童永杰

（新疆寶地礦業(yè)有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

1 強(qiáng)度折減法基本原理

邊坡穩(wěn)定性一直是巖土工程領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)研究，一般情況采用安全系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)其穩(wěn)定狀態(tài)。數(shù)值模擬方法是與極限平衡分析方法并行的一種方法，側(cè)重于巖土應(yīng)力—應(yīng)變即破壞機(jī)理的分析。

分析天然邊坡時(shí)，巖土體抗剪強(qiáng)度是引起邊坡遭到破壞的主要原因，所以對(duì)邊坡治理要降低巖土體抗剪前度，維持邊坡的穩(wěn)定，傳統(tǒng)的極限平衡法雖然能夠確定邊坡滑裂面，但是要提前預(yù)估安全系數(shù)與之相對(duì)應(yīng)的滑裂面。針對(duì)傳統(tǒng)方法在分析邊坡穩(wěn)定性較為繁瑣問(wèn)題，提出了強(qiáng)度折射減法，該方法能夠直接求出邊坡治理時(shí)所需要的安全系數(shù)值，準(zhǔn)確確定滑面所處位置與形狀。

極限平衡法分析邊坡穩(wěn)定性時(shí)，其基本思路是：在計(jì)算過(guò)程中將邊坡的內(nèi)摩擦角和粘聚力逐步下降而使邊坡達(dá)到極限平衡狀態(tài)，邊坡所具有的強(qiáng)度數(shù)值與相應(yīng)于該極限平衡狀態(tài)的強(qiáng)度值之比，就是所求的安全系數(shù)(FS），這種方法稱(chēng)為強(qiáng)度折減法。強(qiáng)度折減法的基本原理是將參數(shù)C、Φ值同時(shí)除以一個(gè)折減系數(shù)Ftrial，得到一組新的C′、Φ′值，然后作為新的參數(shù)帶入有限元進(jìn)行試算，當(dāng)計(jì)算正好收斂時(shí)，也即Ftrial再稍大一些(數(shù)量級(jí)一般為10-3)，計(jì)算便不收斂，對(duì)應(yīng)的Ftrial被稱(chēng)為坡體的最小安全系數(shù)，此時(shí)土體達(dá)到臨界狀態(tài)，發(fā)生剪切破壞。

安全系數(shù)FS的搜索過(guò)程如圖1示。由圖1可知，折減前邊坡的實(shí)際強(qiáng)度包線與摩爾應(yīng)力圓相離，邊坡不會(huì)發(fā)生剪切向破壞。隨著折減系數(shù)Ftria的增大，折減后強(qiáng)度包線逐漸向摩爾應(yīng)力圓靠攏。當(dāng)折減系數(shù)Ftria增大到某一特定值FS時(shí)，強(qiáng)度包線將與摩爾應(yīng)力圓相切，如圖中直線c，此時(shí)折減后邊坡的抗剪強(qiáng)度與邊坡實(shí)際剪應(yīng)力達(dá)到臨界平衡，折減后強(qiáng)度包線變成極限強(qiáng)度包線，相應(yīng)的折減系數(shù)FS即為邊坡的安全系數(shù)。

圖1 強(qiáng)度折減法原理

2 計(jì)算方案及數(shù)值模型

2.1 計(jì)算方案

結(jié)合生產(chǎn)進(jìn)度安排制定邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方案，并與極限平衡法方法進(jìn)行比較。

首先，根據(jù)選擇的邊坡剖面，通過(guò)建立實(shí)體模型，并將實(shí)體模型導(dǎo)入FLAC，生成計(jì)算模型。

其次，根據(jù)巖性選擇計(jì)算參數(shù)，設(shè)置邊界條件。

第三步，對(duì)當(dāng)前境界下邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行模擬。

第四步，模擬采至坑底境界時(shí)邊坡的穩(wěn)定性。

第五步，采用強(qiáng)度折減法，模擬計(jì)算兩種狀態(tài)下各邊坡的安全系數(shù)。

2.2 數(shù)值計(jì)算模型

由于FLAC建立模型中對(duì)于網(wǎng)格的要求較高，此次分析中，在保證結(jié)果可靠的基礎(chǔ)上對(duì)邊坡模型進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化處理。

（1）1號(hào)線剖面邊坡計(jì)算模型。由剪應(yīng)變等值線圖可知，模擬過(guò)程中邊坡剪應(yīng)變率非常低，這從邊坡塑性區(qū)分布圖也得到驗(yàn)證，圖中只有個(gè)別單元發(fā)生剪切破壞，對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性沒(méi)有影響。根據(jù)強(qiáng)度折減法原理，采用FLAC軟件，計(jì)算出1號(hào)線邊坡現(xiàn)階段下的穩(wěn)定系數(shù)。由以上分析不難得出，1號(hào)線邊坡在現(xiàn)階段邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（2） 2號(hào)線剖面邊坡計(jì)算模型。2號(hào)線現(xiàn)狀邊坡的幾何模型。由剪應(yīng)變等值線圖可知，模擬過(guò)程中邊坡剪應(yīng)變率較低，這從邊坡塑性區(qū)分布圖也得到驗(yàn)證，圖中只有掛幫礦開(kāi)采臺(tái)階頂面產(chǎn)生剪切破壞，對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性沒(méi)有影響。根據(jù)強(qiáng)度折減法原理，采用FLAC軟件，計(jì)算出2號(hào)線邊坡在現(xiàn)階段下的穩(wěn)定系數(shù)。由以上分析不難得出，2號(hào)線邊坡在現(xiàn)階段邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）3號(hào)線剖面邊坡計(jì)算模型。3號(hào)線現(xiàn)狀及終了邊坡的幾何模型。由剪應(yīng)變等值線圖可知，模擬過(guò)程中邊坡剪應(yīng)變率非常低，這從邊坡塑性區(qū)分布圖也得到驗(yàn)證，圖中只有個(gè)別單元發(fā)生剪切破壞，對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性沒(méi)有影響。根據(jù)強(qiáng)度折減法原理，采用FLAC軟件，計(jì)算出3號(hào)線邊坡在現(xiàn)階段下的穩(wěn)定系數(shù)；在閉坑后的穩(wěn)定系數(shù)。由以上分析不難得出，3號(hào)線邊坡在現(xiàn)階段邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（4）4號(hào)線剖面邊坡計(jì)算模型。4號(hào)線現(xiàn)狀及終了邊坡的幾何模型。由剪應(yīng)變等值線圖可知，模擬過(guò)程中邊坡剪應(yīng)變率非常低，這從邊坡塑性區(qū)分布圖也得到驗(yàn)證，圖中只有個(gè)別單元發(fā)生剪切破壞，對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性沒(méi)有影響。根據(jù)強(qiáng)度折減法原理，采用FLAC軟件，計(jì)算出4號(hào)線邊坡在現(xiàn)階段下的穩(wěn)定系數(shù)；在閉坑后的穩(wěn)定系數(shù)。由以上分析不難得出，4號(hào)線邊坡在現(xiàn)階段邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。由剪應(yīng)變等值線圖可知，模擬過(guò)程中邊坡剪應(yīng)變率非常低，這從邊坡塑性區(qū)分布圖也得到驗(yàn)證，圖中只有個(gè)別單元發(fā)生剪切破壞，對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性沒(méi)有影響。根據(jù)強(qiáng)度折減法原理，采用FLAC軟件，計(jì)算出5號(hào)線邊坡在現(xiàn)階段下的穩(wěn)定系數(shù)；在閉坑后的穩(wěn)定系數(shù)。由以上分析不難得出，5號(hào)線邊坡在現(xiàn)階段邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（5）6號(hào)線剖面邊坡計(jì)算模型。由剪應(yīng)變等值線圖可知，模擬過(guò)程中邊坡剪應(yīng)變率非常低，這從邊坡塑性區(qū)分布圖也得到驗(yàn)證，圖中只有個(gè)別單元發(fā)生剪切破壞，對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性沒(méi)有影響。根據(jù)強(qiáng)度折減法原理，采用FLAC軟件，計(jì)算出6號(hào)線邊坡在現(xiàn)階段下的穩(wěn)定系數(shù)。由以上分析不難得出，6號(hào)線邊坡在現(xiàn)階段邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。