露天矿边坡稳定性分析及控制措施研究

引言：露天矿开采是我国矿产资源开发的重要方式之一，在国民经济建设中发挥着重要作用。然而，露天矿边坡稳定性问题一直是制约露天矿安全生产的关键因素。边坡失稳不仅会导致设备损坏、人员伤亡，还会造成矿产资源浪费、环境污染等严重后果。因此，深入研究露天矿边坡稳定性，采取有效的控制措施，对于保障露天矿的安全生产和可持续发展具有重要意义。

一、影响露天矿边坡稳定性的因素

1.1 地质因素

岩土体性质：岩土体的物理力学性质，如密度、孔隙率、抗压强度、抗剪强度等，直接影响边坡的稳定性。一般来说，岩石强度越高、结构越完整，边坡越稳定；而软弱岩土体或含有软弱夹层的岩土体，其抗剪强度低，容易发生滑动破坏。

地质构造：地质构造包括断层、褶皱、节理等，这些构造面会破坏岩土体的完整性，降低其强度。断层破碎带往往是边坡失稳的潜在滑动面，褶皱轴部的岩层容易产生张裂隙，节理的发育程度和方向也会影响边坡的稳定性。

岩层产状：岩层的倾向与边坡坡向的关系对边坡稳定性有重要影响。当岩层倾向与边坡坡向一致，且岩层倾角小于边坡角时，容易发生顺层滑动；反之，边坡相对稳定。

1.2 开采因素

开采深度和边坡角：随着开采深度的增加，边坡高度增大，边坡岩体的自重应力也增大，边坡的稳定性降低。同时，边坡角的大小直接影响边坡的稳定性，边坡角越大，边坡越容易失稳。

开采顺序和方法：不合理的开采顺序和方法会破坏边坡岩体的应力平衡，导致边坡变形和失稳。例如，采用掏底开采、一面坡开采等方法，会使边坡岩体失去支撑，增加边坡失稳的风险。

爆破作业：爆破产生的震动会使边坡岩体的节理裂隙进一步扩展，降低岩体的强度和完整性。频繁的爆破作业还会导致边坡岩体逐渐松动，引发边坡失稳。

1.3 环境因素

水的作用：水是影响边坡稳定性的重要因素之一。水的浸泡会使岩土体的重量增加，同时降低岩土体的抗剪强度。此外，水的渗流还会产生动水压力和静水压力，对边坡岩体产生推力，促进边坡失稳。

气候条件：气候条件如降雨、降雪、冻融等也会对边坡稳定性产生影响。降雨会使边坡岩体含水量增加，导致岩体软化；降雪融化后形成的水会渗入边坡内部，增加边坡的重量；冻融作用会使岩土体产生冻胀和融缩，导致岩土体破碎，降低边坡的稳定性。

二、露天矿边坡稳定性分析方法

2.1 理论分析法

极限平衡法：极限平衡法是边坡稳定性分析中最常用的方法之一，其基本原理是将边坡岩体划分为若干个条块，通过分析条块的受力平衡条件，建立边坡稳定性的安全系数表达式。常用的极限平衡法有瑞典条分法、毕肖普法、简布法等。

强度折减法：强度折减法是通过逐步折减岩土体的抗剪强度参数，使边坡达到极限平衡状态，此时对应的折减系数即为边坡的稳定性安全系数。该方法可以考虑岩土体的非线性特性，能够更真实地反映边坡的失稳过程。

2.2 数值模拟法

有限元法：有限元法是一种将连续体离散化为有限个单元，通过求解单元节点的位移和应力，进而得到整个边坡的应力应变分布和稳定性状况的方法。该方法可以模拟边坡的开挖过程、爆破震动等复杂工况，能够更准确地分析边坡的稳定性。

离散元法：离散元法适用于分析节理裂隙发育的岩质边坡的稳定性。该方法将边坡岩体看作是由许多离散的块体组成，块体之间通过接触力相互作用。通过模拟块体的运动和相互作用，可以分析边坡的失稳模式和破坏过程。

2.3 实际案例研究

通过对国内外典型露天矿边坡失稳案例的分析，总结边坡失稳的原因、模式和影响因素，为露天矿边坡稳定性分析提供实践依据。同时，通过对成功治理的露天矿边坡案例的研究，借鉴其治理经验和技术措施，为其他露天矿边坡的治理提供参考。

三、露天矿边坡稳定性控制措施

3.1 优化开采设计

合理确定开采参数：根据露天矿的地质条件、岩土体性质等因素，合理确定开采深度、边坡角、开采顺序等开采参数，确保边坡的稳定性。在保证安全生产的前提下，尽量减小边坡角，降低边坡高度。

采用合理的开采方法：选择对边坡稳定性影响较小的开采方法，如分层开采、台阶式开采等。避免采用掏底开采、一面坡开采等不合理的开采方法。

控制爆破作业：优化爆破设计，采用控制爆破技术，如预裂爆破、光面爆破等，减少爆破对边坡岩体的破坏。同时，控制爆破震动强度，避免爆破震动对边坡稳定性产生不利影响。

3.2 加强边坡监测

建立边坡监测系统：建立完善的边坡监测系统，包括地表位移监测、深部位移监测、地下水位监测、应力应变监测等。通过实时监测边坡的变形和受力情况，及时发现边坡的异常变化，为边坡稳定性评价和预警提供依据。

定期进行边坡检查：定期对边坡进行人工检查，观察边坡表面是否有裂缝、滑坡迹象等。对发现的异常情况及时进行分析和处理，采取相应的措施防止边坡失稳。

3.3 实施边坡加固工程

抗滑桩加固：抗滑桩是一种常用的边坡加固措施，通过在边坡内部设置抗滑桩，提高边坡的抗滑能力。抗滑桩可以采用钢筋混凝土桩、钢管桩等，根据边坡的实际情况选择合适的桩型和桩长。

锚杆加固：锚杆加固是将锚杆锚入边坡岩体内部，通过锚杆的锚固力提高边坡岩体的稳定性。锚杆可以分为预应力锚杆和非预应力锚杆，根据边坡的受力情况选择合适的锚杆类型和锚固长度。

挡土墙加固：挡土墙是一种传统的边坡加固措施，通过在边坡底部修建挡土墙，阻挡边坡岩体的滑动。挡土墙可以采用重力式挡土墙、衡重式挡土墙、悬臂式挡土墙等，根据边坡的高度、坡度和地质条件选择合适的挡土墙类型。

3.4 排水措施

地表排水：在边坡顶部和周边设置截水沟，拦截地表水流，防止地表水流入边坡内部。同时，在边坡表面设置排水沟，将边坡表面的雨水及时排出，减少地表水对边坡的冲刷和浸泡。

地下排水：对于地下水位较高的边坡，采用地下排水措施，如设置排水孔、排水盲沟等，降低地下水位，减少水对边坡稳定性的影响。

结论

露天矿边坡稳定性是复杂问题，受地质、开采、环境等多种因素影响。可通过理论分析、数值模拟和实际案例研究等方法综合评估。为保障长期稳定与安全生产，需采取针对性控制措施，如优化开采设计、加强监测、实施加固工程和排水措施等。实际工程中，应依具体情况选合适分析方法与控制措施确保稳定性。同时，要加强相关研究，探索更有效方法与技术，为安全生产和可持续发展提供保障。

参考文献

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[2] 李桂艳 . 平朔东露天矿边坡变形机理分析及稳定性控制措施 [J]. 露天采矿技术 ，2021，36（05）：31-34.