0 引言

倾倒破坏是边坡失稳破坏的基本类型之一，多发生在反倾岩质边坡中，反倾岩质边坡主要特点是岩质边坡岩层倾向与坡向相反（赵维等，2018；黄益灵等，2019；王俊杰和郭建军，2019；杜宇，2023）。早期专家学者认为反倾向层状结构的边坡较为稳定，但由于对反倾岩质边坡大变形特征和演化机制认识不足，在工程实践中，采用以传统小变形材料为主的控制结构无法适应边坡大变形而导致失效、失稳，以致最终破坏（王林峰等，2014；霍逸康等， 2021；胡志刚等，2022；陈冠雄等，2023；王润清等， 2023）。研究发现，岩质边坡滑坡破坏案例中反倾岩质边坡占比 33％（Huang and Li，2011），Talobra （1957）首先描述了反倾层状岩质边坡及其倾倒变形的现象，反倾岩质边坡开始进入人们的视野； Muler（1968）提出岩块的转动或倾倒是影响反倾岩质边坡稳定性的重大因素；张海娜（2022）基于极限平衡理论，推导出了完整岩层和块状岩层稳定性的力学解析公式，并提出一种块状–弯曲复合倾倒破坏的破坏面搜索算法；黄少平等（2021）采用 3DEC 软件以及数理统计方法，对反倾岩质边坡进行了研究，结果表明当存在 3 个临空面时，边坡变形最大； Amini et al.（2009）运用理论与试验相结合的方法，分析边坡变形破坏特征，揭示了反倾层状岩质边坡破坏规律。

目前，对于顺倾边坡的研究已经取得相当多的成果，然而对于反倾岩质边坡的研究尚少，因此，本文基于刚体极限平衡分析方法，结合现场实际监测数据情况，对反倾层状岩质边坡进行分析，为今后工程建设中处理反倾层状岩质边坡失稳问题提供参考与借鉴。

1 工程概况

矿山地处柴达木盆地西南缘山前地段，区内地势南高北低，属盆地边部浅—中切割高山区。山体形态呈馒头状和环形，岩石多被风积和残坡积物覆盖，地形坡度相对较缓，宽谷与隆起相间，其内地形支离破碎，覆盖大面积的风积沙和风蚀残丘。区内水系不发育，植被不发育，气候以高寒、多风少雨、蒸发强、昼夜温差大为特点。本区地震活动不频繁，区域稳定性较好。根据《中国地震烈度区划图》，矿山所在区域抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度值为 0.10 g，综合水平地震系数为 0. 025；该矿采用深孔爆破进行采矿及剥离作业，一次最大起爆药量约 800 kg，爆破产生的震动波水平峰值加速度约0.40 g，参照地震波相关资料，爆破波水平综合作用系数取 0. 075，垂直综合作用系数取 0. 045。

2 边坡稳定性计算

2.1 边坡稳定性分析方法

极限平衡法、强度折减法和滑动应力法是分析边坡稳定性的主要方法，本文将运用极限平衡法对边坡进行稳定性分析。GeoStudio是一套专业、高效的适用于地质工程和地质环境模拟计算的仿真软件（孙从露等，2017；何保和宋帅，2019；和江宏等， 2023；王艳昆等，2024）。本文采用GeoStudio软件中的摩根斯顿—普赖斯法和萨尔玛法，共计 2 种边坡稳定性极限平衡分析方法进行模拟计算。

2.2 采场等级

依据《非煤露天矿边坡工程技术规范》 （GB51016-2014），规范根据边坡危害等级及边坡高度对边坡工程安全等级进行了划分，并对不同安全等级的边坡在不同荷载组合下的安全系数做了规定，如表1~表3所示。该矿采场设计最终边坡高度 180 m，边坡危害等级为Ⅰ级，边坡工程安全等级为 Ⅰ级。

2.3 模型建立

Ⅱ区位于采场的西北部，3515 m标高以上均已到界，最大边坡高度约98 m，边坡角 44°～48°；年度计划最大降深 20 m，边坡控制角 46°。组成该区边坡的岩层有：第四系土体、强风化层、大理岩、矽卡岩（矿体）、长英质角岩、结晶灰岩及花岗岩。该区地下静水位埋设约 39 m，矿化作用较低，各岩层完整性好，力学强度较高，2-1剖面位置如图1所示，具体模型如图2 所示，边坡岩土体参数取值如表4 所示。

注：荷载组合Ⅰ为自然工况；荷载组合Ⅱ为爆破工况；荷载组合 Ⅲ为地震工况。

2.4 结果分析

采用摩根斯顿—普赖斯法和萨尔玛法2种不同的极限平衡法得出自然、爆破、地震工况的安全系数如表5。自然、地震及爆破工况下采场现状及年度计划边坡稳定性系数均满足《非煤露天矿边坡工程技术规范》（GB 51016-2014）规定，边坡均处于稳定状态。

a—Ⅱ区2-1地质剖面图（现状）；b—Ⅱ区2-1地质剖面图（计划）

3 边坡变形破坏规律分析

3.1 监测区域概况

边坡雷达通过电磁波的相位变化获取目标区域整体的变形信息（张亦海等，2022），全天时、全天候、全覆盖地进行大面积短周期、长时间序列的监测，目前雷达观测角度为 120°，最远观测距离约1000 m，最近观测距离约 200 m，满足该矿边坡变形的监测要求，通过处理无人机倾斜摄影模型（图4），并使用全站仪测量边坡雷达站点坐标，完成雷达监测配准工作，边坡雷达监测成像如图5所示，雷达成像明暗分明，与采场边坡实际情况对照较好。

a—自然工况（现状）（摩根斯顿—普赖斯法）；b—自然工况（现状）（萨尔玛法）；c—自然工况（计划）（摩根斯顿—普赖斯法）；d—自然工况（计划）（萨尔玛法）；e—地震工况（现状）（摩根斯顿—普赖斯法）；f—地震工况（现状）（萨尔玛法）；g—地震工况（计划）（摩根斯顿—普赖斯法）；h— 地震工况（计划）（萨尔玛法）；i—爆破工况（现状）（摩根斯顿—普赖斯法）；j—爆破工况（现状）（萨尔玛法）；k—爆破工况（计划）（摩根斯顿—普赖斯法）；l—爆破工况（计划）（萨尔玛法）

3.2 边坡整体监测情况

为分析边坡变形规律，选取2024年3月15日— 30日雷达监测数据作为论文研究数据来源。图6所示采场边坡变形云图位于矿山北帮位置，该区域变形量较大，雷达变形云图颜色呈现出蓝色，其变形规律如图7~图8所示。

变形活跃时间为 3 月 26 日 09：00—3 月 28 日 12：00，其中在 27 日、28 日变形速度最大，如图8、9 所示。从图中可以看出监测区域初始阶段变形量较小，3月20日开始变形量逐渐增加，3月28日变形量和变形速度都较大，是因为受冻土融化影响，该区域自然沉降而产生变形，经现场巡查没有发现异常情况，且该区域力学强度较高，该区域较稳定。

4 结论

（1）采场边坡各工况下边坡稳定性系数均满足要求的安全系数，边坡处于稳定状态，整体稳定性较好，发生深层滑动的可能性较小。

（2）边坡雷达采用合成孔径雷达零基线差分干涉测量技术，监测区域变形云图颜色呈现出蓝色，受到自然沉降的影响而产生变形。

（3）根据现场雷达实时监测情况，与边坡稳定性分析结果相结合，理论分析与现场监测结果均表明边坡整体稳定性较好。

参考文献