四川攀枝花某岩质边坡稳定性研究
安家金 许汉华 雍伟勋 康杰 施涛
摘?要：邊坡是露天矿山最主要的结构要素，露天矿山边坡稳定性研究与建筑、公路、水利、铁路等工程边坡对比，具有鲜明的特色、复杂性。本文首先介绍了四川攀枝花某露天矿山岩质边坡工程概况，依次从地形地貌、地层结构、结构面情况、构造分布情况、水文地质条件五个方面分析了研究区地质背景情况，并简要分析了爆破对边坡稳定性的影响，根据《非煤露天矿边坡工程技术规范》（GB 51016-2014）对研究区露天矿山岩质边坡进行了等级划分;最后对该岩质边坡进行稳定性分析研究并提出了相关建议。
关键词：露天矿山边坡;边坡工程;边坡稳定性;岩体结构面;岩体基本质量指标BQ
人类很早就领略山坡的美感，也从生产中体会到山区生存不便，更在滑坡崩塌地质灾害中意识到边坡的危害，从适应自然到改造自然;从初始的类比坡率法发展到结构分析法、极限平衡分析法及数值模拟分析法。边坡是露天矿山最主要的结构要素，露天矿山边坡稳定性评价与建筑、公路、水利、铁路等工程边坡相比，具有鲜明的特色、复杂性[1]。结构面是影响大型露天矿山边坡稳定性的重要因素，精确快速获取岩体结构面信息是大型露天矿山边坡稳定性评价的前提和基础[2，3]。传统岩体结构面测量主要为接触式测量，如测线法与测窗法等[4]，该方法存在野外工作量大、耗时多、误差大且安全性低等缺点。摄影测量方法[5]改变了野外测量的工作模式，实现了非接触测量，具有面测量方法的特点和优势，且基本实现了人机交互的半自动操作，但该技术需要对获取的图像进行几何校正、畸形校正及影像增强等一系列处理，计算较为复杂。虽然不同行业对边坡等级划分、安全系数的规定不同，但计算理论、分析方法及防治原则基本相同，其共同难点包括有计算方法与（潜在）滑面的分析确定;滑面（体）力学指标确定（对硬质岩原位试验尤其困难）;地下水作用的影响方式及程度;分析者的人为因素（能力与经验）。
1 工程概况
四川攀枝花某露天矿山岩质边坡位于场地西北部，边坡走向为WE方向，南西-北东向长约730m，北西-南东向宽度约302m，采场面积0.18km2，圈定的露天开采境界上部境界尺寸长×宽为1950m×（435～1050）m，以矿区中部毛狮子沟划分为东、西两个采场，东、西采场在1685m以下为统一采场。研究区位于西采场北帮，北帮边坡坡向约162°～244°，边坡总体坡角约36°，边坡长约720m，宽约230～330m，最大高度210m，共形成生产台阶14个，台阶平均高度约15m，生产台阶坡面角60°～75°，工作平台宽度3.4～15m不等，边坡岩性主要为中等风化辉长岩，局部出露中风化大理岩。
2 地质背景
研究区原始地形为中高山山麓斜坡地貌，海拔高程在1695～1900m间，采场开采约始于2004年间，现已开采约16年，该边坡地层主要有第四系崩塌堆积碎石层、第四系坡残积粉质黏土层、中风化大理岩层、强风化辉长岩层、中风化辉长岩层、断层破碎带层。边坡局部穿插灰绿岩岩脉、正长岩岩脉、细晶辉长岩岩脉，岩脉穿插分布一定程度影响了边坡岩体完整性，对边坡的稳定有不利影响。研究区最主要地层为中风化辉长岩层，该层岩体强度、完整程度、节理裂隙结构面分布情况、产状、断层分布情况、岩脉穿插情况构成该边坡稳定的主要影响因素。
研究区分布一泉眼为上升泉，接受中风化构造裂隙承压水补给，单泉点出水量为144m3/d，流量不大，泉眼接受节理裂隙及断层构造储水补给。该边坡地下水由第四系地层中孔隙水、风化裂隙水、构造裂隙承压水构成，孔隙水、风化裂隙水分别赋存于边坡顶部第四系坡残积粉质黏土层、强风化辉长岩层、中风化辉长岩层中，水量较小。构造裂隙承压水主要富集于断层破碎带、接触带及岩脉破碎带中，呈带状或脉状，具承压性。此含水带主要受构造岩性控制，富水性极不均匀，该带中存在大量的阻水段，在辉长岩、大理岩节理裂隙不发育、岩体完整地段构成隔水层。当采场开挖时，构造裂隙承压水以泉点形式出露排泄。
3 爆破对边坡稳定性的影响
该露天矿山采用爆破方法进行开采，爆破时震动对现状已靠帮固定边坡影响较大，使松散边坡块体崩落破坏，使边坡岩体节理裂隙、构造规模发展扩大，有利于结构面继续向深部延伸，在断层构造处使断层面扩张，同时在边坡岩体结构面不利组合地段甚至诱发平面型或楔形体破坏、崩塌、滑坡，节理裂隙扩张贯通后形成地表水下渗的有利通道，导致边坡岩体及结构面强度降低，自重加大，静水压力增大，最终造成边坡失稳破坏，威胁矿山机械人员安全，影响正常生产。因此在临近靠帮边坡的生产爆破中需制定完善的爆破施工方案，采取控制爆破技术进行爆破，尽量降低爆破震动对边坡稳定性的影响。由于矿山爆破震动对采场边坡稳定性有一定影响，震动参数难以按经验值获取，各项爆破震动参数建议进行现场爆破震动测试，以供边坡稳定性分析评价使用。
4 边坡等级划分
根据《非煤露天矿边坡工程技术规范》（GB 51016-2014）[6]第3章基本规定，西采场北帮边坡现状开采深度150～210m，属于露天矿中边坡（中边坡高度H大于100m小于或等于300m）。根据《非煤露天矿边坡工程技术规范》（GB 51016-2014）[6]附录A（露天矿边坡地质结构分类），结合现场地质调查情况、节理裂隙统计情况分析，总体上该边坡岩体地质类型为块状岩浆岩，结构体形状为块状，结构面间距0.7～1.5m，节理组数一般2～3组，总体分析该露天矿边坡岩体结构类型为块状结构，整体性强度较高，结构面相互牵制，岩体基本稳定，接近弹性各向同性。以现场节理裂隙测线测量结果为基础，依据《非煤露天矿边坡工程技术规范》（GB 51016-2014）[6]，西采场北帮边坡属块状岩体边坡，整体稳定性较好，边坡破坏模式为阶梯型台阶上分级边坡局部平面型、楔体型、倾倒型破坏。东采场北帮边坡危害等级为Ⅱ级，西采场北帮边坡安全等级为Ⅱ级。
5 边坡稳定性分析
西采场北帮露天矿边坡，属于坚硬岩岩质边坡，地质结构类型为块状岩体边坡，没有大型贯通性结构面，不会发生整体失稳。边坡破坏模式主要以阶梯状单级台阶边坡发生平面型、楔体型及倾倒型局部破坏为主。针对本边坡岩体为坚硬岩质边坡，稳定性采用以下方法进行定性和半定量评价：（1）采用国标《工程岩体分级标准》（GB/T 50218-2014）[7]，划分工程边坡岩体级别和评价其稳定性;（2）对采场不同部位（包括断层构造位置）采用赤平极射投影图进行稳定性分析评价。后期设计宜根据设计工况，进行数值模拟，优化边坡设计，根据《工程巖体分级标准》（GB/T 50218-2014）[7]第5.3节，岩体基本质量指标BQ计算公式：BQ=100+3RC+250KV，计算分析结果见下表：
西采场北帮边坡分级设计台阶边坡高度15m，实际开挖边坡高度10-16m，根据《工程岩体分级标准》（GB/T 50218-2014）[7]附录表E.0.2，Ⅲ级岩体边坡高度<15m时，可基本稳定，局部可发生模形体破坏;边坡高度在15～35m间时，可发生由结构面及局部岩体组成的平面或楔形体破坏，或由反倾结构面引起的倾倒破坏。
经过以上详细分析可知，西采场北帮露天矿边坡总体是稳定的，局部存在不稳定情况，主要为以下三个方面：
5.1 受节理裂隙组合影响的不稳定区
受节理裂隙影响的不稳定区为4个区域，情况详见下表：
从上表结果可知，西采场边坡局部受节理裂隙组合影响的可能破坏形式以平面破坏和楔形体破坏为主，在地震、暴雨、爆破震动等不利因素影响下，上述区域可发生局部失稳、崩塌破坏，对这些区域应加强监测工作，发现异常情况应及时疏散安全影响范围内机具、人员，平常时间应在这些区域设置警戒线，应设置专人守护，避免无关人员进入。
5.2 崩塌
研究区发育一处崩塌前期发生过较大范围的崩塌破坏，目前矿山已将大部分崩塌堆积体清理完毕，但该地段边坡形态已发生较大改变，边坡台阶被损毁形成陡峻的坡面，对边坡稳定性较为不利，在地震等极端条件下有发生进一步崩塌破坏的可能，建议加强该地段巡查和警戒。
5.3 受断层影响的不稳定区
主要有1个区域，该区域目前稳定，断层基本被岩脉、角砾岩充填，局部可产生楔形体破坏，建议加强监测工作。
6 建议
（1）设计宜结合后期设计工况，进行数值模拟，优化边坡设计。
（2）对坡体上分布的受断层、节理裂隙组合影响的5个不稳定区应加强监测和警戒工作。
（3）建议对坡体上危害性较大的危岩体和松动块体进行排查、清除。
（4）应完善边坡周围截排洪设施、坡面排水措施，特别是边坡顶部分布风化岩体、第四系松散堆积物区域，由于强度低、风化裂隙发育，应重点做好截排水措施。
参考文献：
[1]杜时贵.大型露天矿山边坡稳定性等精度评价方法[J].岩石力学与工程学报，2018，37（06）：1301-1331.
[2]王家臣，陈冲.露天矿节理岩质边坡稳定性分析[J].煤炭学报，2017，42（07）：1643-1649.
[3]王家臣，孙书伟.露天矿边坡工程[M].北京：科学出版社，2016.
[4]Priest S D.Discontinuity analysis for rock engineering[M].Springer，1993.
[5]杨天鸿，于庆磊，陈仕阔，等.范各庄煤矿砂岩岩体结构数字识别及参数表征[J].岩石力学与工程学报，2009，28（12）：2482-2489.
[6]GB 51016-2014，非煤露天矿边坡工程技术规范[S].
[7]GB/T 50218-2014，工程岩体分级标准[S].
