露天采场内大型铝矿开采的岩体稳定性分析

摘 要：采矿场的岩质稳定性分析是一个研究重点，同时它也是一个十分重要的岩土工程问题。岩质由于受到多种因素的影响会造成岩体稳定性遭到破坏，例如构造应力、温度应力、自重应力等，且边坡岩体的性质有非均质性、各向性以及非连续性等表现。此外，岩体的稳定性也受到岩石类型以及自然界风化的侵蚀程度的影响。岩体的破坏类型有平面破坏、楔体破坏、圆弧形破坏以及倾倒破坏等。对于岩体稳定的分析方法有定性分析方法、定量分析法以及不确定性分析法。

关键词：岩体稳定性；边坡；铝矿

我国的露天矿产产量占总产量的比重非常大，大多数大型的露天矿山在经过长时间的开采后，大部分都已经形成了边坡，十分不利于安全。

1 岩质稳定性影响因素

1.1 边坡形态

岩体的边坡形态主要有坡高、坡脚、剖面形态以及临空面四个要素，在这四个要素中，破高以及坡脚对于稳定性的影响更大。（1）破高。破高影响岩体边坡稳定性的原理是通过对破内岩体的应力状态的改变来对边坡产生影响。随着边坡高度的增加，边坡自重应力以及坡脚应力也会逐渐增加，从而导致边坡的变形范围进一步扩大，造成岩体大规模的破坏。因此，可以得知岩体边坡的稳定性随着破高的的增大而减弱。（2）坡脚。坡脚对边坡的稳定性也会产生影响，其主要体现在首先坡脚的大小会决定前沿临空状况，因而影响到边坡的稳定性，其次坡肩和坡面张力带的范围会随着坡脚的增大而增大，因此应力集中带的剪应力也随着增加，从而影响边坡的稳定性。（3）剖面形态。边坡的稳定性很大程度上受剖面形态的影响，通常边坡的坡形有直线型、凸坡和凹坡三种，其中稳定性最好的凹坡，其次是直线型，因此在实际的工程开采中要采用凹型开挖的方法，有利于边坡的稳定。（4）临空条件。在露天铝矿的开采过程中，对边坡坡脚的开挖是不可避免的，当对岩层进行切割时会使软弱的岩层暴露出来，这时岩体的边坡稳定性会急剧下降，此时要将临空条件的作用考虑到边坡稳定性的影响因素中。在临空条件下边坡的变形空间较大，这时对稳定性的影响起主要作用的是岩性组合、坡高以及岩体结构等。

1.2 边坡岩性

对于岩质边坡来说，其岩质工程地质性质的决定于岩性差异有关。所以岩性会对边坡的稳定性产生影响，其是一个基本的因素。对于岩性分析主要从几方面来进行，即地质的组成、岩石的理化性质以及微观的化学特征。固定的变形破坏模式随着边坡的构成岩性不同而改变。每类地层都存在存在着其独有的矿物组成、抗风化能力以及亲水特性，这对于边坡的变形破坏有直接的控制作用。在工程将岩石做相应的实验来确定岩石是硬岩还是软岩，通常来说，坚硬的岩石太多会组成高陡岩质的边坡，而高度以及坡度相对较低缓的边坡则有稳定的软岩组成。在矿区所属的区域内通常地质构造都比较复杂，因此要对边坡的不同岩性之间的组合做准确的分析，也分析出边坡稳定性的实际情况，各种岩性的组合对于边坡稳定的影响是不同的。

1.3 岩体结构与地质构造

岩体中的软弱结构面通常控制着岩质边坡的变形破坏，因此要对结构面的性质、成因、密度以及延展性等作研究，其中对边坡影响有重要关联的是边坡临空和软弱结构面之间的关系。会对岩质的边坡稳定性产生影响的岩体结构因素有以下几点：（1）结构面的倾向及倾角。（2）其次是结构面的走向和数组及数量。（3）结构面的连续性。（4）结构面的表面形态。（5）结构面的充填特征。另外，边坡稳定性也会受到地质构造很大的影响，假如该区域内的地质构造是褶皱强烈、复杂以及运动活动的，那么会使得边坡的稳定性大大减小。

1.4 地表水与地下水

岩体会受水的影响，其主要表现在静水会对岩体产生压力，形成有效的应力，而动水会对岩体产生冲涮效果，同时还会使岩体造成泥化、软化、膨胀以及溶蚀等现象产生，其最终会导致岩体的性质变差，从而出现失稳、变形以及破坏。渗流是水流因为渗透力的作用在岩体中流动，通常对于岩质边坡来说，岩体的稳定性在一定程度上也会受岩体渗流的影响。某些实例表明，滑坡多出现在矿区处于雨季或者解冻期内。

1.5 地震与爆破震动

在对岩质边坡的稳定性做分析时，还要考虑到一个重要因素，就是岩质边坡的动力分析，其相当于在边坡承受的静力荷载的基础上有增加了一个动荷载。地震以及爆破震动是影响岩质边坡稳定性的常见动力作用，其主要的影响原理是在动力作用下会改变边坡岩体的内部应力。地震影响边坡稳定性主要是因为地震波传播于岩体内，会使岩体承受地震惯性力，从而使滑坡的应力增加，并且由于地震的作用，会改变边坡岩体的结构，当旧的结结构被破坏时就会出现新的结构面，使得岩体产生张裂以及松弛，进行出现失稳现象，其后果十分严重。在爆炸的过程中会出现动应力波，此波会使岩体产生裂缝，若边坡在开挖时受到爆炸的影响，那么就会导致坡面附近的不均匀岩体逐渐的失去平衡最终发展成为崩塌。

1.6 人类工程活动

人类的工程活动会在一定程度上将边坡的地形地貌以及结构特征改变，这明显会影响到边坡的稳定性，对边坡稳定性产生影响的工程行为主要有削破、坡顶加载、地下开挖等。

2 破坏类型

2.1 平面破坏

层面、节理、断层以及层间错动面是边坡的一个主要的滑动面，假如边坡的某组结构面同时向一边倾倒，同时这个倾角的大小在边坡角以及摩擦角之间，那么就会导致岩体的稳定性遭到破坏。

2.2 楔体破坏

在边坡中会存在两组楔形结构面，其是由于边坡斜交与相互交成而形成的，在两组的组合交线一致倾向同一边坡时，且倾角大小在坡面角和摩擦角之间时，就会使岩体稳定性发生破坏。

2.3 圆弧形破坏

圆弧形破坏的主要表现为其坡体的滑动面为圆弧形，其多发生在边坡较高的碎裂岩体边坡和散体结构的岩体边坡中。

2.4 倾倒破坏

在岩体结构面和层面较陡时多会出现倾倒破坏现象，其对岩体稳定性的破坏形式是岩块由于受到自重的影响从而出现向外以及向下弯曲的崩塌。其主要分为三种情况，即单台阶或多种组合台阶滑落、多台阶的滑落、边坡整体变形破坏。

3 稳定性分析方法

3.1 定性分析法

定性分析法的基础主要是对矿区的工程地质进行勘查，对影响其边坡稳定性的各种因素、变形方式以及失稳机理进行分析，同时对已经出现破坏的地质体进行原因分析。进而对当前的矿区工程边坡稳定性现状以及未来的发展趋势进行说明以及解释。其主要方法有自然历史分析法、工程类比法、专家系统方法、图解法、岩体质量评价法等。

3.2 定量分析法

极限平衡法当前对于岩体边坡稳定分析中常用的定量分析方法，其分析基础是对于岩体的潜在滑移刚性块体的力矩平衡以及力系的分析，其只对滑体的沿假定滑面滑移进行考虑，而对滑体的自身变形忽略。此方法是，它对处于临界状态下的边坡岩体外力以及自身强度能对岩体的作用力进行抵抗的平衡进行分析，从而得出在岩体的外加作用力和自重的影响下边坡的稳定系数值。

4 结束语

露天采矿往往都伴随着较大的风险，矿区岩体经过长时间的开采多会形成边坡，而导致边坡失稳的因素多种多样，因此应做好岩体稳定性分析工作，找出存在的安全隐患，确保安全生产。

参考文献

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