楊 葳

（深圳地質(zhì)建設(shè)工程公司，廣東 深圳 518023）

礦體邊坡失穩(wěn)會(huì)帶來(lái)非常嚴(yán)重的后果，而想要做好邊坡滑落的防治工作，必須首先對(duì)其穩(wěn)定性和可靠度進(jìn)行分析，找出邊坡失穩(wěn)的原因所在，才能做到對(duì)癥下藥。對(duì)于礦山邊坡滑裂情況進(jìn)行分析的方法有很多，比較常見(jiàn)的就是極限平衡理論和有限元法，以有限元法為例，相比較傳統(tǒng)分析方法，優(yōu)勢(shì)更加明顯，充分滿足各種應(yīng)力的平衡條件，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于邊坡實(shí)際滑裂面的有效模擬，從而得到準(zhǔn)確有效的分析結(jié)果。

1 邊坡穩(wěn)定可靠度研究意義

任何一種礦體邊坡都會(huì)因?yàn)樽灾亍⑼獠亢奢d等因素的影響，在其內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)的剪切應(yīng)力，雖然土體本身具備一定的抗剪強(qiáng)度，但是如果剪切應(yīng)力超過(guò)礦體抗剪強(qiáng)度，則會(huì)引發(fā)礦體的剪切破壞，破壞區(qū)域達(dá)到一定程度，就可能引發(fā)滑裂災(zāi)害問(wèn)題。自然界中存在的滑裂現(xiàn)象多數(shù)是由自然災(zāi)害引發(fā)的，如暴雨、礦震等。在我國(guó)遼闊的土地中，山地占據(jù)了相當(dāng)大的比重，滑坡災(zāi)害容易發(fā)生，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)同樣會(huì)遭遇邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題，一旦出現(xiàn)邊坡滑裂災(zāi)害，可能帶來(lái)嚴(yán)重后果，對(duì)群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅，做好邊坡穩(wěn)定可靠度的研究，對(duì)其失穩(wěn)問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)，配合相應(yīng)礦山邊坡加固措施，保證邊坡的穩(wěn)定性和可靠性，有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

2 礦山邊坡滑裂災(zāi)害分析中的強(qiáng)度折減法

強(qiáng)度折減法屬于有限元法的一種，將其應(yīng)用到礦山邊坡滑裂分析中，有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)：首先，能夠針對(duì)礦區(qū)復(fù)雜地形地貌以及地質(zhì)邊坡進(jìn)行計(jì)算，提升計(jì)算的準(zhǔn)確性；其次，在利用強(qiáng)度折減法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析的過(guò)程中，考慮了到礦體結(jié)構(gòu)關(guān)系和變形對(duì)于應(yīng)力的影響；相比較傳統(tǒng)方法，強(qiáng)度折減法可以對(duì)邊坡滑裂過(guò)程和滑移面形狀進(jìn)行模擬，為分析研究提供便利；最后，在對(duì)安全系數(shù)進(jìn)行求解時(shí)，不僅不需要對(duì)滑移面的形狀進(jìn)行假定，也不需要進(jìn)行條分處理。

具體來(lái)講，需要關(guān)注三個(gè)基本概念：一是屈服準(zhǔn)則?？梢赃x擇理想彈性模型以及Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則，其本身同時(shí)考慮了主應(yīng)力和靜水壓力對(duì)于屈服強(qiáng)度的影響，在面對(duì)多種土體材料時(shí)，都能夠達(dá)到預(yù)期效果，適用性更強(qiáng)，應(yīng)用效果好，對(duì)于分析人員而言，在礦體穩(wěn)定性分析中運(yùn)用相應(yīng)的Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則，能夠在保證分析效率的前提下，獲得有效的分析成果。在Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則中，經(jīng)過(guò)了相應(yīng)的MIses修正，除去基本參數(shù)外，還加入了靜水壓力分量可能產(chǎn)生的影響，構(gòu)建起了其與屈服強(qiáng)度的相互關(guān)系；二是安全系數(shù)。安全系數(shù)是決定邊坡穩(wěn)定可靠度的關(guān)鍵所在，對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式為：

三是有限元分析的強(qiáng)度折減法，將上述公式兩側(cè)同時(shí)除以K，可以得到：

公式中的φ代表內(nèi)摩擦角，c代表粘聚力。

在實(shí)際操作中，通過(guò)對(duì)系數(shù)K的逐步調(diào)整，可以得到不同數(shù)值的c′、φ′，將其帶入到有限元程序中對(duì)邊坡進(jìn)行反復(fù)分析，待其達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，K值為礦體邊坡滑裂的安全系數(shù)。

在運(yùn)用強(qiáng)度折減法來(lái)對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析的過(guò)程中，同樣存在有兩個(gè)缺點(diǎn)，一是礦體邊坡滑裂面本身的位置會(huì)隨著土體參數(shù)的變化而變化，這也是運(yùn)用該方法得到的礦體邊坡滑裂面并不會(huì)總是與實(shí)際情況相符；二是因?yàn)檫吰逻_(dá)到臨界破壞狀態(tài)的影響因素眾多，很多時(shí)候?qū)嶋H上都無(wú)法得到合理的邊坡安全系數(shù)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要技術(shù)人員做好強(qiáng)度折減法的合理應(yīng)用，最好能夠通過(guò)與其他方法的相互配合來(lái)保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性[2]。

3 計(jì)算分析

一是瑞典圓弧法。這種方法是傳統(tǒng)礦山邊坡穩(wěn)定性分析中一種比較常見(jiàn)的方法，簡(jiǎn)單來(lái)講，就是在面對(duì)均質(zhì)粘性土坡時(shí)，如果其因?yàn)閼?yīng)力的作用出現(xiàn)滑動(dòng)，則會(huì)產(chǎn)生與圓弧類似形態(tài)的滑動(dòng)面。從方便分析的角度，將滑動(dòng)面上存在的礦體假設(shè)為剛性體，在忽略礦體內(nèi)部各種力相互作用的情況下，將礦體邊坡的滑裂問(wèn)題定義為應(yīng)變問(wèn)題。在分析的過(guò)程中，可以從圓弧滑動(dòng)面上，選擇相應(yīng)的滑動(dòng)體，將其看作是與整體脫離的個(gè)體，則此時(shí)邊坡的抗滑力值等于土體抗剪強(qiáng)度Tf和滑弧AED長(zhǎng)度L的乘積，則瑞典圓弧法的基本公式為：安全系數(shù)K=抗滑力矩/滑動(dòng)力矩=Mr/Ms＞1。將其應(yīng)用到該工程中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有負(fù)載不均勻礦山邊坡以及截面邊坡穩(wěn)定性的計(jì)算；二是天漢設(shè)計(jì)軟件。選擇最新版的軟件，在軟件中輸入工程地質(zhì)勘查分析中得到的各項(xiàng)參數(shù)，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的軟件程序運(yùn)作后，就能夠得到相應(yīng)的計(jì)算分析圖，最終滑弧安全深度計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 滑弧安全深度計(jì)算

三是有限元分析ABAQUS。利用相應(yīng)的有限元分析程序，構(gòu)建無(wú)任何支護(hù)狀況下的邊坡模型和位移矢量圖。

結(jié)果對(duì)比：對(duì)比上述三種方法得到的礦山邊坡滑裂安全系數(shù)，瑞典圓弧法得到的安全系數(shù)為0.509，天漢設(shè)計(jì)軟件得到的安全系數(shù)為0.543，有限元分析ABAQUS法得到的安全系數(shù)為0.437，可以看出人工計(jì)算出的安全系數(shù)和專業(yè)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算出的結(jié)果并不存在很大差異。

4 結(jié)語(yǔ)

礦山邊坡滑落安全性分析應(yīng)該得到礦山工程設(shè)計(jì)人員的高度重視，而經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)邊坡滑裂計(jì)算方法與設(shè)計(jì)軟件計(jì)算出的安全系數(shù)并沒(méi)有很大差異，可以將其作為穩(wěn)定系數(shù)參考。

利用傳統(tǒng)極限平衡法和設(shè)計(jì)軟件，并不能很好地獲取邊坡應(yīng)力、變形分布及其發(fā)展趨勢(shì)等相關(guān)信息，從保證邊坡安全的角度，在針對(duì)礦山邊坡穩(wěn)定性分析的過(guò)程中，需要在運(yùn)用極限平衡法簡(jiǎn)略計(jì)算的基礎(chǔ)上，以有限元法作為補(bǔ)充分析，獲取更加完善細(xì)致的信息。而從工程技術(shù)人員的角度，在邊坡施工環(huán)節(jié)，如果遇到建設(shè)方提出相應(yīng)的邊坡修改意見(jiàn)，需要提前做好相應(yīng)的穩(wěn)定性計(jì)算，以保證礦山施工的穩(wěn)定性，減少安全隱患的發(fā)生。