摘要：随着建筑工程技术的不断进步,通过边坡工程技术在复杂地形开展建设工程已成为趋势。然而由于岩土取样随机性、参数分布的不均匀,边坡工程周边的岩土环境无法完全探知,露天边坡在恶劣的自然环境以及周围人类活动将对坡体造成影响,使得坡体极易发生坍塌、滑坡等事故。
关键词：露天边坡；大型滑坡；稳定性；治理方案
边坡是露天矿山最主要的结构要素。由于开采活动贯穿于矿山服务期的始终，露天矿山边坡一直处于被不断开挖的动态变化过程中。随着矿业的发展和露天开采深度的加大，大型露天矿山边坡的稳定性已成为直接关系到矿山安全生产与发展的重大问题。露天矿山开采是最完整的工程地质勘探工程，全面、系统、完整地揭露了矿山边坡的工程地质信息，完全有条件开展详细的工程地质现场调查和精细的工程地质描述，完全有可能高精度地建立边坡稳定性评价计算模型、定准物理力学参数取值对象和精细获取边坡稳定性计算参数，实现更高精度的边坡稳定性计算和更加可靠的边坡稳定性评价，更精确地确定边坡设计安全系数，设计最优边坡角。
1露天矿山边坡特点
1.1露天矿山边坡的定义
露天矿山边坡，又称为露天矿边帮，是露天矿场的主要构成要素之一[1]，是指露天矿场四周的倾斜表面，这些边坡是由许多已经结束采掘工作的台阶所构成的总斜坡。边坡与水平面的夹角称为边坡角，或者是最终边坡角。依据边坡与矿体的空间相对位置，边坡可以分为上盘边坡、下盘边坡、端部边坡。
1.2露天矿山边坡的特点
露天矿山边坡的特点有：①露天矿山边坡较高，走向较长；②露天矿山边坡岩石主要是沉积岩，层理显著，岩石强度较低，并且软弱夹层较多；③露天矿山边坡变形破坏形式主要是滑坡；④露天矿山边坡是开挖工程中形成的边坡，由于长期处于自然环境中，并且没有进行维护设施的建设，使其很容易受到风化作用的影响；⑤露天矿山边坡上由于经常进行设备的运输，并且在开采的过程中会有爆破作业，这就会给边坡的稳定性造成一定的影响；⑥露天边坡是在开采的过程中，由上到下形成的，其上部和下部的结构服务时间不同；⑦露天矿山边坡的不同地段所要求的稳定性程度不同。
2稳定性影响因素
露天边坡的岩体稳定性由多种因素决定,其中岩体结构构造、自然外力、人为活动等对露天边坡影响较大。岩体结构构造主要由场地地区的岩石致密度决定,当岩石致密度越高越坚硬稳固性越好。其次,岩体稳定性还受自然气候条件以及人为活动的影响,如风化腐蚀、地震、雨水冲刷、人工开挖等,这些外力往往造成岩体破坏,使岩体的稳固性降低。
2.1岩体结构面
岩体结构面是由岩体形成过程中产生的断层、节理、裂隙、层间错动等地质界面。岩体结构面的非均质性、不连续性等结构特点将对坡体的变形、破坏甚至坍塌造成直接影响。湖南长沙该公寓场地周边的露天边坡的变形破坏模式由如图1所示的四种类型,其中包括a类型的平面破坏类型即由岩体层倾斜角过大,内摩擦角与边坡坡面间的边坡岩体沿坡面方向滑动形成的坡面失稳破坏;b类型的楔型破坏即由在边坡形成的楔型结构面的倾角过大造成的楔型结构面沿坡面滑动的失稳破坏;c类型的倾倒破坏即坡面岩体由于自重等因素产生向外的倾倒造成的坡面失稳破坏;d类型的圆弧形破坏即岩体在高度风化后发生近似圆弧的滑动面造成的坡面失稳破坏。
图1露天边坡主要变型破坏模式
2.2水的影响
水是影响大型滑坡稳定性的重要因素,其中地表水的主要来源是雨水,雨水将对坡面岩体软弱层进行冲刷软化了岩体,降低岩体结构面间的摩擦力。地下水可由地表水渗流而来,特别是在雨季大量的降雨将导致地下水位升高,静水压力增大侵蚀地下岩层,水对坡体的影响最终都将造成边坡失稳。
湖南长沙该公寓场地区域内无地表水体。地下水主要为孔隙水,赋存于中砂层中,水量较少,场地基础开挖后,根据需要采取有效的截、降、排水措施,地下水对基础施工影响较小,同时做好地表降雨的排水措施即可有效消除降雨对坡体的影响。
3露天边坡大型滑坡治理与加固策略
3.1滑坡清理与基岩加固
露天边坡由于气候原因或人为活动造成的大型滑坡时,需要根据现场滑坡情况选择相应的设备进行滑坡治理。露天边坡在完成清理工作后需要及时进行急眼加固,防止后续发生的滑坡。湖南长沙该公寓场地则通过在北侧建设挡墙,北侧挡墙距南侧建筑13.0m,距红线8~18m,高11~13m,有少量放坡空间;东侧挡墙距红线0m,高5m,无放坡空间。由于建场地周边管网较多,开挖施工需将原管网改线,及时疏导地下水释放压力。
3.2边坡变形监测方案
针对边坡变形问题，设计了相应的检测方案，通过完整的监测系统，实时控制边坡情况，确保边坡工程的安全。边坡变形监测首先需要在边坡附近建立一个边坡监测站，通过边坡监测站建立一个综合的实时监测数据网络。通过在主要滑动面、潜在危险滑动面、风化边坡面、地质分层点等关键位置建立监测站，并根据监测站实时数据反馈分析边坡稳定性，及时发现边坡表面的异常情况，可发现潜在危险。消除，及时进行安全处理。同时，边坡稳定性监测需要与边坡应力监测和地下水监测相配合。利用边坡应力监测仪对边坡内部应力和支护结构应力进行测试，对边坡稳定性进行综合监测。
3.3做好地面防水排水工作
通过地面防水系统的设计与规划，可以稳定滑坡的稳定性，是治理滑坡的关键技术。通过防止地表水流入边坡，尽可能降低滑坡场地的水压。这就需要在削坡和削坡工程后的各种平台上进行永久性排水沟设计，以将地表径流水引至最终采矿线以外。此外，露天开采前应做好防排水的基础设施。通过科学合理的防排水系统设计，地表水在遇到暴雨天气时能及时排出。有利于保护露天采场边坡滑体不受地表水侵蚀，从而稳定滑体内部结构的稳定性。
3.4预防爆破地震效应
在采矿过程中，经常采用爆破技术。在爆破过程中，会产生一定的冲击力，影响边坡，造成滑坡。针对爆破地震效应的防治，提出了以下几点建议：大力推广逐孔爆破技术，减少爆破的影响。合理的爆破时间和爆破顺序设计，确保每次爆破后岩石完全松动，消除了夹持爆破的条件。科学控制各爆破点的爆破参数和药量。边坡附近的爆破块采用预裂爆破，防止爆破震动对边坡的破坏。在露天深孔爆破中，炮孔过深会增加爆破冲击力。
3.5加强工程边坡的植被保护:
在对滑坡体清除之后,需要在附近区域进行必要植被保护措施应用,针对当地的实际情况选择适宜生存的植被进行种植,利用植被根系之间的连接作用,使土体结构受到自然作用加固,进而避免降雨对边坡造成剧烈的冲刷作用,通过植被覆盖降低出现滑坡的可能。由于本滑坡体距离坝体的位置相对较近,工程单位也可以应用混凝土施工,建立土体防护带,延伸至坝体区域,防护带采用井字建造模式,框架内部可以回填土壤并进行绿化,实现对于边坡的双重保护作用。
结论
综上所述，大型露天矿山边坡稳定性分级分析可显著提高台阶边坡和含少量台阶数目的组合台阶边坡的稳定性评价精度；岩体结构面抗剪强度精细取值能克服人为因素的影响，消除随机计算误差，显著提高边坡稳定性计算精度。因此，分级分析和精细取值基础上，开展等精度评价，可提高大型露天矿山边坡稳定性评价的可靠度。
参考文献：
[1]孙玉科，杨志法，丁恩保.中国露天矿边坡稳定性研究[M].北京：中国科学技术出版社，2017：17–20.
[2]杜时贵，雍睿，陈咭扦，等.大型露天矿山边坡岩体稳定性分级分析方法[J].岩石力学与工程学报，2017，36(11)：2601–2611.
论文作者:白皓宇
论文发表刊物:《防护工程》2019年第2期
论文发表时间:2019/5/8
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