10 m，終了邊坡角42°～47°（上盤）。由于礦體傾向為緩傾斜，因此下盤終了邊坡角為礦體傾角。

3 邊坡穩定性計算分析

3.1 計算剖面與參數選取

根據礦區工程地質條件，結合開采設計方案和礦山工程水文地質情況，共選取了2 個典型的最危險上盤邊坡剖面進行分析，如圖2 和圖3 所示。

圖2 西北部上盤典型邊坡剖面

圖3 西南部上盤典型邊坡剖面

該礦山地質詳勘報告提供了詳細的巖石力學參數，但此僅為實驗室數據。在工程實際中，巖體存在結構面、充水等不良地質影響，巖體強度弱于巖石強度。因此在做工程計算時，有必要對巖石力學參數做適當的工程折減[6]，以確保理論分析與計算盡量符合工程實際。

本次計算分析中使用的主要巖體的力學參數如表1 所示。

表1 工程巖體力學參數

3.2 邊坡穩定性分析

根據上述計算剖面和計算參數，采用Slide 軟件中簡化Bishop 法對甕福磷礦磨坊露天磷礦進行邊坡穩定性分析，并選用Morgenstern-Price 法進行校驗。

上盤邊坡穩定性的計算結果如表2 所示。

表2 上盤邊坡穩定性計算結果

西北部上盤典型邊坡剖面工況一和工況二計算結果分別如圖4 和圖5 所示。

圖4 西北部上盤邊坡穩定性工況一（自重）計算結果

圖5 西北部上盤邊坡穩定性工況二（自重+爆破震動）計算結果

西南部上盤典型邊坡剖面工況一和工況二計算結果分別如圖6 和圖7 所示。

圖6 西南部上盤邊坡穩定性工況一（自重）計算結果

圖7 西南部上盤邊坡穩定性工況二（自重+震動爆破）計算結果

按照終了境界上盤選取的危險邊坡剖面以及采用工程折減的巖石力學性質指標，采用Slide 軟件計算終了境界上盤邊坡的穩定性。簡化Bishop 和Morgenstern-Price 兩種方法計算的安全系數，在工況一（自重）時均高于1.5，在工況二（自重+震動爆破）時均高于1.3，說明設計的終了境界區域整體邊坡處于穩定狀態。

4 結論

1）利用Slide 軟件對磨坊露天磷礦上盤邊坡的穩定性進行計算分析設計的邊坡穩定性良好，安全系數滿足安全系數限值的要求。

2）驗證了施工圖階段所設計的邊坡參數能夠滿足現場實際的技術標準和生產需要，并且邊坡穩定性分析對磨坊礦的安全高效生產意義重大。

3）邊坡具有動態性、時效性、復雜性階段性以及循環性等特點，露天礦邊坡的防治應貫穿于整個露天礦山開采過程中。