鄧社根，沙榮華，曹旖旎

(江蘇省工程勘測研究院有限責(zé)任公司，江蘇 揚(yáng)州 225000)

目前，國內(nèi)很多學(xué)術(shù)研究者、專家教授對礦山露采高邊坡的變形破壞機(jī)制有較為深入的研究。張倬元等通過現(xiàn)場大量資料的分析，提出6種邊坡破壞模式：滑移—拉裂、彎曲—拉裂、滑移—彎曲、蠕滑—拉裂、滑移—壓致拉裂和塑流—拉裂。郝建斌等通過試驗說明了層狀礦體邊坡在動力作用下的變形及破壞模式。鄭穎人等利用三維有限元數(shù)值模擬，模擬了地震作用下邊坡的變形破壞機(jī)制。

以上研究多數(shù)研究集中于降雨等外界條件以及數(shù)值模擬分析，本文通過現(xiàn)場卸荷的詳細(xì)調(diào)查，在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合西南地區(qū)的露天礦開采導(dǎo)致高邊坡變形為例，對礦區(qū)高邊坡變形破壞模式進(jìn)行較為系統(tǒng)的理論性分析。

1 礦山露采邊坡概況

研究礦區(qū)位于西藏芒康地區(qū)，處于河流下游右岸，2700m高程下部整體較陡，邊坡整體坡度達(dá)50°，2700m～3040m段較緩，約30°～40°，邊坡整體高差達(dá)1000m左右。邊坡發(fā)育沖溝，由于受到其切割作用，邊坡表層礦體十分破碎。

邊坡地層主要為三疊系中統(tǒng)竹卡組（T2z），地表發(fā)育幾條黃斑、灰綠礦脈，邊坡主要發(fā)育兩組結(jié)構(gòu)面及一些確定性軟弱結(jié)構(gòu)面，兩組結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀分別J1:N54°W/NE∠76°、J2：N10°E/SE∠22°，平直光滑、無充填、干燥，間距10cm左右。軟弱結(jié)構(gòu)面（卸荷、斷層等）寬度5cm～50cm不等，泥質(zhì)充填，遇水軟化，對礦山露采邊坡的變形破壞具有控制性作用。

2 邊坡變形破壞特征

礦區(qū)邊坡變形破壞受礦物特性、結(jié)構(gòu)特征、地質(zhì)條件及外界等因素影響，邊坡變形破壞模式都有很大的不同，礦山開采過程中邊坡礦體結(jié)構(gòu)（主要為卸荷裂隙）及其組合關(guān)系對邊坡變形破壞具有控制性作用。

根據(jù)現(xiàn)場邊坡各平硐的調(diào)查，在PDZ18平硐270m深度，發(fā)育寬約1m強(qiáng)卸荷裂隙，產(chǎn)狀為N55°W/NE∠57°，傾向坡外，由于卸荷作用，礦體內(nèi)部產(chǎn)生較多裂隙，沿著卸荷裂隙產(chǎn)生壓剪變形，可在后期形成邊坡破壞的底畫面由于卸荷，礦體應(yīng)力進(jìn)行重分布，在應(yīng)力集中區(qū)域產(chǎn)生寬大張裂，寬度達(dá)50cm，礦體內(nèi)部產(chǎn)生裂隙，沿著緩傾斷層發(fā)生位移，產(chǎn)生壓剪變形，形成大部分張開，局部閉合的階坎狀裂隙。

通過野外實地勘查，目前礦山露采邊坡地表已有多處變形破壞現(xiàn)象，這些現(xiàn)象代表了邊坡潛在的變形破壞機(jī)制。邊坡坡度較陡，礦體沿著這組結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生向臨空方向的傾倒變形，而后院產(chǎn)生陡傾坡外的張性破裂，裂縫軌跡表現(xiàn)為階坎狀，并伴隨著部分礦物碎塊下墜。

根據(jù)調(diào)查，邊坡主要發(fā)育兩組結(jié)構(gòu)面，一組陡傾坡外，一組為緩傾坡外，兩組結(jié)構(gòu)面相互組合，礦體易沿緩傾結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生剪切變形，而陡傾結(jié)構(gòu)面逐漸會形成其后緣切割面，地表部分礦體已發(fā)生滑移失穩(wěn)，滑移后壁出露。

3 礦山露采邊坡變形破壞模式分析

邊坡變形破壞機(jī)制為以卸荷張裂為后緣，不斷加深加寬，與中緩傾角裂隙相組合的階梯狀滑移—拉裂破壞模式。礦山露采邊坡變形破壞模式較為復(fù)雜，淺表層由于發(fā)育陡傾坡內(nèi)的結(jié)構(gòu)面，沿著緩傾坡外結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生張裂，形成傾倒—拉裂式變形破壞，而邊坡傾坡外軟弱結(jié)構(gòu)面也發(fā)育較多，沿著緩傾結(jié)構(gòu)面也易形成滑移—拉裂式變形破壞。

圖1 邊坡潛在變形塊體組合

邊坡開挖過程中，卸荷作用導(dǎo)致邊坡應(yīng)力發(fā)生調(diào)整，淺表層的傾倒變形繼續(xù)發(fā)展，中緩傾坡外的卸荷破碎帶在坡體內(nèi)發(fā)育，邊坡上部礦體必向外產(chǎn)生一定的位移，而對下部礦體產(chǎn)生一定的推擠作用，開挖面剪出口也發(fā)育緩傾外結(jié)構(gòu)面，礦體向外運動，開挖面產(chǎn)生一定的錯動，當(dāng)緩傾結(jié)構(gòu)面貫通，邊坡可能產(chǎn)生滑移—壓致拉裂式的變形破壞，上部沿著斷層、卸荷裂隙產(chǎn)生拉裂，也會伴隨著產(chǎn)生滑移—拉裂式的變形破壞，如圖1所示。

綜上分析，卸荷作用下礦質(zhì)高邊坡的變形破壞模式主要有以下3中模式：傾倒—拉裂、滑移—拉裂及滑移—壓制拉裂。

4 結(jié)論

通過某礦山露采高邊坡工程實例，對礦山地質(zhì)的高邊坡地層結(jié)構(gòu)、已有的變形破壞現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)的分析，對卸荷極為發(fā)育的礦體高邊坡變形破壞特征進(jìn)行了總結(jié)，研究了該邊坡的變形破壞模式，得出以下結(jié)論：

（1）邊坡坡體結(jié)構(gòu)對邊坡變形發(fā)展具有重要的影響，在邊坡穩(wěn)定性分析中，要對邊坡的坡體結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分的調(diào)查，進(jìn)而初步確定邊坡的變形破壞模式。

（2）邊坡的主要變形模式為陡傾斷層或結(jié)構(gòu)面與緩傾結(jié)構(gòu)面組合的階梯狀“滑移—拉裂”，具體分為淺表層碎裂礦體的小塊體失穩(wěn)、邊坡“邊坡塊體局部失穩(wěn)”和塊體整體失穩(wěn)。