钟鑫，肖超，吴大伟

（美丽华夏生态环境科技有限公司，北京 100176）

0 引言

露天矿的开采，会形成众多大小不一的岩质边坡或土质边坡，很多边坡因开采过程的不规范，对边坡下部建筑或人员形成了不同程度的威胁。因此，对边坡的稳定性分析，是矿山地质灾害治理工程设计工作中必不可少的组成部分，对其发育特征、破坏类型、形成原因及稳定性的研究具有十分重要的意义（冯君等，2005；汪旭涛等，2006；黄润秋等，1991；Wang Jun-Jie，2014），不稳定边坡形成原因和相关的影响因素有许多学者进行过研究和探讨（杨彪和李长冬，2007；孙国富等，2003；陈从新等，2007；王建华等，2007；刘立平，2000）。

赤平投影法是定性分析岩质边坡稳定性的方法之一，可以直观的表明各组结构面的组合关系，而岩质边坡的稳定性主要取决于岩体发育结构面的性质及其与边坡的空间耦合关系（石根华，1977；孙玉科和古讯，1980）。合理使用赤平投影对项目区采矿形成的岩质边坡进行稳定性分析，能够为不稳定边坡治理工程的实施提供参考。对于土质边坡稳定性分析的方法有很多，其中瑞典条分法计算相对简单，适用范围较广，因此多用于工程建设的稳定性分析当中。现今边坡稳定性计算分析多利用分析软件进行，能够大大提高工作效率，其中对土质边坡的稳定性分析软件种类很多，理正边坡稳定性分析软件简单易用，是众多工程稳定性的首选（王杨兴和丘志杨，2020；钟燕茹，2019）。

本文就岩质边坡及土质边坡的边坡工程实例，依据相关规范及标准，通过赤平投影分析对岩质边坡进行稳定性分析，同时辅以稳定性公式计算的方式加以验证。利用理正岩土软件对土质边坡稳定性进行分析，得到不同工况下的稳定性系数，依照相关规范对其进行稳定性评价。针对岩质及土质两种不同类型的边坡进行稳定性评价，以期为边坡的稳定性研究和治理提供数据支持。

1 岩质边坡稳定性评价

1.1 评价标准及依据

用赤平投影法对岩质边坡进行稳定性分析时，需首先假定边坡岩体为刚性，仅考虑块体滑动力与抗滑力的作用，不考虑内部块体之间的应变，并忽略外力作用。在岩质边坡稳定性分析中，稳定性由各结构面的相互组合关系和结构面间的摩擦力共同控制，当结构面或结构面交线的走向与边坡走向相反时，边坡一般较稳定，当两者走向相对一致时，则需通过二者的倾角进行进一步分析（陈奇珠和董翌为，2013；张水兵等，2000；荣富强等，2020；唐胜传等，2018；张子新和孙钧，2002；谢良甫，2018；刘才华和陈从新，2012；孙玉科等，1988；孙璐伟和宋兰，2019）。对于边坡稳定性评价，可根据野外调查的边坡发育情况及赤平投影分析可进行定性-半定量的评价。

表1 边坡稳定性野外判别表

定性评价标准根据《地质灾害危险性评估规范》（DZ/T0286-2015）中对不稳定斜坡的调查要求，从斜坡的高度、坡度、组成斜坡的岩性、地下水的发育程度、斜坡的变形破坏特征等定性分析不稳定边坡的稳定性（表1）。

根据《工程地质手册》（第五版）（化建新和郑建国，2018）相关规定，对其稳定性进行半定量的分析评价，评价标准见表（表2）。根据基岩节理裂隙发育特征参数，将每一组地层层面、节理面、边坡坡面进行组合，若每组结构面组合评定结果均为稳定，则该边坡评价为稳定状态；若一些结构面组合稳定，另一些结构面组合基本稳定，则边坡处于基本稳定状态；若有任一组不稳定，则边坡不稳定。由此可以判断出影响边坡稳定性的主要因素。

1.2 案例分析

某矿山地质环境治理项目区内存在多处不稳定斜坡隐患点，其中包括岩质边坡及土质边坡，其破坏形式主要以错断式为主。根据野外勘查，勘查区内高陡边坡多为采矿开挖形成的开采创面，岩体结构面较发育、岩体破碎，采坑西侧出露煤层底板形成顺向岩质边坡，采坑东侧顶板围岩形成逆向岩质边坡。本文选取其中具有代表性的岩质边坡及土质边坡进行稳定性分析。

表2 边坡稳定性分级及评价标准

勘查区的某岩质边坡YBP01 坡高18～36 m，坡宽59.35 m，坡向160°，坡度58°，为顺向斜交坡，坡脚处坡度较缓，堆积少量废渣，坡底无地表径流，岩体干燥；坡体整体高陡，局部临空，坡面裸露，坡体出露砂岩、炭质页岩，岩层节理裂隙发育。边坡后缘未见裂缝发育，无积水。该边坡岩层产状：110°∠40°，岩层中两组节理产状分别为J1：210°∠65°和J2：170°∠50°，节理密度均为2～5 条/米。根据表边坡稳定性野外判别表的相关内容，结合该岩质边坡的发育特征情况，可以初步定性分析该边坡的稳定性较差，但仍需要通过赤平投影法对其稳定性进行进一步分析。

图1 边坡YBP01 赤平投影图

通过赤平投影示意图（图1）可以看出，该边坡岩层面（C）倾向与坡面（P）倾向夹角为40°，属于顺向斜交坡，岩层面（C）的倾角（40°）小于坡面（P）的倾角（58°），岩层面（C）为基本稳定；节理（J1）倾向与坡面（P）倾向夹角为50°，但节理（J1）倾角（65°）大于坡面（P）的倾角（58°），故节理（J1）属于基本稳定；节理（J2）倾向与坡面（P）倾向相近，夹角为10°，小于30°，同时节理（J2）倾角（50°）小于坡面（P）倾角（58°），因此节理（J2）为不稳定结构面。

岩层层理面（C）与节理（J1）的交割线倾向为140°，与坡面（P）倾向夹角小于30°，交割线倾角（36°）小于坡面（P）倾角（58°），交割线方向不稳定，岩层层理面（C）与节理（J2）的交割线倾向为123°；与坡面（P）倾向夹角小于30°，交割线倾角（39°）小于坡面（P）倾角，交割线方向不稳定；节理（J1）与节理（J2）结构面的交割线倾向（152°）与坡面（P）倾向（160°）夹角为8°，小于30°，且交割线倾角（49°）小于坡面（P）倾角（58°），则两节理的交割线方向不稳定，同时两节理交割线同赤平面圆心的连线位于节理（J1）与节理（J2）两结构面的倾向线之间，故节理（J1）与节理（J2）均为滑动面，两节理切割所致的岩块，沿交割线同赤平面圆心的连线方向滑动，即交割线的倾向152°方向（表3）。

表3 赤平投影产状参数

根据Mohr-Coulomb 准则，楔形体破坏（双滑面）的稳定性系数计算公式为（张水兵等，2000）：

式（1）中，βj为结构面交线的倾角，单位为（°）；β0为楔形体的偏斜角，单位为（°）；ϑ为结构面的夹角，单位为（°）。

图2 层理面C 与节理面J1及其交割线示意图

图3 层理面C 与节理面J2及其交割线示意图

图4 节理面J1与节理面J2及其交割线示意图

经计算，层理及量组节理切割所致的岩体CJ1、CJ2、J1J2的稳定系数均小于1，为不稳定状态，与赤平极射投影法分析的岩质边坡稳定性情况一致。

因此，可以判断该岩质边坡坡面（P）、岩层层理面（C）及节理面（J1）切割组成的岩体基本稳定；坡面（P）、岩层层理面（C）及节理面（J2）组合切割的岩体不稳定；坡面（P）、节理面（J1）与节理面（J2）组合切割的岩体不稳定（图2～4）。综上所述该岩质边坡处于不稳定状态。

2 土质边坡的稳定性评价

2.1 计算方法

以勘查区内某土质边坡TBP01 的稳定性分析为例，经现场调查，该边坡为均质土层或似均质土层，其失稳破坏时，滑动面往往呈圆弧形，或沿着土层与岩层的接触面滑动，通过钻孔勘查边坡坡体中未见明显面滑动痕迹。因此，可适用理正岩土分析软件对边坡稳定性进行分析，利用程序自动搜索最危险滑裂面，等厚土层稳定计算。整体稳定性采用瑞典圆弧滑动条分法对坡体稳定性系数进行计算，进而对不稳定斜坡体的稳定性进行评价。圆弧滑动法计算模型见图5。

稳定性系数计算公式（徐金春，2010）：

其中，l为单个土条的滑动面长度，m；W为条块重力，kN；ui为水位降落前堤身中的孔隙水压力；β为条块的重力线与通过此条块底面中点半径之间的夹角，度；Ccu、¢ cu为土的抗剪强度指标。

计算工况采用以下3 种：

图5 圆弧滑动法计算模型图

工况1：自然工况，勘查期间的工况，荷载为滑坡体自重+地面荷载。

工况2：地表水、地下水工况，这里指暴雨（100年一遇）条件下的工况，荷载为滑坡体自重+地面荷载+地下水静水压力或渗流压力；对于工况2 条件下，暴雨在坡体内不形成统一的地下水位线，只造成坡体土体重度增加及抗剪强度的降低。

工况3：地震工况，地震作用条件下的工况，荷载为滑坡体自重+地面荷载+地震力，对于工况3 条件下，据《中国地震动参数区划图》，宁武县地震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度为0.10 g。

2.2 划分标准及计算参数

该土质边坡TBP01 主要成分为黄土状粉土及残积物碎石，边坡最大坡高均在10 m 左右，主要威胁对象为坡下日常行人和施工期间的材料运输车辆，滑坡灾害发生时破坏后果不严重。根据边坡损坏后可能造成的破坏后果的严重性、边坡类型和边坡高度等因素综合考虑，确定边坡工程安全等级为二级，根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013），边坡稳定状态划分取值标准见表4。

表4 边坡稳定状态划分

该土质边坡为均质土层或似均质土层，因此计算中将整个坡体视为整体。根据采取土样测得《土分析成果报告》中的各项物理力学参数进行计算，具体数值如表5。

表5 边坡土样参数

2.3 稳定系数计算结果及稳定性评价

经过理正边坡稳定性结果见表6。

表6 圆弧滑动法边坡稳定性计算结果及评价

综合统计分析可知，土质边坡TBP01 在天然工况条件下处于稳定状态，在暴雨工况条件下坡体稳定性降低，处于基本稳定状态；地震作用对于坡体稳定性影线较小，一般地震工况条件下，处于基本稳定状态。通过边坡稳定性计算验证可知，以黄土为主的采矿土质边坡在暴雨工况条件下坡体稳定性降低，处于稳定-基本稳定状态，暂不需要采取相应的工程措施进行治理。

3 结论

（1）通过赤平投影法及理正边坡稳定性分析软件的分析认为该矿山岩质边坡YBP01 处于不稳定状态，沿陡壁节理、裂隙等结构面发生边坡失稳的可能性大；土质边坡TBP01 在天然条件下稳定，在暴雨及地震工况下处于基本稳定状态，后期工程设计建议针对该处岩质边坡YBP01 采取削坡等工程手段经行处理。

（2）赤平投影法对于节理面清晰明确的岩质边坡，可以直观体现出岩体中发育结构面的性质及其与边坡的空间组合关系，从而快捷有效地对边坡稳定性进行定性-半定量分析评价。理正边坡稳定性分析软件对于土质边坡的稳定性分析，可以无已知滑动面的情况下，通过相关力学性质及参数，推断出最不利滑动面，对于均质或类均质坡体的稳定性计算十分便捷、有效。