罗晓章

摘要：露天采矿作为基本采矿方式之一，占中国各种非能源固体矿床的很大比例，其中铁矿石占80%。露天开采成本低，生产效率高，资源回收率高。在露天开采过程中，边坡的稳定性不仅影响矿山的生产效率，还影响矿山的安全生产和可持续发展。研究表明，在长期雨水侵蚀和黄土坡面渗透的条件下，坡面侵蚀引起并促进了土壤层滑坡面黄土坡面的渐进破坏。

关键词：雨水；反复浸蚀；露天矿；边坡稳定性

1、矿区水文地质情况简析

矿区地处青藏高原高山峡谷区，属大陆性的温带半干旱高寒山地气候，具有四季不分、气象多变、日照时间长、紫外线辐射强、气压和氧气浓度低、气候垂直变化明显等高原山地气候特点。据昌都县气象站（海拔3300m）气象资料显示，多年平均年降水量513.6mm，最大年降水量704.3mm（1998年），最小年降水量287.7mm（1994年），每年降水多集中在6月至9月，占全年降水量的75%以上。多年平均年蒸发量1519.0mm。年温差小而日温差大，年平均气温7.5℃。年最高气温25℃，最低气温-19.3℃，月平均气温6月至8月最高，11月至次年4月较低，气温日变幅最大达18.5℃。10月至次年4月为冻土期，多降雪，最大冻土深度32cm。11月至次年4月有3级～4级西风，其余月份多为静风或2级左右东风。

2、边坡稳定性的影响因素分析

露天采矿影响因素很多，但是边坡稳定性影响因素大体上有两种，一种是内部因素，另外一种是外部因素。内部因素在于边坡土地和岩土的性质和内部构造。而外部因素主要来自于自然环境的因素和人为的因素，其中雨水冲刷属于自然因素影响最重要的因素。边皮稳定性的问题不只是一种因素影响的结果而是多种因素共同作用下的综合反映，每个因素都相互关联。

2.1内部因素

2.1.1岩土体的类型和性质

边坡岩土的力学特性对边坡的稳定性影响很大，决定了边坡的稳定性和变形破坏的类型。由于坡面岩石和土壤的基本特性，当有淤泥质土、易风化的夹层或岩性砂岩、页岩、泥岩等时，数十米的平缓坡面没有几百米的高陡坡稳定性容易出现坡度不稳定。

2.1.2边坡地质构造

由于斜坡内部存在断层、节理、层面不同的结构面，结构面的输出状态和岩体中不连续面的倾角变化会影响边坡的稳定性，斜坡结构的平面穿过岩石和土壤出现不均匀性和不连续性影响斜坡的应力场，引起应力集中和不连续表面周围的延迟，导致不同的变形和破坏模式。结构平面和斜面的组合将导致不同的边坡状态。

2.2降雨条件下裂缝对边坡稳定性的影响

丰富的的地下水和它所存在周围的环境和互动程度有关系。降雨能直接增加原图和含水量，雨水的降落使得地表水土通过裂缝渗入到边皮内部。雨水带有的腐蚀性降低了土的质量还能增加边坡下滑的动力。地表水的大量渗透导致地基渗水能力降低。降雨主要通过地表水渗透改变地下水，导致地下水应力场和坡面渗流场发生变化。在斜坡蠕变的初始阶段，滑动表面很小并且主要发生在斜坡内。随着滑动面的不断膨胀和发展，弱滑动面将穿透连续滑动床，整个斜坡将发生很大变形。变形主要发生在斜坡的后部。这部分会产生大量的拉伸裂缝。裂缝的产生增加了土壤的渗透性并对斜坡的稳定性产生不利影响。

3、边坡稳定性影响的计算分析

3.1有限元法边坡稳定性评判依据

在分析边坡稳定性时，使用不同的屈服准则，这将导致很大的差异。具有外接圆的Duncker-Prager模型比通过极限平衡法获得的安全系数大约25%。通过强度折减有限元法分析边坡稳定性的关键是确定边坡是否处于临界失效状态。目前，有三种认可的斜坡不稳定标准：斜坡是否产生塑性渗透区；数值计算是否可以进行，即计算的收敛；特征部分的位移是突然的。

3.2土体强度参数的选取

土工试验是在从现场采集的土壤上进行的，主要采用凝固和快速剪切的方法。为了模拟土层开挖暴露后几次降雨饱和度和干饱和度的剪切强度变化，即雨水反复侵蚀对强度参数的影响，在自然条件下对土样进行了试验。在饱和干燥下再次饱和5次和10次后的土壤样品测试给出了在三种不同工作条件下的淤泥的内摩擦角和内聚力。在淤泥饱和并干燥10次后，材料的强度降低太多，这表明高强度雨水的反复侵蚀已经对淤泥土造成损害。在这项研究中，淤泥主要选自天然、干燥和饱和状态。通过第二次直剪试验得到的强度参数作为边坡数值模拟的强度参数，并根据选定的边坡失稳准则计算出所需的土体强度参数。

3.3数值计算结果分析

从图1可以看出，当斜坡的入渗深度为0.4m时，斜坡的主要破坏模式发生变化，但在斜坡完全破坏之前，斜坡底部发生塑性变形，塑料区的面积很大。當坡面的入渗深度为0.8m时，在坡脚处仍然产生塑性区，但塑性区较小。当边坡入渗深度达到1m时，坡脚处不形成塑性带，在2阶坡的入渗带产生渗透带范围相同的塑性带，表明坡度已经损坏了。在计算结束时，虽然斜坡内部大部分满足强度要求，但斜坡的小滑动面已经产生，斜坡的安全系数大大降低。划分坡面渗透区后，坡度强度降低，塑性区首先形成在下台阶坡的入渗区，然后沿坡向渗透区向上延伸。

3.4结果分析

随着降雨的持续性，排土场内的孔隙水压力小，渗水能力增加，台阶坡度和下层平板恢复到不饱和状态。边坡下部随着雨水量的增加沿着边皮压实区域很快渗入到边坡内部，导致了压实区域的孔隙率增加，孔隙压力也增加，从而使边坡压实区域对边坡渗流的影响逐渐增大。渗流区域受压实区域的影响保留在了地表层以内，并且台阶内部的大部分孔隙水压力保持不受干扰。

在雨水停止降落时，在压实区的周围排土场会有一部分渗透区处于饱和状态，并且下部边坡的压实区被雨水完全渗透到了排水边坡地段。在排土场地仍有一些区域孔隙水压不受干扰，渗水能力增加使台阶饱和区域的水扩散到周围未受干扰的区域，从饱和过渡到不饱和区域，并且在台阶内的大部分区域中孔隙水压力逐渐增加。

坡内雨水的迁移方向一般为斜坡到坡内的扇形；由于压实区的影响，堆场内部的孔隙水压力受到显着影响。倾倒坡降水渗流规律的数值模拟与类似模拟结果完全一致。两种研究方法取得了相同的结果，研究结论的可靠性得到了一定程度的保证。

结束语：

露天采矿是采矿行业中技术要求非常高的采矿方式，对专业方面、安全方面、环境稳定性的要求都非常严格。一旦雨水影响到了边坡的稳定性，就会给露天采矿埋下安全隐患，影响采矿正常进行下去，也威胁到人们的生命安全。在不同的地质环境中，采取不同的措施对矿区边坡进行支护，才能保证边坡的稳定性，从而促进采矿效率的提高，提高采矿企业的经济效益。

参考文献

[1]许蕊.呼伦贝尔能源矿产集中开采区矿山地质环境调查与研究[D].中国地质大学（北京），2014.

[2]李长生.基于做好矿山水文地质设计工作的分析[J].黑龙江水利科技，2012，40（10）：185-187.

（作者单位：中铁十九局集团矿业投资有限公司江达县玉龙铜矿）