高 潔

(湖南建筑高級(jí)技工學(xué)校， 湖南 長(zhǎng)沙 410000)

礦坑眾多的形成主要由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷推進(jìn)，需求的礦產(chǎn)資源也逐步變大而造成采礦留下的。礦坑邊坡在工程地質(zhì)的復(fù)雜條件下，多面的軟弱結(jié)構(gòu)，多個(gè)巖層被跨越，是屬于高陡邊坡。邊坡會(huì)在降雨情況下引起失衡、破壞，這是降低了邊坡的巖層而導(dǎo)致的，分析以及確定滲透張量是目前最為關(guān)鍵的事情。

1 降雨入滲的礦坑邊坡穩(wěn)定性分析的必要性

我們需要知道降雨會(huì)帶給礦坑邊坡有什么影響。飽和土體變?yōu)榉秋柡屯馏w的過(guò)程是受到降雨入滲滲條件的影響，土體的表層受到降雨入滲后增加了表層的飽和度，降雨的雨水隨著沿坡的較短位置慢慢地往下滲入到達(dá)不透水的層面，這樣就可以聚集了雨水在這個(gè)部位，但是此位置會(huì)慢慢增高飽和度形成浸潤(rùn)線，浸潤(rùn)線會(huì)伴隨這不斷滲入的雨水移動(dòng)或者上升。礦坑內(nèi)的土體從非飽和狀態(tài)到飽和的原因是水分的增加，浸潤(rùn)線作為界線的內(nèi)部主要是發(fā)生水分增加的區(qū)域；礦坑邊如果發(fā)生失穩(wěn)的情況，追其原因就是孔隙水壓力的上升、土體的重量變重。實(shí)驗(yàn)表明，粘聚力的降低會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度的變化，具體表現(xiàn)在增加了水分使得土體飽和，這樣可以對(duì)土的粘聚力降低到干燥時(shí)候的十分之一；抗剪強(qiáng)度會(huì)根據(jù)變大的含水量來(lái)減小，而飽和土相對(duì)于非飽和土的抗剪強(qiáng)度一般要小。所以，造成邊坡失去穩(wěn)定性的主要原因就是降雨造成非飽和區(qū)土體抗剪強(qiáng)度的下降。

降雨的類型、礦坑邊坡的類型、土地滲透性的影響等因素都會(huì)影響礦坑邊坡的穩(wěn)定性。變化小的降雨強(qiáng)度其安全系數(shù)不高，邊坡安全系數(shù)會(huì)隨著降雨強(qiáng)度的增大而降低。當(dāng)降雨持續(xù)的時(shí)間和強(qiáng)度一樣的時(shí)候，滲透系數(shù)的增加會(huì)使得暴雨安全系數(shù)變得明顯減??；同理可得，較長(zhǎng)的降雨持續(xù)時(shí)間，強(qiáng)度也隨著降低，滲透系數(shù)也變小，安全系數(shù)反到越低。

2 利用軟件計(jì)算滲透張量以分析礦坑邊坡于降雨條件下的穩(wěn)定性

第一，降雨條件下礦坑邊坡的穩(wěn)定性已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了許多研究工作，我們可以通過(guò)利用MATLAB軟件來(lái)編制滲透張量的計(jì)算程序，以等效連續(xù)的介質(zhì)模型為基礎(chǔ)，利用這種程序來(lái)對(duì)裂隙巖體的滲透張量進(jìn)行計(jì)算，對(duì)降雨入滲條件下對(duì)礦坑邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

裂隙巖體的滲流計(jì)算的時(shí)候，有三種模型可以選擇：離散型裂隙網(wǎng)絡(luò)模型、等效連續(xù)介質(zhì)模型、雙重介質(zhì)模型等。分析裂隙巖體的滲流的時(shí)候利用等效連續(xù)介質(zhì)的模型來(lái)分析是有比較多的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，實(shí)際的土礦工程的問(wèn)題解決都會(huì)利用等效連續(xù)介質(zhì)的模型，因?yàn)槠鋵?duì)準(zhǔn)確的位置不太敏感且指導(dǎo)裂隙相關(guān)的集合統(tǒng)計(jì)信息就可以準(zhǔn)確計(jì)算了。裂隙網(wǎng)絡(luò)均勻的分布和巖石中的孔隙介質(zhì)都是可以利用等效連續(xù)介質(zhì)的模型來(lái)對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行分析的，然后再通過(guò)滲透張量對(duì)巖體的滲透性能進(jìn)行描述；另外，可以將有裂隙的巖體利用宏觀的角度堪稱等效的連續(xù)介質(zhì)，不過(guò)前提要等到巖體的裂隙節(jié)理的結(jié)構(gòu)得到充分發(fā)育才可以。

某礦坑邊坡的具體工程以及土質(zhì)如下描述，殘積粉質(zhì)的粘土和人工填土作為坡頂?shù)母采w層，邊坡由斷層來(lái)貫通，其中許多的碎石、方解石、次生黃泥、砂黏土和灰?guī)r塊石以及次生黃泥等在帶中；灰?guī)r層第二部分，屬于完整且堅(jiān)硬的埋在土層里面較深的微風(fēng)化巖體，受到降雨的影響很??；巖石的滲透系數(shù)被利用故而可以采用連續(xù)介質(zhì)模型來(lái)分析；而邊坡巖體灰?guī)r屬于第三層，雖然為較破碎的巖體但是是節(jié)理發(fā)育完好的巖體，所以其被看作為典型的利用滲透張量程序來(lái)計(jì)算的裂隙結(jié)構(gòu)。

第二，利用模型進(jìn)行計(jì)算之后的結(jié)果分析。利用有限元程序?qū)涤耆霛B條件的邊坡穩(wěn)定性變化規(guī)律的分析，主要是由以下幾點(diǎn)需要分析：安全系數(shù)、礦坑邊坡在降雨之中的特征點(diǎn)位移、預(yù)應(yīng)力錨索軸力變化規(guī)律這三點(diǎn)。

礦坑邊坡的安全系數(shù)受到降雨的影響，利用強(qiáng)度折減法來(lái)對(duì)邊坡進(jìn)行安全系數(shù)的計(jì)算，從MATLAB軟件來(lái)獲得的圖形中知道礦坑在沒(méi)有降雨時(shí)候，未加固的安全系數(shù)相比加固的安全系數(shù)來(lái)說(shuō)增加的幅度達(dá)到 50%；而安全系數(shù)的變化規(guī)律在加固前后基本持平，都是以降雨的強(qiáng)度和時(shí)間增加而變小的，最小安全系數(shù)在加固之后達(dá)到 1.78，而加固之前是 1.02。降雨的強(qiáng)度增長(zhǎng)之后其強(qiáng)度也會(huì)變大，但是安全系數(shù)會(huì)慢慢地變低，知識(shí)降低的幅度變化得比較平緩而已。降雨情況的不同對(duì)礦坑邊坡位移以及安全系數(shù)來(lái)對(duì)比，都會(huì)發(fā)現(xiàn)兩者的變化和不一樣的工況中的變化幅度都是相同的；所以，安全系數(shù)的變化可以通過(guò)邊坡的位移情況不同來(lái)反映。

對(duì)不同工況下的位移點(diǎn)進(jìn)行提取，從而獲取了位移特征點(diǎn)圖，通過(guò)圖形我們可以知道特征點(diǎn)的位移和降雨變化之間的關(guān)系，以及沒(méi)有對(duì)礦坑邊坡加固時(shí)候，位移值是每個(gè)特征點(diǎn)越靠近坡腳時(shí)候越大；對(duì)礦坑邊坡加固之后，增加了降雨時(shí)間導(dǎo)致位移的不斷增大，只是這個(gè)位移變化的幅度不是很大且沒(méi)有靠近邊坡腳時(shí)候位移越大時(shí)候的趨勢(shì)；對(duì)于前者沒(méi)有加固處理的情況中出現(xiàn)比較大的位移的時(shí)候，是預(yù)應(yīng)力錨索加固邊坡的一種 ，對(duì)待礦坑邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行緩解起到非常明顯的作用。

降雨入滲情況下對(duì)錨索軸力的變化規(guī)律說(shuō)明，礦坑邊坡穩(wěn)定性主要得益于支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用。加固結(jié)構(gòu)中雖然能夠?qū)ΦV坑邊坡起到穩(wěn)定的作用，但是也有不同研究者對(duì)其自身受力過(guò)大而產(chǎn)生破壞的問(wèn)題進(jìn)行研究，這是非常重要的問(wèn)題；如果想要指導(dǎo)支護(hù)結(jié)構(gòu)是否會(huì)存在破壞的用，就必須要知道結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分布規(guī)律才行。我們需要對(duì)每個(gè)不同工況中的錨索軸力分布進(jìn)行提取，為的是在降雨之后的錨索結(jié)構(gòu)內(nèi)部力的規(guī)律給展示出來(lái)。由一系列的圖示以及數(shù)據(jù)表明，礦坑邊坡的位移處在最大數(shù)值時(shí)候也會(huì)出現(xiàn)在邊坡的底層，所以我們可以參考在降雨的時(shí)候邊坑的邊坡坡腳位置是最為重點(diǎn)需要加固之處；另外，需要注意的是處在坡腳附近位置的錨索軸力需要被重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，這是為了防止過(guò)大錨索軸力的發(fā)生而出現(xiàn)被破壞的情況。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)降雨入滲條件下對(duì)礦坑邊穩(wěn)定性進(jìn)行分析，主要闡述了穩(wěn)定性分析的必要性，以及利用軟件來(lái)對(duì)出現(xiàn)不穩(wěn)定情況的分析以及數(shù)據(jù)解讀。礦坑邊坡會(huì)根據(jù)降雨的持續(xù)時(shí)間以及強(qiáng)度的增加，導(dǎo)致邊坡的位移逐漸增加，但是安全系數(shù)會(huì)變得下降。從數(shù)據(jù)分析得到降雨后的礦坑邊坡如果沒(méi)有進(jìn)行加固的工程，礦坑下部就會(huì)出現(xiàn)最大位移，而依次排列的是上部位移最小，中部次之的順序。明白了這樣的情況之后，我們可以順利地對(duì)礦坑邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性的施工，最大化保證安全性。

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