崔占军
包钢（集团）公司白云鄂博铁矿 内蒙古包头 014080
摘要：边坡工程实践中经常出现边坡安全系数大于1. 0却失稳的现象，其原因为确定性边坡稳定性分析方法未考虑岩土体参数的空间变异性或考虑不充分，无法全面反应边坡的安全度。而边坡可靠度。分析借助于概率论和数理统计的方法，考虑边坡系统内岩土体参数的空间变异性和破坏机理的合理性，以及分析方法的适用性不确定性因素，求得边坡可靠度，从而反映所设计的边坡在使用期内和一定的工作条件下保持稳定的概率。本研究将可靠度理论及可靠度分析方法运用到露天铁矿采场边坡的设计优化中，在采用极限平衡方法求得边坡安全系数的基础上，考虑边坡岩土体的参数的空间变异性，分析边坡设计方案的可靠度，可作为露天矿边坡工程设计的参考。
关键词：露天铁矿；采场边坡；优化设计；可靠度分析
1蒙特卡洛可靠度分析原理
蒙特卡洛( Monte Carlo)模拟法是一种依据统计抽样理论，利用计算机研究随机变量的分析方法，又称随机模拟法或者统计试验法，是常用的可靠度分析方法。根据边坡岩土体结构、破坏机理和受力状态，建立边坡状态函数
其中，Z为表征边坡稳定状态的量，表示边坡的稳定系数或安全储备，可靠性分析中Z为随机变量而不是常量;X1，X2，…Xn，戈表示影响边坡稳定的容重y,黏聚力C、内摩擦角小、地下水位等变量，这些变量在空间分布上具有一定的变异性，随空间位置变化而变化，是具有一定分布规律的随机变量。 Z和X变量一般采用正态分布型形态。蒙特卡罗模拟过程是首先产生符合状态变量概率分布的一组随机数，X1，X2，…Xn，以之代入状态函数g (X1，X2，…Xn，)计算得状态函数的一个随机数。如此反复用同样的方法产生N个状态函数的随机数Z1，Z,2，,Z3，…Zn，如果在N个状态函数的随机数中有M个小于或等于1(以安全系数表示边坡状态)或小于或等于零(以安全储备表示边坡状态)，当N足够大时，根据契比雪夫大数定律，此时的频率己近似于失效概率，即P, - MlN。当N足够大时，由安全系数的统计样本Z1，Z,2，,Z3，…Zn，可以比较精确地计算安全系数的分布函数，其均值和标准差为。
其中β为边坡的可靠性指标。
2某露天矿铁边坡优化设计
2. 1边坡优化设计方案
某露天铁矿是一座大型含锡、锌的磁铁矿床，具有矿石储量大、品位高、埋藏浅、便于露天开采的特征。由于矿山外部运输条件的改善和和铁矿石需求量的不断增大，铁矿集团公司决定扩大二期建设，并拟开展专门的边坡稳定性研究工作。为使二期扩采设计更加实用、合理、经济，根据采场地质条件和开采形成的边坡形态，共选择4个剖面，分别为东北帮A-A'剖面、东帮B-B.剖面、东南帮C-C'剖面以及南帮D-D'剖面，见图1所示。对于最终边坡角，本研究采用变边坡角的方案。以标高600 m水平为界，600 m水平以上岩体较破碎或松散，4个剖面均维持原设计边坡角460不变;600 m水平以下，岩体以花岗岩为主，条件较好。因此对4个剖面分别考虑将边坡角从46“增加到48“或50“进行分析。根据边坡工程地质分区，11区边坡剖面垂直高度最大、岩体条件最为复杂。对于11区边坡典型剖面B-B’和C-C'剖面，600 m以下只提高到480。其他2个剖面600 m以下考虑48“和5002个方案，同时若B-B.剖面下部边坡角可提高到480，其他3个剖面也应没有问题，故下部边坡角46“的方案不用计算。全部6个边坡角优化设计方案可表述如下:①方案1，A-A'剖面，上部边坡角46°，下部边坡角48°;方案2，A-A'剖面，上部边坡角46°，下部边坡角50°;②方案3，B-B'剖面，上部边坡角46°，下部边坡角48°;③方案4，C-C'剖面，上部边坡角46°，下部边坡角48°;.方案5，D-D'剖面，上部边坡角46°，下部边坡角48°;方案6，D-D'剖面，上部边坡角46°，下部边坡角50°。
表1各地层岩土体物理力学参数
3结语
目前，中国大约有 113 000 多个矿山，其中对矿山环境破坏严重的大约有 8 500 多个，而边坡滑坡是露天矿山最主要的地质灾害问题之一。因此，露天采场的边坡稳定性问题是关系到整个矿山能否正常运转以及生产能否安全进行的关键问题。做好露天矿边坡的稳定性分析研究工作，预测边坡的稳定性情况，有助于防止灾害的发生，从而为矿山安全生产打下基础。
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论文作者:崔占军
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/5
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