0 引言

对露天矿山安全生产而言，高陡边坡的稳定性一直是一个关键问题。近年来，随着露天矿山中高陡边坡的数量和高度持续增加，给地质灾害风险预防带来了新的挑战，尤其是滑坡等事故（何金城， 2020；林永春等，2023）。露天矿边坡稳定性问题，直接关系到企业的经济效益（刘武，2022；赵彬， 2022）。随着露天矿山开采深度的加深，最终挖掘工作边坡高度逐渐增加，导致形成了高陡的露天矿边坡，这对矿山企业的安全性构成威胁（陈光木， 2022；贺云等，2022；颜红迪等，2023）。

国内外关于高陡边坡稳定性的研究成果很多。何方维等（2017）采用极限平衡法对露天采场与尾矿库交互影响进行了分析。颜红迪等（2023）利用有限元法，对 3 种不同条件下的露天矿山边坡进行了降雨入渗和边坡稳定分析。张莹等（2023）通过力学试验和数值模拟的方法对高陡岩质边坡稳定性进行研究。高亚辉和刘允秋（2022）利用FLAC3D 软件，对不同结构面的空间分布和力学特性进行了研究。邓帆等（2021）采用室内试验和数值模拟对某露天矿山的终了边坡进行稳定性分析并根据结果进行边坡参数优化。薛葵（2019）用FLAC3D软件对珲春曙光金矿北山露天采场边坡稳定进行了研究。栾婷婷等（2013）在分析边坡稳定性影响因素的基础上，对目前边坡稳定性分析常用的方法进行了总结。

本文以西藏某露天矿山为工程背景，该矿山采场设计边坡高度超过500 m，为超高边坡，且尾矿坝距露天采场较近，因此研究尾矿坝渗流对采场高陡边坡的稳定性影响非常必要且极具工程意义。

1 工程概况

1.1 尾矿库概况

设计尾矿库总库容 100238. 00×10⁴ m³。全库采用复合土工膜水平防渗。同时，为有效保护库底水平防渗层的结构安全和耐久性，收集膜下清水供工程选矿用水，设计在膜下设置了排水盲沟，将膜下地下水导排至截渗坝后的收集池。

尾矿坝包括初期坝、后期废石坝及副坝。截渗坝主要拦蓄尾矿库所排地下水，采用埋石砼重力坝坝型，坝顶溢流；设计坝顶标高 4943. 00 m，溢流段坝顶标高 4942. 00 m，坝基（肩）拟进行全断面防渗处理，防渗处理范围深度要求达到透水率小于3. 00 Lu的岩层中一定深度。

1.2 露天采场

设计开采范围为采矿许可证范围，平面面积 6.998 km²，最低开采标高4452 m。该矿为一隐伏— 半隐伏斑岩型铜矿床。矿体赋存规模大，矿体厚大集中，总体上埋藏较浅，且局部出露地表，圈定的最终境界（图1）露天坑底标高 4452 m，东侧边坡最高台阶标高 5530 m，边坡最大高度 1057 m；南侧边坡最高台阶标高 5510 m，边坡最大高度 1058 m；西侧边坡最高台阶标高5409 m，边坡最大高度957 m；北侧边坡最高台阶标高5470 m，边坡最大高度1015 m。采场封闭圈标高5020 m。

1.3 研究的必要性

根据露天采场和尾矿库相对位置关系（图2），可以看出二者相距极近，随着挖掘深度增加，边坡高度不断增加，为了确保矿山生产安全，需要专门分析研究边坡的稳定性。

2 分析方法及相关参数

2.1 边坡稳定性分析方法选取

经过大量研究和工程实践的验证表明，采用同时考虑力和力矩平衡的严格计算方法所得结果与简化的 Bishop法和不平衡推力法相比较为接近，而其他非严格方法存在着显著误差。力和力矩平衡计算方法得出的稳定性系数与 Bishop 法的结果非常接近（朱刚，2022；李祥飞等，2023；李志宏等， 2023）。

综上所述，在边坡稳定性分析中，通过 Morgenstern-Price 法和 Bishop 法等极限平衡条分法，所得到的稳定性系数相对较为合理和可靠。

2.2 边坡滑动模式及滑面确定

岩体结构破坏一般为边坡破坏的前提条件，物质条件和结构条件因而成为边坡稳定性的决定因素之一。这些条件固有于边坡本身，决定了边坡的稳定性状况，但它们也是相对稳定的。环境条件对边坡的稳定性影响最为积极，降雨、地震、爆破等人类活动是主要的滑坡诱发因素（洪儒宝和简文彬， 2016；林雁，2022）。该矿露采边坡稳定性极限平衡分析采用圆弧型滑动模式。

2.3 稳定性分析相关参数选用

2.3.1 岩土体物理力学参数

综合现场情况和室内试验数据，经过折减后的岩土体物理力学参数和岩体渗透系数见表1。

2.3.2 地下水的作用

矿区最低侵蚀基准面高程为4250 m左右，露采矿床位于当地侵蚀基准面之上，属于风化裂隙潜水顶板直接充水矿床，露采坑充水主要为降雨径流量和浅部基岩风化裂隙潜水的渗入，矿床水文地质条件属简单类型。

矿区的年平均降雨量 608.2 mm，集中在 6—9 月的雨季，弱于多年平均蒸发量1516.1 mm（1994— 2020年），不利于降雨下渗形成地下水。加之本矿区平均海拔在5000 m以上，且为多年冻土区，边坡体上冻土层的存在对大气降雨的渗入也起到隔离作用。

安全等级为 I 级的边坡，应采用数值分析法进行边坡的渗流分析。因此，在边坡稳定性的极限平衡分析时，需要考虑地下水的影响（刘明发等， 2018；王海等，2024）。

2.3.3 爆破振动影响系数

在本次边坡稳定性研究分析过程中，因该矿山暂无爆破测试的现场数据，故参考国内外地质条件及开采条件相似的边坡矿山，采用工程类比法取爆破振动影响系数K_c=0. 018。

2.3.4 地震加速度参数

矿区地震基本烈度为 VII 度区，地震动峰值加速度值为 0.15 g。边坡稳定性分析时，通过计算可得矿区水平设计地震加速度为0. 0375，对于垂直设计地震加速度参数可以采用水平设计地震加速度参数的2/3，为0. 0250。

2.4 许用安全系数

该矿边坡工程安全等级为 I 级，根据边坡的工程地质、水文地质以及开采的服务年限等，确定的许用安全系数[K]达到：①工况I：[K]=自重+地下水= 1.25；②工况II：[K]=自重+地下水+爆破振动=1.23； ③工况III：[K]=自重+地下水+VII度地震=1.20。

3 边坡渗流场分析

3.1 分析剖面

在露天采场和尾矿库距离最近处剖出典型剖面（图3）进行计算。

3.2 渗流场分析结果

本次计算采场边坡渗流场分析采用 GEOstudio分析软件中的Seep渗流场分析模块进行计算分析，得到了每个剖面的浸润面（图4）。

对边坡开挖至终止设计边界后，地下水状态进行数值模拟，揭示了边坡稳定状态后地下水的变化规律。实际上边坡体内的地下水是随着边坡开挖水平下降而不断下降的过程，有利于边坡的稳定性。通过对露天采场边坡二维剖面渗流场分析可知，各坡面上的浸润面位置较高，静水或动水压力相对较大。尾矿库坝渗流作用下，浸润面发生一定变化，静水压力增长，对边坡稳定性有一定影响。

4 边坡稳定性分析

4.1 边坡稳定性分析步骤

在进行边坡稳定性分析时，考虑各受力状态，分析步骤为：

（1）首先分析计算典型采场剖面初步设计情况时的边坡稳定性；

（2）此后扩大计算范围，分析计算带尾矿库典型剖面初步设计情况时的边坡稳定性。

a—采场典型剖面；b—带尾矿库典型剖面

a—采场典型剖面浸润面；b—带尾矿库典型剖面浸润面

4.2 露天采场设计剖面的极限平衡分析

边坡稳定性的极限平衡分析结果（图5~图7）如表2所示。采场典型剖面在 3种工况下安全系数均大于许用安全系数。

a—Morgenstern-Price法；b—简化Bishop

a—Morgenstern-Price法；b—简化Bishop

a—Morgenstern-Price法；b—简化Bishop

4.3 尾矿坝渗流对采场边坡影响分析

随着尾矿库的投入运行，尾矿坝坝体距离露天采场极近。为评估尾矿坝渗流对采场边坡稳定性的影响，需开展尾矿库排放至最终位置后各种工况下采场边坡的稳定性分析（图8～图10），计算结果见表3。

a—简化Bishop法；b—M-P法

当尾矿库排放至最终位置时，典型剖面潜在滑动面范围出现一定变化，滑动面下端向坡底方向扩展，两个剖面的安全系数相比未考虑尾矿库影响时均出现略微减小，但仍大于规范规定的安全系数最小值，并存在一定的安全储备。因此分析认为：尾矿库的堆排将在一定程度上降低露天采场边坡的稳定性，但影响相对较小，堆排至最终位置时露天采场稳定性仍满足规范要求。

a—简化Bishop法；b—M-P法

a—简化Bishop法；b—M-P法

5 结论

（1）尾矿库坝渗流作用下，采场边坡浸润面发生一定变化，静水压力增长，对边坡稳定性存在负面影响。

（2）尾矿库排放至最终位置时，典型剖面潜在滑动面范围出现一定变化，滑动面下端向坡底方向扩展，安全系数仍旧满足规范。

参考文献