非金属矿露天开采边坡稳定性分析与加固技术

引言

非金属矿露天开采因作业空间开放、开采规模较大，边坡稳定问题始终是安全生产的重点。随着开采深度与范围的拓展，边坡受力状态愈发复杂，地质、水文等因素的叠加作用易引发边坡失稳风险。开展边坡稳定性分析与加固技术研究，对减少安全事故、保障开采作业持续推进具有重要意义。

一、边坡稳定性的关键影响因素

1.1 地质构造与岩体特性对边坡稳定的作用

地质构造与岩体特性是决定边坡基础稳定性的内在因素。岩体中存在的断层、节理等构造，会破坏岩体的整体性，降低其抗剪强度，使边坡在自重或外力作用下易沿弱面发生滑动。不同岩性的岩体，其抗压、抗拉性能存在差异，软质岩体在长期风化作用下易发生变形，而硬质岩体若存在贯通性裂隙，也会成为边坡失稳的隐患。岩体的完整性越好、结构面结合越紧密，边坡抵抗变形的能力就越强，反之则会增加边坡失稳的可能性。

1.2 水文条件与气象因素对边坡稳定的影响

水文条件与气象因素通过改变岩体力学性质影响边坡稳定。雨水入渗会使岩体饱和，降低其内摩擦角和黏聚力，同时增加边坡的自重荷载，加剧滑动趋势。地下水的长期作用会软化岩体中的软弱夹层，形成渗透压力，破坏边坡内部的应力平衡。此外，极端气温变化可能导致岩体热胀冷缩，加速裂隙发育，而强风等气象现象则可能对边坡表层岩体产生冲击，进一步削弱其稳定性。

1.3 开采工艺与边坡形态对稳定状态的关联

开采工艺与边坡形态通过改变边坡受力环境影响其稳定状态。开采过程中的爆破作业会产生振动，可能使边坡岩体产生新的裂隙或扩大原有裂隙，降低岩体的完整性。边坡的坡角、坡高设计直接关系到其自身的力学平衡，过陡的坡角或过高的坡高会使边坡内部应力集中，超过岩体的承载能力。同时，开采形成的台阶形态、平台宽度等参数，也会影响边坡的整体稳定性，不合理的形态设计易引发局部失稳并蔓延至整个边坡。

二、边坡稳定性的创新分析方法

2.1 基于数值模拟的边坡变形趋势分析方法

基于数值模拟的分析方法，通过构建与实际边坡相符的力学模型，模拟不同工况下边坡的应力分布与变形趋势。借助专业软件将边坡岩体划分为若干计算单元，赋予各单元相应的力学参数，设开采进度、水文变化等边界条件，通过迭代计算得出边坡在不同阶段的位移量、塑性区分布等结果。这种方法能够提前预判边坡可能出现的变形区域和失稳模式，为制定防控措施提供依据，且可通过调整参数模拟多种复杂情况，增强分析的全面性。在模拟过程中，可引入岩体损伤演化模型，考虑开采扰动下岩体力学参数的动态衰减，使模拟结果更贴近实际开采场景。同时，结合多场耦合分析技术，将应力场与渗流场、温度场的相互作用纳入模拟体系，精准捕捉水 - 岩相互作用下边坡的变形响应，进一步提升趋势预测的可靠性。

2.2 结合监测传感的实时稳定性评估方法

结合监测传感的评估方法，通过在边坡关键部位布设传感器，实时采集位移、应力、渗流量等数据。传感器将监测信息传输至数据处理中心，经分析后生成边坡稳定性状态的动态曲线，当监测数据超出预警阈值时，系统会及时发出警示。这种方法能够捕捉边坡细微的变化，实现对稳定性的实时监控，便于及时发现潜在风险，弥补了传统定期检测存在的时间间隔缺陷，提升了边坡安全管理的及时性。通过采用分布式光纤传感技术，可实现对边坡大范围、连续的变形监测，避免单点监测的局限性。引入人工智能算法对监测数据进行深度挖掘，识别数据序列中隐含的失稳前兆特征，建立从数据异常到风险预警的快速响应链条，提高评估的智能化水平。

2.3 融入地质力学的边坡破坏机理分析方法

融入地质力学的分析方法，从岩体的地质力学特性出发，研究边坡破坏的内在机理。通过分析岩体结构面的产状、力学性质与边坡坡向、坡角的关系，判断可能发生的破坏类型，如平面滑动、楔形滑动等。同时，考虑岩体在长期受力下的蠕变特性，研究边坡变形随时间的演化规律，揭示不同因素相互作用下边坡从稳定到失稳的转化过程，为精准制定加固方案提供理论支撑。在分析中，注重结构面剪切特性的各向异性研究，结合现场岩体结构面测试结果，建立考虑方位角影响的抗剪强度计算模型。引入损伤力学理论，量化岩体在受力过程中的内部结构劣化程度，阐明边坡从局部损伤到整体失稳的力学传导路径，深化对破坏机理的认知。

三、边坡加固的针对性技术路径

3.1 岩体改良型边坡加固技术

岩体改良型技术通过改善边坡岩体自身性质提升稳定性。采用注浆方式将浆液注入岩体裂隙，浆液凝固后可填充裂隙、胶结岩体，提高岩体的整体性和强度。对风化严重的岩体，可通过表面喷护形成保护层，减少外界环境对岩体的进一步侵蚀。此外，通过物理或化学方法改良岩体的力学参数，增强其抗变形能力，从根本上改善边坡的稳定状态，适用于岩体自身强度不足引发的稳定性问题。在注浆材料选择上，可采用新型复合浆液，结合纳米材料增强浆液的渗透性与胶结强度，适应复杂裂隙网络的填充需求。对于深部岩体，可采用高压喷射注浆技术，通过定向喷射形成连续的加固体，同时配合声波监测技术实时评估改良效果，确保岩体改良的均匀性与有效性。

3.2 结构支撑型边坡加固技术

结构支撑型技术通过设置人工结构物分担边坡荷载、限制边坡变形。在边坡坡脚设置抗滑墩或挡土墙，利用其自身刚度抵抗边坡的滑动推力；在边坡内部布设锚杆或锚索，将不稳定岩体与深部稳定岩体连接，通过张拉产生的预应力约束岩体变形。对于坡度较陡的边坡，可采用格构梁与锚杆组合的加固形式，形成整体性支撑结构，分散边坡应力，提高边坡的抗滑能力。在结构设计中，引入新型复合材料支撑构件，如碳纤维锚杆、玻璃纤维增强塑料格构梁，在保证支撑强度的同时减轻结构自重，降低对边坡的附加荷载。

3.3 排水优化型边坡加固技术

排水优化型技术通过控制边坡体内的水压力保障稳定。在边坡表面设置截水沟、排水沟，拦截并排出地表径流，减少雨水入渗；在边坡内部布置排水孔或排水廊道，降低地下水位，排出岩体中的孔隙水，缓解渗透压力对边坡的不利影响。合理设计排水系统的布局与排水能力，确保能及时排除边坡体内的积水，避免因水荷载增加或岩体软化导致的边坡失稳，是一种从源头控制风险的加固方式。可采用智能化排水系统，在排水孔内安装流量监测与自动调控装置，根据边坡体内水位变化动态调整排水强度。

四、结论

基于数值模拟、监测传感和地质力学的分析方法，为准确判断边坡状态提供了有效手段；岩体改良、结构支撑和排水优化等加固技术，可从不同角度提升边坡稳定性。通过系统分析与科学加固的结合，能够有效降低边坡失稳风险，为非金属矿露天开采的安全高效进行提供保障。

参考文献

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