工 程 技 术弓长岭独木采区边坡角对边坡稳定性的影响分析
吴庆深1 张治强1 张忠政2
(1.辽宁科技大学 辽宁鞍山 114051;2.鞍钢集团矿业有限公司 辽宁鞍山 114001)
摘 要：伴随我国国民经济快速发展，露天矿山的开采深度逐渐加深，高陡边坡成为制约露天矿山高效安全开采的瓶颈。因此，该文以弓长岭独木采区为例，选取代表性的剖面，利用Bishop对最后的和现状的坡面所具有的稳定系数实施计算，探究边坡角与稳定系数之间的关联。通过计算分析发现，坡角对安全系数的影响是明显的，在47°~51°区域内，边坡角每当改变1°，其稳定系数的变化范畴是0.02~0.03。边坡的形状在一定程度上影响最危险圆弧滑动面。关键词：弓长岭独木采区 边坡角 边坡稳定性 Bishop中图分类号：TD854.7
文献标识码：A
文章编号：1672-3791(2020)04(c)-0034-03
伴随我国国民经济快速发展，露天矿山的开采深度逐渐加深，而开采过程中所形成的大部分高陡边坡失去了原来的稳定结构，已起不到应有的支撑作用，容易造成边坡失稳。这已成为制约露天矿山扩帮开采的瓶颈[1-2]。
对于矿山的总体边坡角而言，其在很大程度上影响矿山境界的划分和优化，同时也对运输体系的完善和升级产生影响，而边坡角的大小又与边坡的稳定性相关[3]，因此，该文以弓长岭独木采区为例，选取代表性的剖面，对最后的和现状的坡面所具有的稳定系数实施计算，探究边坡角与稳定系数之间的关联。
1 研究区概况
独木采区于1958年开始露天开采至今，已长达50多年。弓长岭铁矿床露天铁矿位于区域二级构造单元的弓长岭
上部风化区内聚力（MPa）0.35x坐标509511499485484x坐标（m）
511358462170442315467244846314957
背斜南西翼，矿区内地层总体走向北东～南西，倾向南东，倾角20°～30°。区内断裂构造发育，具有多期性，按其空间展布与岩层产状的关系可分为走向断层、斜交断层与横断层。受断层影响而使部分铁矿体产生了位移、重叠和切割，但其总断距一般不大。矿区内出露的围岩多以片岩为主，其次有各种蚀变岩和花岗岩等。铁矿层是由磁铁石英岩、赤铁石英岩、含闪石类矿物磁铁石英岩、赤铁富矿、磁铁富矿所构成。
通过岩芯RQD测量，围岩质量基本为中等～好的，局部存在岩石质量劣的，围岩完整性为较完整，局部存在完整性差的；铁矿层岩石质量基本为好的～极好的，铁矿层完整性为较完整。据试验数据结合岩石理化特征确定该区岩、矿石的耐压强度，按递减顺序：铁矿石—花岗岩—角闪
下部非风化区
内聚力（MPa）0.5表1 稳定计算参数表
参数数值重度（kN/m）263内摩擦角（°）32y坐标499492475458450重度（kN/m）28半径R613.4342611.5369595.7496579.3325575.7279半径R（m）611.5369782.3274469.1215246.9789464.3838887.6418438.7112532.868281.195044.2969145.808748.8087
3内摩擦角（°）35表2 剖面1不同坡角对稳定系数的影响
边坡角4748495051安全系数FS1.20111.13451.10121.07561.0532安全系数FS1.13452.45091.04283.92571.166520.88061.04365.16193.57407.68391.96023.5381
总体边坡角（°）
48.020324.190051.734623.869949.832215.015052.448324.095226.130536.727146.470444.1910
表3 各个剖面计算结果
剖面1剖面2剖面3剖面4剖面5剖面6
最终现状最终现状最终现状最终现状最终现状最终现状
y坐标（m）
4929653584433961113368730155193316316
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350300250200150100500-50-100 -1002020 NO.12SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 47度48度49度50度51度标高/m-50050100150水平距离/m200250300350图1 剖面的位置
35047度图2 不同总体边坡角坡面形态（剖面1）
48度 坡面线最危险圆弧滑动面350坡面线最危险圆弧滑动面350300250200150100500-50-100 -10049度坡面线最危险圆弧滑动面 300300250250200200100100505000-50-50-100-200标高/m标高m标高m150150-1000100水平距离/m200300400-100-150-100-50050100水平距离/m150200250300350-50050100150水平距离/m200250300350350300250200150100500-50-100 -10050度坡面线最危险圆弧滑动面 350300250200150100500-50-100 -10051度坡面线最危险圆弧滑动面 标高/m-50050100150水平距离/m200250300350标高/m-50050100150水平距离/m200250300350图3 总体坡角46°~48°潜在总体最危险破坏面
岩—黑云变粒岩—柘榴云母石英片岩。
2 边坡稳定性影响因素分析
2.1 坡角对稳定系数的影响研究
对于该矿区而言，其所涉及的内容比较大多，为了达到充分表示出矿区的特征，因此挑选6个地方分别设置由于弓长岭独木采区范围比较大，为了矿区的代表性，所以，在6个不同的区域建立了6个剖面，如图1所示，其中剖面1就表示该矿区的西北帮，剖面2表示该矿区的北帮，剖面3表示该矿区的东北帮，剖面4表示该矿区的东南帮，剖面5表示该矿区的南帮，剖面6表示该矿区的西端帮。
将Bishop作为其主要方法，对选取出有代表性的剖面，即在各个区域中挑选出6个比较特殊的剖面，然后对最后的和现状的坡面所具有的稳定系数实施计算，把第1最终剖面设置为例子，赋予不同边坡角的大小，探究边坡角与稳定系数之间的关联。
以设计剖面1为对象，研究可以得出其最终总体坡角达到了48°，满足探究坡角与稳定性之间的关系的目标，以Bishop为主要方法计算出稳定系数，计算考虑了上部风化区和下部新鲜岩石的不同，采用的坡体参数见表1，图2是想象的相异坡角的边坡表面。其中所涉及的角度不属于小边坡角度的范畴，而是总体边坡角度。图3所表示的是每一个坡角通过计算从而获得最危险破坏面。表2是计算到不同边坡角的稳定系数值。
通过计算分析发现，坡角对安全系数的影响是明显的，在47°~51°区域内，边坡角每当改变1°，其稳定系数的
变化范畴是0.02~0.03，既尽管该值不大，然而也不可以忽
略，在坡角为51°稳定系数为1.05时，其也在稳定区域内，然而该值就非常低了，对于永久性工程而言，该值要高于1.25。
2.2 各个侧帮现状与最终坡面稳定性的研究
Bishop为主要计算方法，从而得到每一个侧帮现状和
[4-5]
最终坡面稳定性，其在计算过程中应用的坡体参数见表1，其安全系数见表3，在图4可以得到最危险滑动面。
通过图4我们能够看出最危险圆弧滑动面不都是处在边坡的最下端，不但存在接近最下部的可能性，更存在达到边坡的中间的可能性，这就从侧面反映出了边坡的形状可以在一定程度上影响最危险圆弧滑动面。
通过对从图5中分析能够得出，在现状图中没有很多的圆弧滑动面处在下面坡角，其大部分都是处在中间部分，探究其原因是由于坡度比较缓，而局部存在的坡角比较大。从中我们也能够得到现状坡体的稳定性与最终稳定性比较前者较大。然而对于一些特殊情况，在现状图中发现斜坡是比较危险的。
通过对图4、图5的研究，其所取得的剖面不同，其所得到的最危险圆弧滑动面有很大的差异。以计算的安全系数为基础进行分析得出，现状边坡的安全系数不小，就算是最小的1剖面，该值也为2.45，其最大值为20多，从而可以得出其安全储备比较大，其所表现的最终状态边坡的稳定性是位于北侧的1、2剖面最弱，其值稍微超过1，虽然达到了稳定要求，然而其靠近临界状态，别的剖面具有相应的安全。
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Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.科技资讯2020 NO.12SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION最终1350坡面线300250200标高/m工 程 技 术最终2最终3 坡面线最危险圆弧滑动面 最危险圆弧滑动面30025020015010050300坡面线最危险圆弧滑动面 250200100500-50-100 -100标高/m标高/m1501501000-50-100 0500-50050100150水平距离/m最终420025030035050100150200水平距离/m250300350-50 -50050100150水平距离/m最终6200250300350最终5 坡面线最危险圆弧滑动面300200坡面线最危险圆弧滑动面150 350300250坡面线最危险圆弧滑动面 250200100标高/m200标高/m标高/m150150100500501000500-50-50-50 050100150200水平距离/m250300350-100 0100200300水平距离/m400500600-100 050100150200250水平距离/m300350400450图4 1~6设计最终剖面最危险圆弧滑动面
现状1380360340250现状2现状3 坡面线最危险圆弧滑动面 坡面线最危险圆弧滑动面270260300290280270标高/m 坡面线最危险圆弧滑动面320300标高/m240标高/m260250240280260240230220210220200180 -200200190 -50230220210 -50-1000100水平距离/m现状4200300400050100150水平距离/m现状5200250300350050100150水平距离/m200250300350现状6300坡面线最危险圆弧滑动面280 170坡面线最危险圆弧滑动面165 320300280260坡面线最危险圆弧滑动面 260160标高/m240标高/m标高/m155150145 0240220200180160220200180 -100-50050100水平距离/m15020025030050100150200水平距离/m250300350140 050100150200水平距离/m250300350400图5 1~6现状剖面最危险圆弧滑动面
以影响稳定系数为出发点，不单单拥有岩体强度指标，更重要的是在很大程度上受总体坡角、坡体规模（高度）的影响，从表3中可以得到，每一个边坡所具有的安全系数有很大差异，剖面1的高度差不低于400m，而且其总体坡角达到了48°，剖面2所具有的高度差为350m，而且其坡角为51.7°，通过对上面两个剖面的研究，发现它们之间的高差大，坡角也很大，然而它们所具有的最终边坡稳定系数偏小。通过对现状剖面5的研究，能够发现其具有的边坡角为36.7°，然而其安全系数达到了7.6839，但是其拥有的高度差小。剖面5的总体坡角达到了26°，而且其下部不陡，其最终稳定系数来源于上部坡体的。通过对图4和图5的研究发现，边坡中每一个斜坡的几何形状在很大程度上改变安全系数。
（2）计算得出，边坡的形状在一定程度上影响最危险圆弧滑动面。剖面不同，其所得到的最危险圆弧滑动面有很大的差异。最终状态边坡的稳定性最弱的是位于北侧的剖面1、2，达到了稳定要求的临界状态，别的剖面具有相应的安全。
参考文献
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3 结论
（1）通过计算分析发现，坡角对安全系数的影响是明显的，在47°~51°区域内，边坡角每当改变1°，其稳定系数的变化范畴是0.02~0.03。
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