朱 剛

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局七總隊(duì)，貴州 貴陽 550000）

我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展極大的推動(dòng)了基礎(chǔ)的建設(shè)，這也帶動(dòng)了礦產(chǎn)資源的大力開發(fā)。礦產(chǎn)資源在開發(fā)過程中，會(huì)形成不穩(wěn)定的邊坡，在自然因素和人為因素的影響下，極可能造成邊坡滑坡現(xiàn)象的發(fā)生。近年來，礦山邊坡滑坡危害國家經(jīng)濟(jì)損失和人民生命安全的事故屢見不鮮。因此，礦山邊坡的穩(wěn)定性問題已逐漸成為熱點(diǎn)。

眾多學(xué)者針對(duì)該研究問題展開了研究，并取得了豐碩了成果。錢來來等[1]以某礦山邊坡工程為研究對(duì)象，在極限平衡法理論基礎(chǔ)上，通過PLAXIS 3D軟件建立三維礦山邊坡模型，并結(jié)合強(qiáng)度折減法求解了邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)；系統(tǒng)的研究了邊坡高度、邊坡坡度等因素的影響。雷遠(yuǎn)見等[2]以陜西省巖質(zhì)邊坡為工程案例，基于離散元的強(qiáng)度折減法，通過ABAQUS軟件模擬了巖質(zhì)邊坡，獲得了邊坡的變形、位移增量、塑性區(qū)范圍等，對(duì)比不同自然因素下邊坡的穩(wěn)定性。李帥[3]基于貴州地區(qū)礦山邊坡工程案例，通過數(shù)值模擬分析了礦山邊坡穩(wěn)定性；研究表明該礦山邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，并確立了雙排抗滑樁的支護(hù)方案能有效控制邊坡變形。王玉平等[4]通過整理不同的礦山邊坡案例，總結(jié)了不同類型的邊坡穩(wěn)定性分析方法，歸納處了不同分析方法的優(yōu)缺點(diǎn)。嚴(yán)立娥等[5]以山西省某煤礦工程為研究對(duì)象，基于強(qiáng)度折減法分析了降雨作用下巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性；系統(tǒng)分析了不同降雨強(qiáng)度、降雨時(shí)長等因素下邊坡變形和穩(wěn)定性影響規(guī)律。

本文以某地區(qū)的礦山邊坡工況為研究對(duì)象，首先通過剛體極限平衡法理論對(duì)該礦山邊坡的典型剖面1-1’進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，隨后建立了礦山邊坡三維模型，對(duì)不同影響因素進(jìn)行參數(shù)分析，明確了聯(lián)合支護(hù)的支護(hù)效果。

1 工程概況

研究區(qū)地處貴州某礦區(qū)。地勢總體呈現(xiàn)出西高東低的特點(diǎn)。研究區(qū)為典型中低山剝蝕地貌，地表沖溝，陡坎非常發(fā)育，地形地貌復(fù)雜。地形最高點(diǎn)位于勘探區(qū)西北部山梁，標(biāo)高1545m，最低點(diǎn)位于區(qū)中南邊緣溝谷底部，標(biāo)高1163m，最大海拔高差為380m，一般相對(duì)高差介于190m～280m。

該地區(qū)氣象統(tǒng)計(jì)資料表明，該地常年溫度平均值為15℃，降雨主要發(fā)生在6～10月，降雨量多年平均值789.8mm，這5個(gè)月的降雨量超過全年的80%。降雨量最多和最少的年份分別為1983年和1996年，降雨量分別為1612.5mm和532mm。降雨量最多月份為1983年8月，達(dá)571.9mm。根據(jù)地勘資料，研究區(qū)所屬地區(qū)各層巖土的構(gòu)成和特征分述如下：

（1）第四系全新統(tǒng)人工填土(Q4ml)。

雜填土①-1：填土顏色為雜色，主要由卵石、建渣、磚塊等組成，并含有粉粒和粘性土等，土質(zhì)稍濕，結(jié)構(gòu)松散，土層厚度多樣，層厚0.60m～3.00m。

（2）第四系全新統(tǒng)沖洪積層(Q4al+pl)。

粉質(zhì)粘土②：土層顏色為黃褐色，略有光澤，韌性高，處于可塑狀態(tài)，干強(qiáng)度高，局部有少量砂粒，無搖振反應(yīng)，研究區(qū)場地大面積分布，層厚0.80m～3.20m。

細(xì)砂③：土層顏色為黃褐和褐黃色，大部分土質(zhì)稍濕，主要包含礦物顆粒等（石英和長石），松散，層厚為0.50m～1.80m。

粉質(zhì)粘土④：土層顏色為灰褐和灰黑色，處于軟塑狀態(tài)，干強(qiáng)度中等，無搖振反應(yīng)，韌性高，稍有光澤，含少量砂粒、圓礫或卵石，局部為富含輕微臭味的植物腐殖質(zhì)，有機(jī)質(zhì)含量1.7%～2.4%，該層以透鏡體賦存與卵石層中，場區(qū)內(nèi)分布不均勻，層厚0.30m～3.20m。

（3）侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組基巖(J2s)。

泥巖⑦：灰黃～棕紅色，粘土礦物，主要成分為粘土礦物，含有少量粒碎屑物（石英、長石等），巖層產(chǎn)狀為162°∠22°。

強(qiáng)風(fēng)化泥巖⑦-1：巖層組織結(jié)構(gòu)較為破碎，風(fēng)化裂隙較為發(fā)育，節(jié)理很發(fā)育，巖芯破碎，巖層主要為碎塊狀和土狀，少部分為柱狀，裂隙面有鐵錳質(zhì)銹斑，遇水軟化，厚度1.80m～3.10m。

中風(fēng)化泥巖⑦-2：巖層風(fēng)化裂隙發(fā)育，層理較為清晰，裂面平直，含少量灰白色和灰綠色礦物。巖芯主要呈短柱狀或長柱狀。

2 基于剛體極限平衡法穩(wěn)定性分析

根據(jù)地質(zhì)資料，本文研究對(duì)象選取了典型剖面1-1′。根據(jù)地勘報(bào)告中的土樣參數(shù)，并結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，該剖面主要土層的天然狀態(tài)下粘聚力和內(nèi)摩擦角分別為13.20kPa和18.0°，飽和狀態(tài)下粘聚力和內(nèi)摩擦角分別為10.30kPa和14.50°。

《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T32864-2016）2.4.6條中對(duì)滑坡穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行了分級(jí)，表1給出了具體分級(jí)指標(biāo)。根據(jù)斜坡堆積體穩(wěn)定性驗(yàn)算，表2給出了1-1′在天然狀態(tài)和暴雨?duì)顟B(tài)下的計(jì)算成果。從表2中可以看出，天然狀態(tài)和強(qiáng)降雨（暴雨）狀態(tài)下穩(wěn)定性安全系數(shù)分別為1.18和0.643，可見天然狀態(tài)和強(qiáng)降雨（暴雨）狀態(tài)下礦山邊坡分別處于穩(wěn)定狀態(tài)和不穩(wěn)定狀態(tài)。因此，需要采取相應(yīng)的支護(hù)措施。

表1 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)分級(jí)

表2 經(jīng)驗(yàn)值穩(wěn)定性驗(yàn)算及推力計(jì)算成果匯總表

3 有限元模型建立

根據(jù)現(xiàn)場勘察資料，選擇鉆孔ZK02～ZK07的6口鉆孔的勘察結(jié)果為參照，利用數(shù)值軟件建立寬度為150m（Y方向）、長度70m（X方向）的三維礦山邊坡模型，模型底部邊界、四周邊界和表面邊界分別設(shè)置為固定約束、法向約束和自由邊界。聯(lián)合支護(hù)形式為抗滑樁+錨桿。

根據(jù)地勘報(bào)告，表3給出了最不利條件下巖土體的物理力學(xué)參數(shù)（降雨條件下）。

表3 計(jì)算參數(shù)

B型抗、E型和I型抗滑樁均為混凝土現(xiàn)場澆筑而成，其密度和彈性模量分別為26kN/m3和3×107kPa，泊松比0.2。B型、E型和I型抗滑樁的樁長分別為41m、31m和35m，B型、E型和I型抗滑樁的截面積分別為2×3m2、2.5×3.5m2和3×4m2。

錨桿材料密度為26kN/m3，彈性模量3×107kPa，水平和垂直間距分別為5m和3m。錨桿錨孔半徑為65mm，錨固長度9m，傾角為25°。

4 不同因素的影響分析

4.1 樁間距的影響

選取樁間距分別為3m、5m、7m和9m三種工況，表4分別給出了不同樁間距的位移最值和安全系數(shù)、B型抗滑樁彎矩極值、B型抗滑樁剪力極值。可以看出，樁間距的減小能使邊坡的穩(wěn)定性增大，但樁間距進(jìn)一步減小，這種效果逐漸減弱。同時(shí)樁間距的變化對(duì)抗滑樁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力影響有限。本工程最合適的樁間距為5m。

表4(a) 不同樁間距的位移最值和安全系數(shù)

表4(b) 不同降雨時(shí)長的抗滑樁彎矩極值

表4(c) 不同降雨時(shí)長的抗滑樁剪力極值

4.2 錨固長度的影響

選取錨固長度分別為5m、10m、15m和20m三種工況。表5分別給出了不同樁間距的位移最值和安全系數(shù)、B型抗滑樁彎矩極值、B型抗滑樁剪力極值。可以看出，錨固長度的增加可以顯著的提升邊坡的穩(wěn)定性，但錨固長度從15m加長到20m時(shí)，不能進(jìn)一步提升錨固長度，這是由于抗滑樁的錨固長度遠(yuǎn)超過滑動(dòng)面的深度。但錨固長度的增大，會(huì)使得抗滑樁的內(nèi)力顯著增大。本工程最合適的抗滑樁錨固長度為15m。

表5(a) 不同錨固長度的位移最值和安全系數(shù)

表5(b) 不同錨固長度的抗滑樁彎矩極值

表5(c) 不同錨固長度的抗滑樁剪力極值

5 聯(lián)合支護(hù)下邊坡的穩(wěn)定性分析

圖1給出了聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)下的邊坡水平和豎向位移圖。如圖所示，邊坡的變形規(guī)律同抗滑樁支護(hù)結(jié)構(gòu)下的變形規(guī)律一致。在抗滑樁+錨桿支護(hù)作用下天，礦山邊坡的水平位移和豎向位移峰值分別為8mm和9mm，抗滑樁+錨桿支護(hù)的邊坡變形較小。傾斜錨桿的作用更好的顯著了支護(hù)結(jié)構(gòu)處土體的豎向位移。

圖1 抗滑樁支護(hù)下邊坡位移云圖

圖2給出了聯(lián)合支護(hù)下的邊坡位移增量云圖。圖3給出了相應(yīng)的彈性點(diǎn)圖。如圖所示，聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)下的邊坡不存在潛在滑動(dòng)面，可以判斷邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。此外，數(shù)值模擬結(jié)果顯示邊坡穩(wěn)定性系數(shù)達(dá)到1.41，可見，聯(lián)合支護(hù)下該礦山邊坡從不穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)為穩(wěn)定狀態(tài)。

圖2 聯(lián)合支護(hù)下邊坡位移增量云圖

圖3 聯(lián)合支護(hù)下邊坡位移彈性點(diǎn)圖

6 結(jié)論

本文以某地區(qū)的礦山邊坡工況為研究對(duì)象，首先通過剛體極限平衡法理論對(duì)該礦山邊坡的典型剖面1-1’進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，隨后建立了礦山邊坡三維模型，對(duì)不同影響因素進(jìn)行參數(shù)分析，明確了聯(lián)合支護(hù)的支護(hù)效果。主要有以下主要結(jié)論：

（1）基于剛體極限平衡法穩(wěn)定性分析可知，滑坡體在考慮暴雨或強(qiáng)降雨影響時(shí)，滑坡體穩(wěn)定性狀態(tài)為不穩(wěn)定，存在進(jìn)一步向下滑動(dòng)的極大可能，需要采取相應(yīng)的支護(hù)措施；

（2）在一定范圍內(nèi)，減小樁間距和增加錨固長度可以有效的增大邊坡的穩(wěn)定性。本工程最合理的樁間距為5m，最合理的錨固長度為15m；

（3）聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)下的邊坡不存在潛在滑動(dòng)面，邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.35，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。