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0 引言
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随着全球矿业行业的快速发展和扩张，对于露天高陡矿山边坡稳定性的研究和分析变得愈发紧迫和重要（何满潮等，2009；周子涵等，2020；张文莲等，2022）。西部某高陡矿山地区作为矿业资源丰富的重要区域之一，其地质条件复杂多变，地形陡峭，岩层结构复杂，这些特征使得该地区的边坡稳定性问题备受关注。在矿山开采过程中，边坡稳定性的研究不仅关乎矿山生产的安全性和稳定性，更直接影响着环境保护和资源可持续利用。
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极限平衡分析方法是边坡稳定性分析常用的方法之一，通过该方法可以有效评估和预测边坡在不同外部荷载作用下的稳定性情况。基于力学平衡原理，通过比较边坡体受到的各种作用力和抗力，判断边坡是否处于稳定状态，从而为工程实践提供重要的参考依据。何振华和王飞飞（2023）采用 Geo Studio软件分析分析降雨与地下水耦合作用下的边坡稳定性；刘志超等（2023）采用极限平衡分析方法对沙河山采场现有滑体进行稳定性分析，并给出了相应的边坡治理措施；尹永明等（2023）采用极限平衡法和强度折减法分析了某建材矿山采场边坡稳定性，研究结果表明，不同计算剖面在不同工况下的安全系数满足规范设计要求，边坡角仍旧有一定优化空间；吴顺川等（2022）使用 Geo Studio 软件分析了巴润露天矿在不同降雨条件下的稳定性，研究结果表明，滑坡灾害发生的可能性随着降雨强度的增加而增加；丁子晨（2022）基于极限平衡法对某露天铁矿采场边坡进行专项安全评价，对于不稳定台阶，提出了分台阶削坡的治理方案并进行了验证。
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本文以西部某露天金属矿山为研究对象，在室内物理力学试验的基础上，计算折减后的岩体强度。划分边坡分区后选取代表性的剖面，计算边坡渗流场，并在渗流场计算的基础上采用极限平衡分析法分析边坡稳定性。
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1 研究区概况
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研究区位于昂仁县城关区北东方向，直距55.1km，行政区划属西藏自治区日喀则市昂仁县亚木乡许如村管辖，属较典型的斑岩型矿床，主要矿体为 CuⅠ矿体与 CuⅡ矿体，大多赋存标高位于 5500～4200 m。矿体围岩主要为花岗斑岩、凝灰岩、二长花岗岩以及石英斑岩，岩石以块状结构为主，一般为稳固—中等稳固。经过矿山调查，研究区水文地质条件中等，工程地质条件简单，环境地质条件中等。据收集的昂仁县气象站数据显示，昂仁县年均降水量约 350 mm，全县夏季雨水集中，降雨多集中在6—9月，占全年降水的90%。
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根据地形地貌、边坡位置、出露岩性、构造、水文、风化程度等工程地质条件，同时结合终了边坡的几何形状（坡向、坡高、坡度等要素）、岩层倾向与终了边坡坡向关系和岩体结构，按主要因素相同或者相近的原则进行边坡分区，如图1所示，分为A、B 和C共3个分区。
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图1 露天境界及边坡分区
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2 岩体物理力学参数
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2.1 岩石物理力学试验
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研究区主要存在4种岩性，分别为花岗斑岩、凝灰岩、二长花岗岩以及石英斑岩，其中凝灰岩为盖层。开展了岩石物理力学室内试验，试验内容包括密度试验、单轴抗压强度试验、巴西劈裂试验以及常规三轴压缩试验共4种。最终依据试验结果给出各种岩性的宏观力学参数。试验工作严格按照相关试验规程进行。
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对岩样进行水刀切割以及水磨机处理，将岩石制作为标准圆柱试样和标准巴西圆盘试样，并对岩石两端面进行仔细研磨，所取岩样表面无明显裂隙。试样制作过程如图2所示。
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图2 岩样制作步骤
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a—试样切割；b—试样磨平
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试验使用河北工程大学水利水电学院岩石三轴试验仪，通过对岩石试样进行单轴和三轴压缩试验，利用LVDT环向引伸计，可获取岩样的抗压强度 σc，并间接获取弹性模量 E、泊松比 ν、黏聚力 c和内摩擦角φ等宏观参数。试验仪器如图3所示。
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图3 岩石三轴试验仪
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依据巴西劈裂计算抗拉强度转化公式从而获取岩石试样的抗拉强度 σt。微机控制电子式万能试验机如图4所示。
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岩石物理力学参数测试结果如表1 所示，表格中数据为筛除异常值之后的每组试验的平均值。
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图4 微机控制电子式万能试验机
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2.2 岩体力学参数确定
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Hoek-Brown岩体强度可按下列公式计算：
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式（1）～（4）中：σc—岩块单轴抗压强度（MPa）； mb、s和a—岩体材料常数；D—爆破影响系数。
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岩体抗压强度可按下列公式计算：
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式（5）中：σcm—岩体抗压强度（MPa）。
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岩体抗剪强度指标可按下列公式计算：
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对于边坡采用：
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式（8）中：σ3n—最大围岩与岩块单轴抗压强度的比；σ3max—最大围压（MPa）；H—对于边坡采用其高度（m）；γ—岩块重度（kN/m3）。
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根据《非煤露天矿边坡工程技术规范》 （GB 51016-2014）表 C.2.4 确定岩石的 mi 值为：花岗斑岩20、石英斑岩20、二长花岗岩32、凝灰岩13。
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采用 Hoek-Brown 强度准则对不同类型岩石的岩体力学参数进行折减计算，由于边坡各分区高度不同，如果按照各分区单独计算，这样同一岩体将会获得不同的岩体力学参数，而最终对于粘聚力和内摩擦角的确定也缺少相关依据。因此，这里按照最大边坡高度统一进行折减，各地层计算结果见表2。
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3 边坡渗流场及稳定性分析
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3.1 边坡渗流场
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本文不考虑岩体中的裂隙分布和裂隙导水影响，即假定岩体为均匀连续介质，采用Geo-studio中的 SEEP/W 模块和 SLOPE/W 模块，对单纯的区域地下水作用下的渗流作用进行计算分析，确定 SEEP/ W模块下渗流场之后，与SLOPE/W模块进行耦合计算边坡稳定性系数。
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开挖完成后设计终了边坡的渗流场特征见图5。开挖后水位线有着沿台阶向下弯曲的形态，由于边坡的开挖，水位线从台阶坑底以上的台阶上渗出，可能汇聚在坑底产生积水。
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3.2 边坡稳定性影响因素
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在边坡稳定性分析中，有许多因素可以对边坡的稳定性产生影响，主要表现为：
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（1）地质条件：地质条件是决定边坡稳定性的关键因素之一。岩层的性质、倾角、节理和断层等地质特征会直接影响边坡的稳定性。
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（2）水文条件：地下水位的变化、降雨等、水的渗透和积聚可能导致边坡松动和滑动。
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（3）边坡几何形态：边坡的坡度、高度、形状等，较陡的坡度和高度可能增加边坡的稳定性风险。
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（4）外部荷载：如开采、爆破、地震等会改变边坡的原有结构，对边坡稳定性产生影响。
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3.3 边坡稳定性分析
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对研究区设计终了边坡的 5 个剖面进行如下 3 种受力情况的分析：荷载组合 I：自重+地下水；荷载组合 II：自重+地下水+爆破振动力；荷载组合 III：自重+地下水+地震力。
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2-2剖面的计算结果见图6，而其余各剖面的计算结果图因篇幅限制，不再逐一列出。潜在滑移面均从坡顶至坡脚圆弧形剪出。各剖面计算结果汇总见表3，可以发现在不同荷载组合工况下，边坡稳定安全系数满足规范要求。
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图5 边坡地下水渗流场特征
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a—1-1剖面；b—2-2剖面；c—3-3剖面；d—4-4剖面；e—5-5剖面
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图6 2-2剖面计算结果图
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a—荷载组合I Morgenstern-Price法；b—荷载组合I 简化Bishop；c—荷载组合II Morgenstern-Price法；d—荷载组合II 简化Bishop；e—荷载组合 III Morgenstern-Price法；f—荷载组合III 简化Bishop
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4 结论
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（1）根据采场边坡形态、岩性、地质构造发育情况，划分 3个边坡工程地质分区，每个分区选择 1~2 条代表性剖面用于后续分析计算。
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（2）对采场 4 种主要岩性进行了岩石力学力学试验，采用Hoek-Brown强度折减法获取了不同岩体用于边坡稳定性分析的抗剪强度参数。
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（3）边坡渗流场计算结果显示，边坡开挖后，水位线从台阶坑底以上的台阶上渗出，可能汇聚在坑底产生积水。
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（4）采用简化 Bishop 方法和 Morgenstern-Price 法分析边坡稳定性，结果显示，在 3 种不同工况下，边坡整体安全系数满足规范要求。
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参考文献
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丁子晨. 2022. 某露天铁矿采场边坡稳定性分析及治理［J］. 采矿技术， 22（6）： 62-65.
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何振华， 王飞飞. 2023. 基于GeoStudio的大水露天矿山采场边坡瞬态渗流稳定性分析［J］. 采矿技术， 23（6）： 161-164.
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吴顺川， 刘兴雷， 韩龙强， 刘占全， 崔凤， 张西良， 贾文松. 2022. 降雨强度对第四系边坡稳定性影响机理分析［J］. 金属矿山， （8）： 203-211.
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周子涵， 陈忠辉， 王建明， 张凌凡， 年康乾. 2020. 爆破荷载作用下露天矿边坡稳定性的突变研究［J］. 岩土力学， 41（3）： 849-857， 868.
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摘要
西部地区矿山资源丰富，地质条件复杂，使得该地区的边坡稳定性分析问题备受关注。本文以西部地区某露天金属矿山边坡为研究对象，根据边坡形态、地层岩性、构造、水文和风化程度等工程地质条件，划分 3个边坡分区，每个分区选取1~2条代表性剖面。在现场勘察的基础上，采用室内试验和数值模拟方法开展边坡稳定性分析研究工作。对研究区4种主要岩性开展必要的岩石物理力学试验，采用Hoek-Brown强度折减法用于计算岩体的抗剪强度参数；对研究区地下水作用下的渗流场进行分析，在此基础上采用两种不同的极限平衡分析方法计算边坡稳定性。研究结果表明，在3种不同工况下计算的安全系数均满足规范要求。
Abstract
Mine resources are rich in the western region and geological conditions are complex， so the problem of slope stability analysis in this region has attracted much attention. In this paper， the slope of an open-pit metal mine in western China is taken as the research object. According to the engineering geological conditions such as slope form， formation lithology， structure， hydrology and beauty degree， the slope is divided into 3 zones， and 1~ 2 representative sections are selected for each zone. On the basis of field investigation， the slope stability analysis is carried out by means of laboratory test and numerical simulation. The necessary rock physical and mechanical tests are carried out for the four main lithologies in the mining area. The Hoek-Brown strength reduction method is used to calculate the shear strength parameters of the rock mass. The seepage field under the action of groundwater in mining area is analyzed， and two different limit equilibrium analysis methods are used to calculate the stability of slope. The results show that the calculated safety factors under three different working conditions meet the requirements of the code.
Keywords
open-pit mine slope ； stability analysis ； limit equilibrium ； safety factor
