李在利

(玉溪礦業(yè)有限公司大紅山銅礦， 云南 玉溪 653405)

降雨對含有軟弱夾層的邊坡穩(wěn)定性影響分析

李在利

(玉溪礦業(yè)有限公司大紅山銅礦， 云南 玉溪 653405)

邊坡穩(wěn)定性分析是露天采場工程建設(shè)中的核心問題，而大多數(shù)滑坡都在雨季或降雨后的短時間內(nèi)發(fā)生，在邊坡穩(wěn)定性分析中合理地考慮降雨作用的影響十分必要。以云南寶坪采場邊坡為研究對象，根據(jù)工程施工的實際情況，分5個開挖步、6個階段對處于降雨狀態(tài)下的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了模擬分析。分析結(jié)果表明，在整個開挖過程中，邊坡巖體處于降雨狀態(tài)時邊坡的穩(wěn)定性程度會明顯降低，特別是當(dāng)邊坡開挖至第三階段時，邊坡的位移值及安全系數(shù)均出現(xiàn)了大的跳躍式變化，證明了水是造成邊坡發(fā)生滑坡的誘導(dǎo)因素。

邊坡穩(wěn)定性； 軟弱夾層； 降雨

1 前言

常言道“十個滑坡九個水”，水是促使滑坡的一個重要因素。雨水的滲透導(dǎo)致坡體蓄水、潛在滑移帶介質(zhì)含水量增大及物理力學(xué)參數(shù)出現(xiàn)降低弱化的改變進(jìn)而誘發(fā)滑坡發(fā)生。因為雨水的入滲使得巖土體內(nèi)起關(guān)鍵作用的內(nèi)摩擦角和粘聚力等物理性能指標(biāo)降低，從而削弱了邊坡巖土體的抗剪強度，同時對滑面起到潤滑作用，從而誘發(fā)邊坡變形失穩(wěn)。因此，本文采用飽水狀態(tài)下巖體力學(xué)強度來刻畫和反應(yīng)水對寶坪采場邊坡穩(wěn)定性的影響程度。探討在降雨工況條件下該采場邊坡潛在滑移的一些規(guī)律，以便能夠為采場邊坡的穩(wěn)定安全及下步剝離生產(chǎn)提供建設(shè)性的指導(dǎo)意見。

2 工程概況

寶坪采場礦區(qū)位于西藏、滇西準(zhǔn)地臺上的褶皺帶內(nèi)大理、麗江褶皺束的北東邊緣。因而決定了礦區(qū)是一套海底噴發(fā)～沉積的火山復(fù)理式建造和高傾角平行斷層的斷塊、斷裂特征。礦體開挖后，在該段形成一凹形邊坡，左側(cè)為逆向坡，右側(cè)為順向坡且坡角約60°，坡高達(dá)50m，開挖平臺寬度6m，臺階高度20m。其中有一段邊坡巖層結(jié)構(gòu)為上段礦體,下段灰?guī)r，巖層傾向52°，傾角26°，經(jīng)對該處勘探揭示，礦體與灰?guī)r之間接觸性不好，結(jié)合性很差，夾雜著一層泥質(zhì)粉砂巖軟弱層，且軟弱層的傾向與邊坡傾向一致，對邊坡沿著軟弱夾層順層滑動產(chǎn)生促進(jìn)作用，不利于邊坡的穩(wěn)定。該地區(qū)降水偏多，并且在6～9月季節(jié)性雨水明顯，據(jù)多年氣象觀測，多雨季節(jié)日平均最大降雨量達(dá)135mm。為了確保該處邊坡的持久穩(wěn)定、安全生產(chǎn)，要有針對性地對該處邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行論證計算分析。

各層位巖土體物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 各層位物理力學(xué)參數(shù)

注：表中指標(biāo)都為飽水后指標(biāo)。

3 邊坡穩(wěn)定性計算

3.1 模型建立

為了盡量再現(xiàn)揭示邊坡失穩(wěn)的原因，通過模擬計算更直觀地再現(xiàn)和分析其失穩(wěn)過程，運用UDEC離散元軟件進(jìn)行動態(tài)模擬過程展現(xiàn)和計算。

按照現(xiàn)場勘探以及該采場的地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面圖形態(tài)，模型邊界分別取x方向為180m，y方向為120m。模型左右兩面采用位移約束；底面為固定邊界條件，坡面為自由邊界；根據(jù)Mohr- Coulomb本構(gòu)理論，最終生成的網(wǎng)格模型如圖1所示。

圖1 離散元網(wǎng)格數(shù)值模型

3.2 計算模擬方案

依據(jù)現(xiàn)場施工過程的治理順序，對邊坡進(jìn)行5步開挖模擬，加上邊坡的初始狀況形成了6個剝離開挖模擬狀況階段，見圖2。其中，第一階段為開挖前的原始自然狀況；第二～五階段依次為第一次開挖、第二次開挖、……、第五次開挖。

4 模擬結(jié)果分析

4.1 降雨條件下分階段開挖邊坡穩(wěn)定性分析

從圖2可以看出，該邊坡順著泥質(zhì)軟弱層面發(fā)生滑移，邊坡潛在滑移面均分布于軟弱夾層處。在降雨條件下邊坡原始狀態(tài)穩(wěn)定系數(shù)為3.15，處于安全狀態(tài)；第一次開挖后，邊坡穩(wěn)定系數(shù)降為2.90，仍處于安全狀態(tài)；第二次開挖后，邊坡穩(wěn)定系數(shù)降為1.42，仍處于穩(wěn)定狀態(tài)；第三次開挖后，邊坡穩(wěn)定系數(shù)降為0.61，處于滑移失穩(wěn)狀態(tài)；第四次開挖后，邊坡安全系數(shù)降為0.34，處于滑移失穩(wěn)狀態(tài)；第五次開挖后，邊坡安全系數(shù)降為0.33，也處于滑移失穩(wěn)狀態(tài)，說明邊坡在第三次開挖坡腳造成軟弱夾層臨空后，使得夾層上部巖土體失去支撐沿著軟弱層面失穩(wěn)持續(xù)下滑。由此可見隨著開挖剝離向深部不斷的推進(jìn)，邊坡的安全系數(shù)大幅度持續(xù)降低，特別是從第二階段到第三階段，即邊坡從安全到不穩(wěn)定，這時穩(wěn)定系數(shù)從1.42驟降至0.61。

通過分析滑移位移圖3可以看出，隨著開挖水平的不斷下降，在降雨工況下由坡腳開挖軟弱夾層臨空后引起的滑動位移也逐漸加大，產(chǎn)生的滑移量也非常大，尤其是到第三階段軟弱夾層臨空后，由最初開挖的2mm陡增至最終的5.5m，夾層上部巖土體沿著軟弱層面滑移，表明邊坡上部后緣出現(xiàn)了拉裂面，軟弱層區(qū)域的塑性變形活躍程度很高。

4.2 跟蹤監(jiān)測邊坡安全系數(shù)分析

安全系數(shù)變化見圖4。從圖4可以看出，在降雨條件下邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)降低到0.33附近，并且在泥質(zhì)軟弱層面被剝離開挖造成臨空狀態(tài)后，安全系數(shù)呈現(xiàn)出很顯著的下降現(xiàn)象，這也表明泥質(zhì)軟弱層面是造成該段邊坡發(fā)生滑坡的關(guān)鍵主控因素，由此也驗證了在巖質(zhì)邊坡中順層軟弱結(jié)構(gòu)面是導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)滑移的關(guān)鍵性主控因素。

5 結(jié)論與建議

本次根據(jù)對該段采場邊坡進(jìn)行離散元滑移過程模擬計算，可以得出如下結(jié)論。

(1)該邊坡坡腳開挖后，坡體下部失去了支撐作用，上覆巖層順著軟弱層面發(fā)生下滑，安全穩(wěn)定系數(shù)處于1.0以下，說明在降雨工況下邊坡的安全保障性很差。

(2)該段采場邊坡是否可能滑坡，實質(zhì)上是受軟弱夾層的強度控制，因此要加強對存在軟弱夾層的邊坡區(qū)域進(jìn)行變形監(jiān)測，做到及時預(yù)測預(yù)報，同時要在穩(wěn)定性較差的地段進(jìn)行工程加固處置。

(3)由于水是誘發(fā)該段邊坡失穩(wěn)的關(guān)鍵因素，因此要充分加強邊坡的排水工作，特別是邊坡內(nèi)部積水應(yīng)當(dāng)及時排走出。

圖2 降雨狀態(tài)下各階段邊坡安全系數(shù)與速度矢量和水平位移等值線云圖

圖3 降雨狀態(tài)下跟蹤監(jiān)測點水平位移記錄

圖4 降雨工況下邊坡穩(wěn)定系數(shù)隨開挖時間的變化曲線

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Stability analysis of slope with weak interlayer under rainfall condition

Stability analysis of slope is the core issue of open pit construction. Most of the landslides occur in rainy season or a short time after rainfall. Reasonably considering the rainfall effect is very necessary in the stability analysis of slope. Taking the stope slope in Yunnan Baoping for example, the simulation analysis of slope stability under rainfall condition was done through dividing slope into five steps excavation and six periods state according to the actual situation of the engineering construction. The results showed that the slope stability decreased obviously during excavation when the stope slope is under the rainfall condition. Especially when the slope was excavated to step 4, the slope displacement and the safety factor changed greatly, which proved that water is the inducing factor causing slope landslide.

slope stability; weak interlayer; rainfall

1672-609X(2017)02-0005-03

TD854+.6

A

2016-11-21

李在利(1982-)，男，云南宣威人，工程師，主要從事采礦工程設(shè)計及地壓方面的研究工作。