1、露天開采，第十章露天礦山邊坡穩(wěn)定性分析及維護，10.1一般露天礦山邊坡與其他地面坡度相比具有以下特點：1)露天礦山的邊坡規(guī)模大，邊坡高度一般為200 300米，最大500 700米，邊坡可達數(shù)公里，因此邊坡暴露出大量地層，邊坡部分地質條件大不相同，變化復雜。2)露天礦山的邊坡一般沒有維護，容易受到風化作用。3)露天場地的頻繁爆破工作和車輛運行，斜坡經(jīng)常受到動態(tài)載荷作用。同時，采礦、運輸和其他設備越來越大，邊坡階段的負荷傾向于增加。4)露天礦山最終邊坡從上到下逐步形成，上部邊坡服務期限長，下部邊坡服務期限較短。5)露天采礦邊坡的不同地區(qū)必須具有不同的穩(wěn)定性程度。邊坡頂部的曲面上有不允許變形的重要

2、建筑時，需要高水平的穩(wěn)定性。邊坡在站長、運輸線、下部進行開采工作時要求的穩(wěn)定性也很高。對生產(chǎn)影響不大的地區(qū)，穩(wěn)定度可能會進一步降低。露天礦邊坡穩(wěn)定性分析和維護包括巖石工程地質、巖石力學特性測試、邊坡穩(wěn)定性分析和計算、邊坡處理和監(jiān)測以及維護工作。影響10.2露天礦邊坡穩(wěn)定性的主要因素及邊坡破壞形式、影響10.2.1露天礦邊坡穩(wěn)定性的主要因素露天礦山邊坡穩(wěn)定性的諸多因素中，巖石組成、巖石結構及地下水是最重要的因素，同時對爆破、地震、邊坡形狀等也有一定的影響。現(xiàn)在，主要影響因素包括：1)構成巖石的礦物組成和結構結構對巖石的工程地質特性起著重要作用，一般來說，強度高的巖質邊坡穩(wěn)定性也較高，偏法和沉淀法

3、發(fā)展的巖質邊坡的穩(wěn)定性相對較低。2)巖體結構邊坡巖體的破壞主要由巖體的離散面(構造面)控制。影響邊坡穩(wěn)定性的巖石結構因素主要包括以下幾個方面：反轉結構面的傾斜角度和傾斜角度的穩(wěn)定性，通常為各向同性平緩坡度(結構面傾斜和邊坡坡度匹配，傾斜角度小于傾斜角度)的坡度差。各向同性平緩坡度，巖石傾斜陡，穩(wěn)定性較低；水平巖層的穩(wěn)定性比較好。結構面的方向不利的結構面與坡度平行時，整個坡面具有靜止自由滑動條件，對側坡的穩(wěn)定性不好。結構面方向和坡度方向之間的角度越大，坡度穩(wěn)定性越好。由構造面的組數(shù)和水邊坡相交的多個構造面切割時，整個邊坡巖體的自由變形空間大，斷面、滑動面和臨時面多，容易形成滑塊，為地下水活動提供

4、了良好的條件，不利于邊坡穩(wěn)定。其次，結構面的數(shù)量直接影響路塹巖體塊的大小，不僅影響邊坡的穩(wěn)定性，還影響邊坡變形破壞形式。巖石嚴重破碎的邊坡甚至可能發(fā)生土質邊坡等圓弧滑動破壞。結構面的不連續(xù)性在邊坡穩(wěn)定性計算中通常被認為是連續(xù)的，實際上不是。因此，在解決實際工程問題時，認真研究結構面的不連續(xù)性是現(xiàn)實的。結構面的起伏差異及表面特性結構面的柔軟性對結構面的力學特性有很大影響。邊坡巖體沿起伏的構造面滑動時，可能會發(fā)生兩種情況。重疊壓力不大的話，不僅要克服面的摩擦阻力，還要克服表面起伏引起的爬坡角度的阻力，因此，在低量應力下，起伏差會增加有效的摩擦角度。另一種情況是，如果結構面的正應力太大，在滑動過程中

5、不允許巖石塊膨脹，滑動條件必須切割結構面上相互嚙合的起伏的巖石，從而顯著提高結構面的剪切力。結構面填充厚度大于起伏高度的弱物質時，應使用弱填料的剪切強度作為計算基礎，不再考慮起伏的影響。3)地下水露天礦山滑坡大部分發(fā)生在梅雨或解凍過程中，說明地下水對邊坡穩(wěn)定性的影響。邊坡穩(wěn)定性研究中，應詳細研究巖床地下水發(fā)生情況、動態(tài)變化、對邊坡穩(wěn)定性的影響、預防措施等，并定量評價。地下水對邊坡穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)在幾個方面，如下圖所示。當靜水壓和懸浮力被當?shù)叵滤４嬖趲r石裂縫中時，水會在兩個壁面產(chǎn)生靜水壓，如下圖所示。邊坡巖體位移引起的場裂縫充水時，沿裂縫壁產(chǎn)生的靜態(tài)壓力是靜態(tài)壓力作用方向垂直于裂縫壁，作用

6、點位于Zw的下半部。這個凈水壓力工廠是促進邊坡破壞的原動力。如果章節(jié)裂縫中的水繼續(xù)沿破壞面向下流動并流向坡腳，則沿AB面(上方)流動的總懸浮力為：與沿AB面作用的正應力相反，此力不利于抵消某些正應力，從而減小沿該面的摩擦力和穩(wěn)定拔模。巖石相對破碎，地下水從巖石中相對均勻地滲透，形成均勻的潛水面(如下圖所示)，如果滑動面是平面的話，作用于滑動面的浮動力可以用滑動面下繪制的三角形的水壓分布來表示。總懸浮力是，移動水壓(或滲透力)從土體或碎巖塊之一流入水中時，水流要克服對水的阻力，這種作用力稱為移動水壓或滲透力。流體動力壓力與滲透方向一致。流體壓力用d表示。流體壓力是與水的方向一致的體積力。在計算土

7、坡和山體結構的巖質邊坡時，必須考慮被動壓力的作用。水對特定巖石的軟化效果特定粘土巖石浸水后發(fā)生軟化效果，巖石強度明顯減少，如蒙脫土粘土礦物或含有大量邊坡泥漿的軟弱夾層。主要由堅硬的巖漿和變質巖組成的邊坡巖體，水的軟化效果一般不太重要，但在這種邊坡的斷層破碎帶中通常存在很多粘性10質充填材料，研究這種斷裂引起的強度和穩(wěn)定性時，要特別注意水對這種巖石的軟化效果。4)爆炸可以震動露天礦山爆破引起的地震波，對潛在破壞面施加附加動態(tài)應力，使巖石節(jié)理面敞開，甚至促進巖石破碎、邊坡破壞，邊坡穩(wěn)定性分析中必須考慮這一附加應力。專業(yè)研究表明，爆破震動對巖體的危害取決于巖體中顆粒振動速度的大小。粒子振動速度的影響

8、可以通過以下臨界速度估算：254cm/s 完整巖體不會破壞25.4 2 61cm/s 巖體，61 254cm/s 牛的強拉力和半徑裂紋 254cm/s 巖體完全破碎，且爆破對巖體中顆粒振動速度的影響使用上述公式計算v值時，必須先通過爆破試驗確定系數(shù)k和a。邊坡穩(wěn)定性計算通常不直接參考v值，而是將其轉換為振動功率。轉換程序是取爆破地震的實測地圖，將爆破地震的主震動相視為正弦波，根據(jù)共振公式求出爆破地震引起的粒子加速度：分析邊坡穩(wěn)定性，為了安全起見，將自下而上計算的a值視為水平加速度?？紤]到作用于巖石粒子的振動功率屬于體積力，如果水平加速度a值已知，則確定每個粒子的振動的水平力。為了簡化計算，需要

9、此水平力作為巖體重力的Kaw=Kaw，Ka=a/g。其中f是指向坑的水平振動功率，w是滑動重量力，g是重力加速度。考慮到高爆破振動頻率和低作用時間，邊坡穩(wěn)定性分析通常將此動態(tài)載荷轉換為等效靜態(tài)載荷p。也就是說，自然地震和爆破震動一樣，對邊坡穩(wěn)定性有危害，在邊坡穩(wěn)定性分析中，也要考慮到，通常與爆破震動的處理方式相同，可以根據(jù)預期地震強度選擇加速度。5)其他因素邊坡幾何邊坡向采場突出時，巖體因抗拉能力低，此時邊坡穩(wěn)定性條件的差異；邊坡凹陷到采場時，邊坡巖體的側壓力較大，邊坡比較穩(wěn)定。風化作用風化作用會隨著時間的推移不斷破壞邊坡巖體，引起不穩(wěn)定性。風化速度通常與巖石本身的礦物組成、結構結構結構和后期

10、變化有關，與濕度、溫度、降雨、地下水和爆破震動有關。由于缺乏對影響人因素邊坡穩(wěn)定性因素的認識，經(jīng)常人為誘導邊坡破壞。四面堆廢石、設備、建筑住宅等，提高支持率，增加基巖的減少力?；蛘咄谄履_會惡化邊坡穩(wěn)定性條件，減少可能發(fā)生邊坡破壞的巖床的防滑力。10.2.2露天礦山邊坡破壞類型，露天礦山邊坡破壞類型，主要受巖體的工程地質條件，尤其是巖石構造面控制。平面破壞邊坡是沿主要結構面(例如側面、連接、缺陷或層間錯誤移動面)滑動的四種常見損壞形式(下圖a)。如果邊坡具有一組類似于邊坡趨勢的結構面，并且其傾斜角度小于邊坡角度并且大于摩擦角度，則很容易發(fā)生這種破壞。楔體破壞通常是由于邊坡中兩組結構面與邊坡坡度相

11、交，彼此相交成楔形而引起的。如果兩個結構面的復合線類似于邊坡趨勢，傾斜角度小于傾斜角度，傾斜角度大于摩擦角度，則很容易發(fā)生這種損壞(下圖b)。堅硬的基巖的露天開采樓梯大部分以這種形式被破壞。圓弧破壞滑動面是圓弧。土佐滑坡一般是這種形式，山體結構巖體或斜坡非常大的碎裂巖體的邊坡也可能以這種形式破壞(下圖c)。上述三種形式的破壞機制主要是剪切破壞。傾倒破壞如果巖體的結構面或側面很陡，巖體就會傾倒破壞(下圖d)。其破壞機制與三種不同，重力作用下的巖體向外彎曲，坍塌。10.3邊坡穩(wěn)定性分析和計算，露天礦山邊坡穩(wěn)定性分析方法一般可分為巖體結構分析、數(shù)學模型分析和工程參數(shù)類比方法。簡單介紹了露天礦邊坡平面

12、滑動和楔形滑動的穩(wěn)定性極限平衡方法。極限平衡法是基于平衡理論的數(shù)學模型的計算分析方法。主要根據(jù)對邊坡破壞面破壞的阻力和破壞力的比率n來判定。N 1表示邊坡穩(wěn)定，n值越大，邊坡穩(wěn)定。n的值稱為邊坡穩(wěn)定性系數(shù)。這種計算方法是結合巖石結構特性進行的。如果10.3.1層或單個滑動面邊坡計算、結構面方向、傾向和邊坡方向、傾向基本相同，則穩(wěn)定性計算可以根據(jù)平面問題獲取沿滑動面的單個寬度剖面。請參閱下圖。在自身重力下，滑動巖體的穩(wěn)定性決定了滑動破壞的下降力s和滑動面的滑動阻力t之間的關系。穩(wěn)定性系數(shù)的公式為、即，1時分層或單滑動邊坡穩(wěn)定。如上所示，在這種坡度穩(wěn)定性評估中，滑動破壞面AB的長度影響不大，滑動巖

13、體的高度h，滑動破壞面梯度a與較大關系，即h和a值越大，坡度的穩(wěn)定性就越差。它還影響滑動破壞面的特性?；瑒悠茐拿嫒趸蚰鄬?、泥夾層、光滑、平坦、結構面凝聚力小或接近0時，滑動巖體的穩(wěn)定性主要取決于內(nèi)摩擦角的大小。在這種情況下，當滑動破壞面的斜率a大于內(nèi)部摩擦角時，邊坡不穩(wěn)定。降低地下水作用、爆破震動等值的因素會導致露天礦邊坡不穩(wěn)定。在10.3.2楔形或雙滑動面邊坡中，如果與邊坡方向相反的兩組結構面幾乎與邊坡垂直，則巖石可能會楔形滑動，如下圖所示。在圖中，ABD面BCD面是具有a和a面積的兩個可能的滑動損壞，兩個面的相交線(BD)方向是可能的滑動方向。將兩個面的相交線和邊坡設定為直線相交線。相交傾

14、向基本上與邊坡傾向相符，傾斜角度為：兩個面的c，值類似。如果楔形塊(ABCD)自身重力為w，則滑動破壞力s=wsin，防滑動力t=wcos tgc (a )。安全系數(shù)公式為、從頂部可以看出，角度越大，邊坡越不穩(wěn)定。如果滑動破壞面是弱面(即C 0)，則坡度的穩(wěn)定性取決于角度和角度之間的相互關系。極限平衡分析計算在實際應用中必須具備兩個條件。一個是底層數(shù)據(jù)的完整性。第二，各種參數(shù)要比較準確。這是因為變更參數(shù)會顯著影響固定系數(shù)計算的結果。我國露天礦在對邊坡穩(wěn)定性分析及維護中經(jīng)常使用極限平衡分析來確定邊坡的穩(wěn)定性。一般穩(wěn)定性系數(shù)n A、10.4露天礦山邊坡管理、不穩(wěn)定邊坡對露天礦山生產(chǎn)的危害和影響是巨

15、大的。因此，礦山要重視不穩(wěn)定邊坡監(jiān)測，及時研究相應的工程技術和木材管理措施，確保生產(chǎn)人員和設備的安全?？紤]10.4.1露天礦山邊坡處理方法分類、應用條件和順序不穩(wěn)定邊坡的管理措施主要分為三類，具體措施、工作原理和應用條件見教科書表10-1。不穩(wěn)定斜坡的處理必須按照一定的程序進行，反映了各管理措施的輕重緩急。不穩(wěn)定的邊坡工程被考慮為1)攔截和排放流向不穩(wěn)定邊坡地區(qū)的地表水的順序。2)采取盡可能稀疏的措施降低地下水水平。3)采取斜切減載措施。4)人工加固工程。介紹了10.4.2常用的具體方法，1)地表水和地下水的處理地表水和地下水的原理，是防止地表水流入邊坡表面裂縫：采取防治措施，降低潛在破壞面附

16、近的水壓。邊坡稀疏工程的布置通常僅限于在大范圍內(nèi)不干燥地下水，排除邊坡附近的地下水。邊坡干燥的常用方法包括：(1)在邊坡巖體外部建立排水孔，排除地表水，防止其流動陷入人邊坡表面場裂縫?，F(xiàn)有的章節(jié)裂縫要用適當?shù)牟牧霞皶r填補。2)鉆水平排水口，降低腸裂縫或破壞面附近的水壓。(3)安裝深井泵或潛水泵，在邊坡巖體外圍排水，降低地下水位。懶于高邊坡，以設定兩個或多個排水層級。4)地下道路防治可用于水利地質條件復雜的重要邊坡巖體的干燥，可以在道路內(nèi)打扇形排水口，提高清洗效果。實際工作中，根據(jù)邊坡巖體的水文地質條件，可以綜合多種方法治理地表水和地下水。2)沖擊吸收爆破爆破是保持露天礦山邊坡穩(wěn)定性的更有效的方

17、法，1)減少每一連發(fā)爆破的炸藥量，使沖擊波的振幅保持在最??；各路段連發(fā)爆破的最佳炸藥量應在具體采礦條件試驗的基礎上確定。2)預裂爆破是目前國內(nèi)外廣泛使用的改善礦山最終邊坡狀態(tài)的最佳方法。該方法是在最終邊坡面上鉆一個直徑較小的槍眼，在產(chǎn)生槍眼爆破之前引爆這些洞，形成裂縫，再反射生產(chǎn)爆破引起的地震波，保護最終邊坡免受破壞。3)緩沖爆破是在預裂帶和生產(chǎn)爆破帶之間鉆孔大于預孔，小于生產(chǎn)孔。其爆破順序是預裂爆破和生產(chǎn)爆破的問題，形成了爆破地震波的吸收區(qū)，進一步減弱通過預裂區(qū)傳遞到邊坡表面的地震波，使邊坡巖體的狀態(tài)保持不變。3)露天礦山邊坡人工加固目前在國內(nèi)外礦山邊坡人工加固中使用了較為廣泛的防滑樁、金屬錨桿和錨索，并通過混凝土邊坡保護和防止噴霧滲透等措施進行了補充。防滑文件通