矿山边坡危险源稳定性分析研究

矿山边坡危险源稳定性分析研究

杨伟

中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司（昆明650051）

摘要：分析了矿山边坡的基本地质条件，对危险源进行地质调查与稳定性分析，选取典型危险源进行了数值计算分析，并提出了危险源的防治措施建议，可为类似生态环境治理项目提供一定的借鉴。

关键词：边坡；危险源；稳定性

Abstract：Analyzes the basic geological conditions of mine slope, Conduct geological survey and stability analysis of hazard, Select typical hazards for numerical calculation and analysis, and the suggestions of hazard prevention measures are put forward, which can provide some reference for similar ecological environment management projects.

Key words：slope；hazard；stability

随着对环境的日益重视，废弃矿山的治理工作愈来愈得到强化，在治理过程中不仅需要消除地质灾害隐患，同时需要进行生态环境治理，使其与周边环境融合[1]。矿山石料开采易造成开采边坡地形坡度陡峻，部分甚至为悬崖峭壁，边坡上孤石、危石、危岩体发育，严重影响矿山的生态修复工程的实施，同时还给生态修复工程施工人员的人身安全带来重大威胁，边坡稳定是生态环境治理的基础与关键，因此开展生态环境治理前进行矿山边坡危险源的地质调查及稳定性分析具有十分重要的意义。

一、基本地质概况

工程区位于云南西部的大理盆地东侧地带，地势东西高、中部低，属中高山溶蚀地貌。场地基岩主要为泥盆系青山组（D1q）深灰色、黑色厚层状灰岩，局部为薄－中厚层状，岩层产状N30o-～75oW，NE∠45o～80o。工程区发育有一条区域断层－相国寺断层，工程区边坡节理裂隙发育。根据中国地震动参数区划图（GB 18306-2015），该区50年超越概率10％的地震动峰值加速度为0.2g，地震动反应谱特征周期为0.45s，对应的地震基本烈度为Ⅷ度。

二、危险源稳定性分析

5号边坡地形坡度西侧一般为40o-50o，东侧一般为35o～40o，开挖边坡开口线顶部高程约2310m，在高程2165m附近形成采料平台。边坡中部及上部基岩裸露，下部主要为人工堆积。边坡高约150m。边坡开挖规律性差，地形起伏、不规则。基岩裸露地段地形较陡，高程2220m以上地形较陡，地形坡度一般45o～-55o，部分地段陡至70o～80o；人工堆积分布地段地形较缓，地形坡度一般35o～40o。边坡大致分为正面边坡、北侧边坡、南侧边坡，正面边坡总体走向为N40oE，北侧边坡总体走向N60oW，南侧边坡总体走向N30oW（图1）。

图1 5号边坡全貌

5号坡边坡现状整体基本稳定。石料开采爆破导致边坡岩体节理裂隙发育并张开，岩体破碎，形成了大量孤石（群）、危石（群）、危岩体等地质危险源，据调查已发现有14处危险源，其中危土体2处，孤石（群）3处，危石（群）8处，危岩体1处。其中WYT-08位于5号正面边坡基岩裸露区，危岩体长约4m，宽约3m，高度约5m。为泥盆系青山组（D1q）深灰色厚层状灰岩，呈中等风化状（表1）。主要受后缘节理裂隙（N40Eo，SE∠70o）及侧面临空面的影响。危险源主控结构面为后缘节理面，倾角70o，目前该危险源处于临空状态，仅受左侧岩桥支撑，因此定性判断，该危岩体处于基本稳定－欠稳定状态，在强降雨、地震等工况下可能产生失稳，失稳模式为坠落式。

表1 典型危险源特征表（WYT-08）

三、危险源数值计算分析

Rockfall软件通过输入一定的基本参数，可以模拟滚石失稳后在边坡上的运动轨迹、能量和弹跳高度变化，在实际工程中得到了广泛使用[2]。通过对研究区工程地质的调查研究以及危险源分布特征和稳定程度分析，本次采用Rockfall软件计算的工程区边坡基本为基岩裸露，边坡下部为石料堆渣。基岩岩性主要为泥盆系下统青山组（D1q）灰岩，重度取26 kN/m3，摩擦角取40°。碰撞恢复系数根据铁道部运输局和国外典型工程恢复系数经验取值，见表2。

表2 工程区法向和切向恢复系数取值

以危险源WYT-08在边坡的位置，推测其失稳后可能的运动路线，建立数值模拟计算剖面，剖面长238.4m，计算简图见图 2。

图2 WYT-08计算简图

Rockfall软件计算的主要成果有滚石下落后的最终水平位移、滚石运动过程中沿水平方向任意一个位置的弹跳高度、平动速度和旋转速度和总动能等。典型危险源体数值模拟结果见图3，其弹跳高度、速度和冲击动能等结果见表3。

图3 危岩体WYT-08 Rockfall计算模拟结果

Rockfall数值模拟对滚石进行50次模拟可以得到50条运动轨迹，通过数值模拟计算结果可以看出WYT-08运动停止的最远距离为146.64m（从剖面起点算），冲积地面最大能量24320.5KJ，该危险源在位置57.21m处冲击地面速度最大为15.47m/s，从其运动轨迹曲线图上看，该危险源在位置66.75m处附近弹跳高度最高，为0.22m。

表3 WYT-08失稳后运动停止最远距离、弹跳高度等计算结果

四、防治措施建议

针对5号边坡上的危险源可采取主动防护方案或者被动防护方案来进行。

主动防护方案建议：对整个边坡上的潜在不稳定孤石、危石等11处危险源进行清除，边坡上较大规模且不易清除的危险源（如WYT-08）进行锚杆支护及挂网处理，并对岩体裂缝进行固结灌浆处理。建议对边坡做好截排水措施。

被动防护方案建议：根据边坡上典型危险源（WYT-08）的数值模拟计算结果可以看出，WYT-08失稳后的影响范围为水平距离146.64m（从计算剖面起点算起），建议在边坡坡角附近修建落石槽或者拦石坎，在水平距离边坡146.64m（从剖面起点算）以外修建挡墙进行边坡范围内滚石、危石、危岩体等失稳后的拦挡，并在挡墙上修建被动防护网进行防护，建议做好安全警示牌，防止闲杂人员进入挡墙范围内。另外建议做好挡墙前的截排水措施。

综合处理建议：鉴于边坡高陡，危险源发育，对于那些边坡上存在但上述未列举的危险源，参照上述类似危险源的防护方案进行处理；另外，建议根据实际现场情况采用主动防护与被动防护相结合的方式进行综合治理。

参考文献：

[1]罗晓娟,余勇利.落石轨迹模拟分析在废弃矿山生态治理中的应用[J].地质学刊,2015,39(1):153-157.

[2]王春山,巴仁基,刘宇杰,等.高陡边坡滚石危险性评价与防治[J].四川地质学报,2013,33(2):217-220．【作者简介】杨伟（1986.10-），男，汉族，江西省吉安市人，硕士研究生学历，中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司高级工程师，主要研究方向：工程地质。