仇世邦

（貴州省地礦局一一三地質(zhì)大隊(duì)，貴州 六盤水 553000）

近年來(lái)，我國(guó)的各項(xiàng)事業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)。尤其是以礦產(chǎn)開發(fā)為代表的行業(yè)得到迅猛發(fā)展。我國(guó)是能源消耗大國(guó)，國(guó)家經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)離不開大量的礦產(chǎn)原料。我國(guó)除了依靠自身開采外，還有大量的能源缺口。

在風(fēng)云莫測(cè)的國(guó)際環(huán)境中，礦產(chǎn)等原材料的供應(yīng)受到嚴(yán)重影響，為確保國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全穩(wěn)定，國(guó)內(nèi)的礦石開采項(xiàng)目越來(lái)越多。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)金屬礦產(chǎn)露天開采中，鐵礦占比在80%～90%，有色金屬礦占比在40%～50%，化工材料占70%，建筑材料占100%，露天煤礦開采比重在5%左右。尤其是神華、神東礦區(qū)等大型露天礦開采項(xiàng)目上馬，將我國(guó)露天開采事業(yè)推向新的高度。

20 世紀(jì)90 年代至21 世紀(jì)初期的全球發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，世界間的政治、經(jīng)濟(jì)、軍事活動(dòng)均圍繞資源展開，可見資源在各國(guó)關(guān)系中的重要性。資源的有效開發(fā)與利用能左右一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)水平。

隨著世界各國(guó)不斷對(duì)露天礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用，世界上越來(lái)越多的露天礦得到有效開發(fā)，例如美國(guó)猶他州賓漢姆銅礦，面積達(dá)7.7km2，深度達(dá)1200m，此外智利丘基卡馬塔銅礦深度也達(dá)到1100m，俄羅斯的烏達(dá)企納亞鉆石礦，開采深度也達(dá)到600m。我國(guó)的露天冶金礦山也逐步走向深部凹陷開采階段，深度逐步超過(guò)500m。此類大中型露天礦產(chǎn)項(xiàng)目的開發(fā)，使得邊坡的高度不斷提升，導(dǎo)致邊坡的穩(wěn)定性和安全性越來(lái)越低。邊坡滑坡不僅嚴(yán)重影響地面工業(yè)、建筑安全。一旦滑坡等事件發(fā)生，就會(huì)需要大量的治理經(jīng)費(fèi)，極大降低了礦山的經(jīng)濟(jì)效益。因此深入開展露天礦高陡邊坡失穩(wěn)機(jī)制和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究，對(duì)推動(dòng)我國(guó)露天礦的開發(fā)和邊坡治理具有重要意義。

1 國(guó)內(nèi)外對(duì)高陡邊坡治理現(xiàn)狀的分析概況

露天礦高陡邊坡的穩(wěn)定性研究一直以來(lái)是安全管理技術(shù)中最為關(guān)鍵的難點(diǎn)之一，是工程地質(zhì)力學(xué)研究中的重要方向。縱觀國(guó)內(nèi)外露天礦高陡邊坡穩(wěn)定性研究的歷史脈絡(luò)，可以清晰的了解到，高陡邊坡穩(wěn)定性研究主要經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)到理論、定性到定量、單一評(píng)價(jià)到綜合評(píng)價(jià)、由傳統(tǒng)理論到新理論、新方法、新技術(shù)的發(fā)展過(guò)程。

1.1 高陡邊坡穩(wěn)定性的幾種分析法

1.1.1 工程地質(zhì)分析法

工程地質(zhì)分析法主要是通過(guò)地質(zhì)勘探，通過(guò)整合可能對(duì)邊坡穩(wěn)定性的各項(xiàng)要素進(jìn)行分析，采用力學(xué)機(jī)制、地質(zhì)體自身的形變成因等進(jìn)行深入分析。以此為理論，來(lái)構(gòu)建邊坡穩(wěn)定性的控制理論。

工程地質(zhì)分析法具有較大局限性，對(duì)一般的地質(zhì)條件礦山巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性具有較高的參考價(jià)值，但對(duì)復(fù)雜礦山巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性則難以體現(xiàn)。

1.1.2 極限平衡分析法

極限平衡分析法主要是通過(guò)其通用性和實(shí)用性，通過(guò)假設(shè)理論。假設(shè)邊坡處于極限平衡狀態(tài)，處于滑動(dòng)邊緣，然后將邊坡離散成垂直界面的缸體條塊，建立起靜力平衡方程，從而求出邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)，通過(guò)設(shè)定系數(shù)，來(lái)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行更加細(xì)致的定量評(píng)價(jià)。此類極限平衡法的力學(xué)模型對(duì)邊坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)也具有一定的局限性，對(duì)質(zhì)地均勻的土質(zhì)邊坡的計(jì)算效果較為精確但對(duì)復(fù)雜介質(zhì)的邊坡計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果有較大誤差。

1.1.3 極限分析法與數(shù)值分析法

極限分析發(fā)主要以塑性極限分析法為主，將滑坡體看做流動(dòng)法則的塑性材料，以極限狀態(tài)時(shí)的自重和外荷載所做的功等于滑裂面上主力所消耗的功為條件，結(jié)合對(duì)塑性分析的上限與下限定理可以確定一個(gè)安全系數(shù)。此類分析法只能在理想條件下得出邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)，難以考慮復(fù)雜荷載及復(fù)雜滲流等情況的高陡邊坡。

數(shù)值分析法主要因計(jì)算機(jī)的普及和發(fā)展而衍生和發(fā)展。細(xì)分出諸如：有限差分法、邊界元法等多種邊坡穩(wěn)定性分析方法。此類分析法能對(duì)各種復(fù)雜的高陡邊坡進(jìn)行更加多元的分析，通過(guò)綜合衡量，結(jié)合多種分析法的各自優(yōu)點(diǎn)，能計(jì)算出最貼合實(shí)際的邊坡穩(wěn)定性的安全系數(shù)。

1.2 邊坡監(jiān)測(cè)研究現(xiàn)狀

高陡邊坡穩(wěn)定性離不開對(duì)巖質(zhì)條件和外界影響因素的檢測(cè)和分析。從當(dāng)前我國(guó)外的監(jiān)測(cè)手段來(lái)看，主要用于高陡邊坡的監(jiān)測(cè)儀器和方法主要包含以下幾大類。A、坡表大地測(cè)量；B、GPS 監(jiān)測(cè)；C、位移計(jì)；D、紅外遙感監(jiān)測(cè)法；E、激光微小位移檢測(cè)；F、雷達(dá)干涉測(cè)量等等。以上邊坡監(jiān)測(cè)主要通過(guò)對(duì)高陡邊坡圍標(biāo)進(jìn)行位移測(cè)量。

例如采用鉆孔傾斜儀、聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)等則通過(guò)對(duì)坡體內(nèi)部進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也能得到十分準(zhǔn)確的坡體變形的數(shù)據(jù)。尤其是近年來(lái)，微震監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，為高陡邊坡穩(wěn)定性的研究打開新的研究方向，為露天礦高陡邊坡工程的穩(wěn)定性預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供了可靠的技術(shù)支持，具有重大的科研價(jià)值，值得不斷深挖研究。

2 邊坡穩(wěn)定性研究存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)

2.1 邊坡穩(wěn)定性的研究視角的轉(zhuǎn)移

傳統(tǒng)的露天礦山邊坡穩(wěn)定性的預(yù)測(cè)主要通過(guò)對(duì)坡體的變形外體檢測(cè)來(lái)掌預(yù)測(cè)滑坡，巖質(zhì)邊坡的失穩(wěn)與邊坡巖體內(nèi)部發(fā)生的微破裂和微失衡有密切關(guān)系，對(duì)坡體外體的觀察來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，具有一定的滯后性。

筆者認(rèn)為，邊坡的標(biāo)體發(fā)生位移或形變發(fā)生于坡體內(nèi)部微震活動(dòng)之后，也就是說(shuō)坡體內(nèi)部發(fā)生微震是發(fā)生坡體形變、位移的前兆。因此要想研究邊坡穩(wěn)定性，要將研究位置前移至對(duì)坡體內(nèi)部微震活動(dòng)的孕育、演化、繁衍及對(duì)邊坡失衡的影響方面。

2.2 邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)視野擴(kuò)大

傳統(tǒng)的邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)研究缺乏對(duì)周圍環(huán)境劣化的納入研究。例如：卸荷、滲流、較大爆破、震動(dòng)、荷載等誘發(fā)滑坡?lián)p傷等演化過(guò)程的分析方法。尤其是露天礦邊坡巖體在卸荷、滲流或動(dòng)荷載等作用力下，容易對(duì)穩(wěn)定的邊坡產(chǎn)生擾動(dòng)，致使邊坡變形失衡，這是傳統(tǒng)邊坡穩(wěn)定性研究中較為匱乏的因素，也是導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性計(jì)算不準(zhǔn)的重要因素。由于巖體變形破壞實(shí)際上是能量耗散與能量釋放的結(jié)果，因此巖體受到外力能力耗散或能量釋放容易導(dǎo)致巖體材料劣質(zhì)化或強(qiáng)度損失，最終導(dǎo)致滑坡，因此深入研究開挖松動(dòng)區(qū)的形成與損傷力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)具有十分重要的意義。

此外降雨滲流與一定強(qiáng)度的爆破震動(dòng)對(duì)高陡邊坡的穩(wěn)定性也有一定的影響，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)因素。

首先，降雨、爆破震動(dòng)容易弱化高陡邊坡的穩(wěn)定性。水流的侵蝕會(huì)導(dǎo)致巖體結(jié)構(gòu)抗剪強(qiáng)度參數(shù)逐步降低，此外，水分滲透入坡體本身也加重了坡體自身的荷載，再加上水流的下滑力同時(shí)也降低了坡體巖石碎塊之間的摩擦力，加劇邊坡的動(dòng)力失穩(wěn)，任何一次爆破震動(dòng)都對(duì)邊坡巖體帶來(lái)一定的損傷和破壞，每一次微震信號(hào)都有豐富的內(nèi)部變化，因此對(duì)爆破震動(dòng)信號(hào)的研究和處理分析，是做好邊坡穩(wěn)定的重要參數(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

筆者認(rèn)為，在露天礦高陡邊坡失穩(wěn)的研究中，要摒棄傳統(tǒng)對(duì)邊坡內(nèi)部漸進(jìn)損傷演化分析不準(zhǔn)的方式方法，通過(guò)對(duì)邊坡可觀動(dòng)態(tài)的跟蹤監(jiān)測(cè)分析，才能真實(shí)的反應(yīng)出邊坡實(shí)際情況。

通過(guò)總結(jié)分析國(guó)內(nèi)國(guó)際對(duì)邊坡穩(wěn)定性工程的技術(shù)研究，提出采用微震活動(dòng)來(lái)深入研究邊坡巖體失穩(wěn)前兆本質(zhì)特征，并以此為研究方向，建立巖體強(qiáng)度參數(shù)識(shí)別方法和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，為露天礦高陡邊坡的穩(wěn)定性建立更加科學(xué)可靠的預(yù)測(cè)預(yù)判模型。