| 标题 | 类土质边坡的稳定性研究 |
| 范文 | 吴朝义 魏昶帆 吴勇 摘要： 近年来矿区类出现了越来越多的类土质边坡，了解这种边坡的定义、破坏模式越发重要，并制定出相应的治理措施，才能给矿山带来良好的收益。本文针对牟定县安益铂钯贫铁矿的类土质边坡进行了稳定性分析计算，结果表明，现状条件下露天采场边坡处于稳定状态，终了状态东帮和南帮边坡稳定性安全系数偏低，基本处于极限平衡状态；在考虑地震作用时，东南帮边坡安全系数偏低，存在失稳可能性较大，为矿区类土质边坡的开挖和防护提供一些必要的理论依据。 Abstract： Nowadays， there are more and more kinds of soil slopes in the mining area. the corresponding treatment measures are made， which can bring good benefits to the mine. In this paper， it analyzes the stability of the status quo slope and the final slope slope for the class of slope of apricot platinum-poor iron ore mine in Mouding County. which is basically in the state of limit equilibrium. When considering the earthquake action， the safety factor of the southeast slope is low and the instability is likely， It provides some necessary theoretical basis for excavation and protection of soil-like soil slope. 关键词：类土质边坡；破坏模式；岩体力学参数；稳定性分析 Key words： soil-like slope；failure mode；mechanical parameters of rock mass；stability analysis 中图分类号：P642.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）25-0135-04 0 引言 近些年来类土质边坡这个名词出现在了人们的眼球，尤其是边坡工程领域，它是全新的学科领域[1]。类土质边坡是在我国的东南地区分布比较广泛，例如湖南省、江西省、广东省等地区。人们对类土质边坡的了解甚少，国内外的学者研究这类边坡最早出现在20世纪60年代，到目前为止，对这类边坡所做的野外调查、理论分析还不够特别完善，国内也仅有少量类似专业的学者做过初步研究学习，了解類土质边坡对矿山边坡的发展是很有必要。 1 类土质边坡的定义 这类边坡这介质构成的表面上看起来像是砂性土或者是粘性土，但是却跟这两类土有着明显的区别[2]，类土质边坡构成的介质是通过原岩风化作用过后在原来位置所形成的残积物，这种边坡的岩土中保留着一点儿原始结构，原有的物理特性只是残留了部分或保存得不是很完整但是却还能保持一些原来的性质，比如原有的抗滑力、抗拉强度等特性。于是这种类型边坡的基本表达方式略有不同，主要包含隐形的结构软弱面和宏观的结构面，拥有这种特征的边坡便是我们所不了解的类土质边坡。因此，拥有或者保留着原有岩石力学特性的，必须结合其他理论与方法来研究这类特殊的边坡类型，这种边坡便是类土质边坡。 2 常见类土质边坡的破坏模式 2.1 平面破坏 平面破坏主要包括平面滑动和溜滑等[3]。这种破坏主要受制于风化后存留在坡体中的节理面或者隐藏的结构面。当地表水或地下水活动比较频繁的时候，在水的冲刷和渗透作用下，边坡岩土会逐渐变得松散破碎，原有的物理性质会发生改变，大大降低了其力学强度。当因为开采的需要而挖边坡的时候，由于岩土固有的自身重力，岩土的力学强度不能够支撑时，被水所冲刷或渗透的上层覆盖的岩土便会产生滑动，如图1所示。 2.2 崩塌破坏 当边坡的侵入角和大构造定向接近垂直时，岩土的滑动力抗滑强度不足以支撑上覆边坡的剪切结构面，随着坡面的开发造成原有结构面产生位移，在坡体自身重力的作用下，很容易引起边坡的垮塌，我们将这种破坏模式称之为崩塌破坏如图2。降雨时，坡体上部的张拉裂缝会出现充水的现象，由于动静水压力作用使软弱结构面前的土体会发生临空面倾覆，从而产生坡体发生崩塌破坏。这种破坏模式一般出现在经常降雨或者地表水活动活跃并且边坡岩土性质容易受影响的边坡中，每次单块破坏体厚度一般不大于2m，往往形成叠瓦式破坏。 2.3 圆弧破坏 风化作用对类土质边坡的影响很大，从而导致了失去了结构面或者拥有一部分，但是对类土质边坡的破坏没有起主导作用[4]。在岩体内部的介质比较均匀，没有明显结构面的影响或者是内部结构与破面反倾。在这种圆弧破坏模式中，水是个极其重要的影响因素，水所带来的负面影响便是降低岩土的力学强度，因此在研究这类破坏模式时，必须实时采用各种措施来监测的地表水、地下水的活动情况。 2.4 坡面冲刷破坏 在降雨过程或地表水流动中，在水的作用下坡面岩土的重力势能转变成动能，造成坡面土体的滑动及流失，径流不断冲刷坡面，这种破坏便视为坡面冲刷破坏。有些岩土非常容易受到水的影响，在水的侵蚀作用下，便会造成很多岩土松散、软化，部分岩土会伴随水的流动而流动。因此在这种条件下，便会产生冲刷破坏。在破角比较缓的坡面中，降雨所形成的冲刷影响程度比较小，主要以片蚀为主，形成细小的沟壑，随着水的冲刷，在坡度变大时，因为水冲刷的累积所形成的沟壑会越来越大，在自身重力是能下就自然而然地发生冲刷破坏。表1便是根据先辈们所研究的相关情况而总结出的分类[5]。 3 工程实例 牟定县安益铂钯贫铁矿矿区长1645m，宽1370m，面积2.31km2，地理坐标为：东经102°19′38″，北纬25°29′11″。矿区植被覆盖少，多为荒山，低凹处可见杂木林出现。主要赋存于前震旦系会理群河口组中部火山变质岩段上亚旋回（Pt1h43）的中下部。 矿区矿体的直接顶底板围岩和夹石（或包裹体）主要为石英钠长岩，次为黑云（二云）石英片岩及少量的石榴黑云（二云）片岩、白云石英片岩，局部地段顶板为辉长岩以及少数煌斑岩。自然坡较高陡，为类土质边坡，上部土层为坡积亚粘土，土质疏松，其下为粉砂岩残积粘性土、砂土状强风化粉砂岩，下伏碎块状强风化～弱风化白云质灰岩。 3.1 体积节理估算RQD值 当结构面呈不规则分布时，需要由一维变成三维，则Jv 每米结构面数乘以系数K，K=1.65～3.0，一般K=2.0。因此就将一维或者二维的转变成三维，因此得到体积节理数Jv。 体积节理计数Jv 与RQD 之间在理论上的关系为： 而且，当Jv<4.5 时，RQD =100；当Jv>35 时，RQD =0。计算结果列于表2。 3.2 岩体力学参数的确定 3.2.1 岩体抗剪强度 莫尔强度曲线可用下式确定[8]：破裂面上的正应力和剪应力为： 将相应的？滓1和？滓3代入上式就能在？子-？滓平面上得到莫尔包络线上？滓与？子的关系点坐标。即可得出n 个参数点（？子i，？滓i）。然后对这些参数点（？子i，？滓i）数据进行回归处理确定出岩体抗剪强度参数。在运Hoek-Brown 法原理计算岩体抗剪强度参数时，关键是？滓3选择的范围，其最好范围：0<？滓3<0.5？滓c。在本次计算中选取？滓3从0，1，2，3，……逐渐增大到0.25c。 3.2.2 岩体单轴抗压和抗拉强度 根据莫尔-库强度曲线所示的几何关系综合考虑现场直剪试验参数和采用Hoek-Brown 对室内力学试验折减后的参数表最终推荐的计算用岩体力学参数见表3 所示。 3.3 稳定性分析 根据矿山现状所做的剖面结合所得出的岩体力学参数计算结果，采用Slide和理正两种极限平衡法[8]进行计算。 3.3.1 现状条件下： ①自然状态不考虑地震时，两种计算方法所得的安全系数均大于1.15，最小值为1.218，边坡均处于稳定状态； ②在按8°设防情况下，采用Slide方法计算的I -1、II-3、II-4、II-5、III-2、III-3、III-4和III-5剖面安全系数小于1.10，但采用理正方法计算的安全系数却均大于1.10，最小值为1.128，综合分析判断，认为现状开采条件下，边坡的稳定性较好。 3.3.2 终了状态时： ①自然状态不考虑地震时，采用Slide方法计算的II-3、II-4、III-3、III-4和III-5剖面安全系数小于1.20，采用理正方法计算的II-3、III-3、III-4和III-5剖面安全系数小于1.20，并且两种计算方法所得的III-3、III-4和III-5剖面安全系数还小于1.15，最小值为1.109，因此，认为上述剖面安全性不足，边坡有失稳可能，需密切关注； ②在按8°设防情况下，两种计算方法的计算结果均出现了大量剖面安全系数小于1.15甚至小于1.10的现象。因此，综合判断后认为终了状态在考虑地震影响时，该露天矿边坡存在失稳的可能性較大。 4 结论 本文采用Hoek-Brown准则对牟定县安益铂钯贫铁矿的典型的类土质边坡岩体参数进行了求解，并结合现场直剪试验结果，给出了边坡两种岩体的力学参数值。采用两种极限平衡方法对现状边坡以及终了边坡进行了稳定性分析计算，在考虑地震作用时，东南帮边坡安全系数偏低，存在失稳可能性较大。 综合分析边坡稳定性计算结果，边坡东帮和南帮安全隐患较大，在实际生产过程中，应密切观察该区域边坡的变形等情况。边坡监测是防止边坡事故的重要手段，要时刻关注边坡监测数据的变化规律，尤其是在爆破前后、降雨期间等特殊时间节点，做好数据的分析与边坡的实际观测，防止事故发生对人员伤亡的影响，做到安全生产。 参考文献： [1]潘健，朱姣利，陈红兵.基于环保理念的粘质土坡治理方法[J].科学技术与工程，2007，7（23）：6248-6251. [2]杨明.路堑类土质边坡锚固技术研究[D].成都：西南交通大学，2002. [3]靳莎莎.类土质边坡z_soil失稳判据及加固稳定性分析[D].天津：河北工业大学，2012. [4]潘健，蔡红超.类土质边坡的稳定性分析[J].汕头大学学报，2009，24（3）：73-79. [5]李满意，周洪燕，魏燕珍，史玲.类土质边坡失稳机理分析与稳定性研究[J].长江科学院院报，2016，33（5）：111-115. [6]吴能森.花岗岩残积土开挖边坡的工程特性[J].山地学报，2006，24（4）：431-436. [7]潘健，朱姣利，陈红兵.基于环保理念的粘质土坡治理方法[J].科学技术与工程，2007，7（23）：6248-6251. [8]潘健，朱姣利，陈红兵.广东省韶关某粘质土坡滑坡治理方法[J].岩石力学，2007，28（增）：591-594. |
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