金属非金属矿山边坡稳定性分析

基于Geostudio软件的金属非金属矿山边坡稳定性分析摘要：露天矿山高陡边坡稳定性分析及治理措施研究是当前矿山安全生产的重要课题。露天矿山高陡边坡稳定性受多种因素影响，如地质条件、岩体结构、地下水、开挖方式、气象条件等。通过对影响边坡稳定性的因素进行分析，采取有针对性的治理措施，可有效降低边坡稳定性风险，保障矿山安全生产。同时，矿山企业应加强边坡监测，及时发现并处理边坡安全隐患，确保人民生命财产安全。因此，以某一矿山为例，分析其高陡边坡的稳定性，根据分析结果提出治理措施，从而消除高陡边坡带来的安全隐患。关键词：废弃矿山；高陡边坡；稳定性分析；治理措施引言随着我国经济的快速发展，对矿产资源的需求日益增长，露天矿山开采规模不断扩大，高陡边坡稳定性问题变得愈发严峻。高陡边坡稳定性分析及治理已成为矿山安全生产的重要课题。露天矿山高陡边坡稳定性问题不仅影响矿山生产的顺利进行，还对周边生态环境和居民生命财产安全构成威胁。边坡稳定性分析及治理措施研究对于防范矿山事故、保障资源可持续开发具有重要意义。通过对影响高陡边坡稳定性的因素的分析，探究了相应的稳定性分析方法，并探讨了治理措施。首先，从地质条件、岩体结构、地下水、开挖方式和气象条件等方面分析了影响高陡边坡稳定性的因素。这些因素相互作用，导致边坡稳定性问题。其次，介绍了现场观测、数值模拟等边坡稳定性分析方法，以期为矿山企业提供科学依据。在治理措施方面，提出了锚杆加固、排水措施、放缓边坡和生态恢复等方法。锚杆加固是通过锚杆将边坡岩体与稳定岩体相连，提高边坡稳定性；排水措施旨在降低边坡岩体的饱和度，减小滑动力；放缓边坡是通过调整边坡角度，降低边坡稳定性风险；生态恢复则是通过植树、种草等手段，改善边坡生态环境，提高边坡稳定性。在今后的工作中，应进一步深入研究边坡稳定性分析方法，提高分析精度，为矿山企业提供更可靠的依据。同时，积极探索新型治理技术，降低边坡稳定性风险，保障矿山生产安全和生态环境可持续发展。1、工程概况由于过去无序的开采活动，该矿山在鲁东南地区形成了一个高陡的边坡。边坡的长度达到124米，高度在60至90米之间变化。通过实测资料，可以看出该地区存在着多个不同高程的点，包括+330米、+315米、+300米、+288米、+264米、+255米和+240米等。在边坡的底部，最低的高程为+240米。边坡上形成了多个台阶，其宽度从1米到5米不等，而且这些台阶的倾斜角度也在59度到80度之间，最终达到64度。此外，边坡上还存在着大量的浮岩。在地质调查中，发现边坡顶部为崮山组的灰岩和页岩互层，厚度在8至14米之间。在页岩下面，分布着三层矿层，其中KC01层的厚度在18至65米之间，平均厚度为30.34米，主要岩性为晶质灰岩，表面覆盖有豹皮灰岩和鲕粒灰岩。这些地质特征对边坡的稳定性和采矿活动都有着重要的影响；KC02层厚16.0~85.54m，平均为55.35m，岩性以豹皮凝灰岩、中鲕状凝灰岩、晶质凝灰岩为主；KC03矿体厚度在2.80—69.05m之间，平均为37.84m。矿体下部为厚8—15m的海底盆地上部泥页岩。岩性主要为深紫红色及青灰色云母片岩，夹有薄层灰-浅结晶-海绿色-生物碎屑砂岩及鲕粒灰岩。2、剖面选取和岩石力学参数为了对废弃矿山边坡的稳定性进行深入分析，我们选取了一个典型的高边坡作为研究对象。在稳定性分析过程中，首先使用了CAD软件对边坡的断面进行处理和建模。这一步骤非常关键，因为它为后续的稳定性计算提供了必要的技术支持。通过CAD软件，我们可以清晰地了解到边坡的地质结构、地层分布、岩石类型等重要信息，这些数据对于判断边坡的稳定性具有非常重要的意义。在完成断面建模后，我们就可以进行稳定性计算，并根据计算结果提出相应的治理措施，以确保矿山边坡的安全稳定。其剖面图模型如下图1所示。图1剖面模型在岩石力学实验结构的基础上了，依据《工程岩体分级标准》（GB/T50218-2014)，依据岩石力学测试构造，并结合现场岩体完整性调查，选择了表1中列出的岩石力学基准参数。表1设计参考岩石力学参数3、边坡稳定性分析3.1边坡破坏类型露天矿山边坡稳定分析是一项复杂的工作，因为它受到众多因素的影响。露天矿岩石边坡作为一种复杂的地质复合体，在天然条件下，其失稳因子及失稳模式相当复杂。在实际工程中，滑坡失稳的主要形式包括平面滑移型、圆弧型滑动、楔型破坏、倾倒型破坏等。本项目以废弃矿山边坡为研究对象，特别关注了构造发育良好、节理裂隙发育不明显的典型边坡。为了更好地研究边坡稳定性，我们选择了弧形滑移、楔形破坏、倾覆破坏和崩落破坏这四种失稳模式作为研究对象。通过对这些失稳模式的分析，我们可以更好地了解边坡稳定性的影响因素，从而为实际工程提供参考和指导。在分析过程中，我们还考虑了边坡的地质条件、岩石性质、水文地质等因素，以期为矿山边坡稳定性分析提供更为全面的认识。3.2边坡稳定性分析方法选择及计算结果边坡稳定性分析目前主要采用定性分析和定量分析两种方法。定性分析是通过研究边坡的各种影响因素，对边坡的稳定性和发展趋势进行快速评估。然而，在本次研究中，我们主要采用定量分析方法来评估边坡的稳定性。定量分析通常采用极限平衡法，该方法能方便地确定边坡的稳定系数，因此得到了广泛应用。极限平衡法基于边界平衡法理论，通过各种不同的假设条件，提出了各种分析理论和方法。然而，这些方法在边坡稳定性分析的最终结果和准确性上存在差异。为了确保计算结果的准确性，本次模拟分析主要采用自然工况下的极限平衡分析方法。我们利用理正岩土边坡稳定性分析软件和Geostudio软件分别进行边坡稳定性分析。通过这些软件的分析，我们可以得到更准确的边坡稳定性评估结果。3.2.1理正岩土岩质边坡稳定性计算理正岩土边坡稳定性分析软件是一款功能强大的岩土工程计算工具，它主要由理正软件股份有限公司研发。该软件专为岩土工程技术人员设计，旨在帮助他们更准确、高效地完成边坡稳定性分析工作。理正岩土边坡稳定性分析软件涵盖了岩土工程领域的各个方面，包括挡土墙设计、超级土钉设计、抗滑桩设计、地基处理计算、软土路堤、堤坝、弹性地基梁、岩质边坡分析、重力坝设计、边坡滑坍治理、水力学计算、渗流分析计算、遂道衬砌设计、边坡稳定分析、建坡挡土墙等。无论是铁路、公路、水利、市政、城建等行业，都可以在这款软件中找到适合自己的计算需求。理正岩土边坡稳定性分析软件采用了先进的技术和算法，可以快速、准确地完成计算任务。同时理正岩土边坡稳定性分析软件件还提供了丰富的功能，如自动计算浸润线、等势线、流线等，使得用户可以更直观地了解计算结果。此外，该软件与相关规范紧密配套，计算结果可靠，可以为工程技术人员提供有效的参考依据。在本次边坡稳定性分析中我们利用理正岩土工程边坡稳定性分析软件，采用极限平衡法和Moore-Cullen准则对简单平面滑坡的稳定性进行了分析计算，计算结果如表2所示。表2简单平面滑动稳定性分析计算结果岩体重量(kN)水平外荷载(kN)竖向外荷载(kN)结构面上正压力(kN)总下滑力(kN)总抗滑力(kN)安全系数126877.10.00.0109878.863438.672186.61.1383.2.2Geostudio软件边坡稳定性计算Geostudio软件是加拿大研制的，主要应用于各种斜坡的设计。目前，国内外学者对岩土结构进行研究，对地质环境进行模拟计算，Geostudio软件都是不可缺少。软件采用极限平衡法进行完成计算分析过程。在废弃矿山的边坡稳定性分析中利用Geostudio软件，将已有的2D断面图导入Geostudio，并对各层进行相关参数的赋值，同时对滑面入口、出口处进行人工假设，采用Bishop方法及Morgenstern-Price方法对其进行稳定性计算分析。在自重工况下，采用Bishop方法对该边坡进行了稳定度分析，计算到的稳定系数为0.85，其计算结果见图表2；由Morgenstern-Price方法得到的安全系数是0.846，其结果显示在图3中。图2Bishop法计算结果图3Morgenstern-Price法计算结果3.3边坡稳定性分析3.3.1边坡安全等级根据《非煤露天矿边坡工程技术规范》（GB51016-2014）的规定，边坡安全等级具体按照如表3表、4表、表5确定。表3边坡危害等级边坡危害等级IIII可能的人员伤亡有人员伤亡有人员受伤无人员伤亡潜在的经济损失直接间接≥100万≥1000万50万~100万500万~1000万≤50万≤500万综合评定很严重严重不严重该边坡危险等级Ⅰ，边坡高度为60m~90m小于100m，因此确定边坡危险等级Ⅱ，在荷载组合Ⅰ条件下，边坡稳定系数不应小于1.20~1.25。3.3.2边坡稳定性分析采用理正岩土岩质边坡稳定性分析软件计算得到的边坡安全系数为1.138，采用Geostudio软件计算的结果为0.85，采用Bishop方法得到的安全系数为0.846,通过对比发现，两者安全系数相近，尽管理正岩土岩质边坡稳定性分析软件稍大，但其安全系数仍然不能满足设计标准。用该方法得到的稳定数值略有偏差，但其安全系数仍然与规范不符。因此可以断定这是一个不稳定的边坡。表4边坡工程安全等级划分表5不同载荷组合下总体边坡的设计安全系数边坡工程安全等级边坡工程设计安全系数载荷组合I载荷组合II载荷组合IIIIIIIII1.25~1.201.20~1.151.15~1.101.23~1.181.18~1.131.13~1.081.20~1.151.15~1.101.10~1.05注：1、载荷组合Ⅰ为自重+地下水；载荷组合Ⅱ为自重+地下水+爆破振动力；载荷组合Ⅲ为自重+地下水+地震力.2、对台阶边坡和临时性工作边坡，允许有一定程度的破坏，设计安全系数可适当降低.4、治理措施和效果4.1治理措施4.1.1台阶式削坡该处废弃矿石边坡较高较陡，一般的自然恢复无法达到消除安全隐患的效果。利用削坡方法清除多个平台，既能解决安全问题，又能恢复草原和林木，又能清除多余的资源，进行收益处置。在借鉴周围废旧矿井经验的基础上，通过切坡方法，在10米高、8米宽、60度台阶的基础上，形成9个次级平台，包括+240m,+250m,+260m,+270m,+280m,+300m,+310m,+320m。对平台进行清洗，使各平台向内倾斜1%左右，增大其储水容量，并在其与坡面交接的地方设置一条排水渠，使其上的雨水能够顺利排出，从而避免了平台上的水冲刷边坡。4.1.2覆土绿化在台阶削坡结束后，为了恢复植被，可以在平台上覆盖0.6米的土层，按照1.5米×1.5米的行距种植黑松，在坡面上可以间植蜀桧、绵槐、迎春花、板栗等当地常用绿化植物，此外，还可以在大面积的岩石缝隙撒播绵槐、爬山虎等增加可生长植物的可能性，同时，条藤类还可以辅助增加复绿，而且它们的根系比较发达，可以有效地增强坡面的固土和涵水能力。4.2治理效果基于上述分析和计算结果，采用理正岩土岩质边坡稳定性分析软件计算所得到的安全系数稍高，故选择Geostudio作为计算程序。首先，将AutoCAD生成的2D剖面输入Geostudio，对各层进行相关参数赋值，通过人工假设滑面出入口，采用Bishop方法及Morgenstern-Price方法对其进行数值模拟。采用Bishop方法求出的边坡稳定系数为1.245，其结果见表4；由Morgenstern-Price方法得到的安全系数是1.234，其结果显示在表5中。治理后边坡的安全系数都在1.2以上，说明治理后边坡为稳定边坡。图4治理后Bishop法计算结果图5治理后Morgenstern-Price法计算结果5、结语露天矿山高陡边坡稳定性分析及治理措施分析是一项重要的工作，对于确保矿山生产安全、保护环境和周边人民群众生命财产安全具有关键作用。露天矿山高陡边坡稳定性分析及治理措施分析是一项系统性、综合性的工程。通过科学合理的边坡稳定性分析、制定有效的治理措施、实施严格的监测预警，为矿山安全生产提供保障。通过分析，本文得出以下结论：1）我们利用理正岩土岩质边坡稳定性分析软件和Geostudio软件对该边坡进行稳定性计算，以分析其边坡稳定性。计算结果显示，边坡在自重工况下的稳定性存在一定的安全隐患。2）为了消除这些安全隐患，我们采取了削坡形成多级平台的措施，并再次通过Geostudio软件对治理后的边坡进行稳定性计算。令人欣慰的是，治理后的边坡的最小安全系数为1.234，大于规范值1.2，这表明我们所采取的措施是有效的，选取的台阶参数也是合理的。3）大气降水可能会对边坡稳定性产生影响。为了减少这种影响，我们建议应做好边坡防排水措施，如在台阶坡面设置截排水设施，并增加绿化，以保证边坡的稳定性。4）在这项研究中，我们只考虑了自重工况下的边坡稳定性，并未考虑到地震、开挖等多种复杂工况对边坡稳定性的影响。因此，我们建议在实施削坡爆破时，应采用预裂爆破技术，以减少爆破震动对边坡的扰动破坏，从而确保边坡的稳定性。总的来说，通过这次研究，我们不仅成功地利用了理正岩土岩质边坡稳定性分析软件和Geostudio软件对边坡稳定性进行了计算和分析，而且还提出了在实际工程中需