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0 引言
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露天矿山边坡稳定性对于矿山开采、矿山安全生产等具有重要意义。近年来,不少学者针对边坡稳定性影响因素开展了相关研究(李志国等,2022; 吴健康和李小龙,2022)。陈明清等(2023)深入研究了露天矿山边坡稳定性的影响因素;另外一些学者研究表明边坡稳定性除了受边坡岩体岩性及结构面等内部因素控制外,还受震动作用等外部因素的影响(柯新华,2011;孙金山等,2018)。其中,降雨及爆破震动作为诱发边坡失稳的主要因素(王正龙和孙小波,2024)。
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包有才(2022)提出了露天采矿爆破震动过程中边坡稳定性极限分析方法;叶玉熙(2022)研究表明露天矿山在采用深孔爆破的方式时,爆破产生的震动会对在一定程度上影响边坡的稳定性;周成等 (2023)研究爆破动荷载作用下岩体的变形特征及动力响应特征;陈茜等(2023)受爆破扰动的作用下终了顺层岩质边坡稳定性进行了研究;厉美杰等 (2023)对比了爆破震动对于不同岩性边坡稳定性的影响;任高峰等(2023)研究了爆破作用下岩溶对边坡稳定性的影响;颜红迪等(2023)分析了降雨条件下雨水的渗流作用,以及降雨,地震,爆破等不同工况作用下露天矿边坡的稳定性;刘骎等(2024)研究了降雨导致地下水升降对边坡稳定性的影响;郑丽华(2023)和张莹等(2023)采用数值模拟的方式对边坡稳定性进行研究。
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本文基于 S-SAR边坡雷达监测技术,以苏海图露天矿北帮高陡边坡为例,研究在降雨条件下爆破震动作用边坡变形规律,可为降雨-爆破耦合作用下的高陡边坡稳定性研究及进一步推动边坡雷达监测技术在露天矿山工程中的应用提供一定参考。
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1 工程背景
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苏海图露天矿矿区属剥蚀构造的中等山区及小丘陵区,矿区沿南北走向,中部较高,东西两侧形成缓山坡,坡角 10°左右。地形标高一般在 1200 m 左右,最高处 1312.6 m。最大开采深度在 100 m 左右,节理裂隙相对发育,采场北帮开采深度比较大,边坡角度比较高,边坡高度为 193 m,边坡角度为 41°。边坡岩性主要以灰岩砂、砾岩、细砂岩及粉砂质泥岩为主(图1)。
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图1 边坡现场情况
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2 降雨-爆破耦合作用下边坡影响特征分析
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曹磊等(2024)研究表明,水力耦合作用是影响降雨诱发土质滑坡过程的重要因素。边坡失稳阶段,主要通过入渗影响边坡含水率变化,滑坡运动阶段,主要通过剪胀影响内部孔隙水压力进而改变滑坡基底摩擦阻力。
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岩石开挖爆破对边坡的影响主要表现在2个方面:(1)形成的震动惯性力增加了边坡的致滑因素; (2)爆破震动的不断作用使边坡围岩中的剪应力增加,使原生结构面、构造结构面、原有的裂纹裂隙扩展和延伸,甚至产生新的爆破裂纹和微裂纹,使其原有物理力学性能下降,从而影响了边坡的整体稳定性(钟冬亮等,2010)。
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爆破作用下,震动波经过固体岩石传播到边坡内部,从而导致边坡地质内部的剪切强度降低,导致边坡表面覆盖的岩土松动下滑(包有才,2022)。
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而李晓莲等(2015)研究表明,当地震与降雨共同作用时,边坡的稳定性较地震或降雨单独作用时要低;降雨程度越大,地震对岩土边坡稳定性的影响就越严重;地震水平加速度越大,降雨对岩土边坡稳定性的影响就越严重,且随着降雨程度的增加,岩土边坡的稳定性在逐渐降低。
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3 边坡雷达监测
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苏海图露天矿北帮边坡采用中安国泰(北京) 科技发展有限公司研发的基于 S-SAR 技术拖车式边坡雷达对边坡表面变形量全天候监测,如图2 所示,边坡雷达现场布设情况如图2所示,边坡雷达水平监测角度120°,波束宽度90。边坡雷达通过电磁波的相位变化计算同一像素单元相邻2次扫描所监测的位移差值,24 h实时记录边坡的位移量,通过分析边坡的位移量及位移速率,预判边坡短时间内是否有滑坡风险(王晓雨等,2023)。
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图2 拖车雷达现场布设
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4 边坡变形量特征分析
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2023 年 7 月,该地区处于强降雨季。随着降雨强度的突然性变化,在一定程度上影响边坡稳定性。雷达在 7 月份触发 2 次黄色预警,预警区域皆为北帮 1140~1160 坡面。第一次预警时间为 7 月 11 日 3 时 32 分,预警面积 560 m2,持续时间为 8 h。此后7月19日16时42分,再次发生预警,面积450 m2,持续时间为14 h。通过监测预警云平台查询预警区域具体位置如图3所示。
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对两次预警区域查询其位移-时间及速度-时间曲线如图4 所示。两次预警都属于负向位移,即远离雷达视角的变形,两次预警前后一定时间范围内滑动位移和变形速度都呈现波动变化趋势,具体情况分析如下:
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图3 预警区域位置示意
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图4 两次预警表面位移变化曲线
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a—7月11日黄色预警;b—7月9日黄色预警
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7月份进入强降雨季节,降雨频繁。预警发生后,在查询时间范围内,预警区域位移及变形速度缓慢且持续性增加,在降雨影响下边坡表面滑动变形呈现持续性波动增长趋势,呈现出先迅速增大后逐渐趋于稳定的趋势。变形速度曲线则处于上下波动起伏且波动幅度不定的状态。随后均逐渐趋于稳定,虽仍有所增长,但增长幅度相对较小。
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7月 11 日预警边坡滑动变形于 3 时—4 时达到峰值,最大位移量为 65.88 mm,变形速度于 7 月 10 日 22时迅速增大,峰值出现于 11日 1时 56分,最大变形速度为-4.47 mm/h;而 7月 19日下午现场有爆破作业,预警于 14 时—16 时达到峰值,为 129.49 mm,最大变形速度为-5.73 mm/h。震动与降雨共同作用,边坡位移及变形速度较单一降雨作用显著偏大,同时边坡稳定性也较单一降雨作用偏低。
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两次预警发生前后一定时间范围内的位移和变形速度变化趋势具有相似性,并且第二次预警的位移和变形速度波动幅度更为显著。预警发生后,矿方立即组织巡检人员前往预警位置现场,对边坡情况进行详细检查,反馈检查情况如图5所示。
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图5 预警区域的边坡整体复合情况
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a—7月11日黄色预警;b—7月9日黄色预警
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经详细检查反馈,19 日下午现场有爆破作业,爆破后多辆渣土车行驶经过,震动引起边坡表面大量岩块随时滚落,但该区域周边边坡岩体表面未发现明显裂缝。综合分析边坡雷达数据以及巡检情况,预警局部边坡处于稳定状态。
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5 结论
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(1)在强降雨条件下,边坡稳定性较差,滑动变形呈现波动上升趋势,对边坡稳定性影响较大,是滑坡灾害的重点发生时间段。
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(2)降雨-爆破作用下,边坡变形呈现出持续性波动变化增加趋势,降雨-爆破耦合作用相比较单一降雨作用边坡滑动变形相差较大,边坡稳定性受降雨-爆破作用影响显著。
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摘要
对于苏海图露天矿北帮高陡边坡,分析了降雨-爆破震动耦合作用对边坡稳定性的影响机理,利用S-SAR 边坡雷达监测技术,实时监测分析降雨-爆破震动作用下边坡变形数据。结果表明在强降雨季,边坡稳定性较差。当降雨-爆破震动同时作用时,边坡表面变形呈现波动上升趋势,较雨季期间,单一降雨作用对边坡稳定性影响较大,是滑坡灾害的重点发生时间段。研究结果可为降雨-爆破耦合作用下的高陡边坡稳定性研究及进一步推动边坡雷达监测技术在露天矿山工程中的应用提供一定参考。
Abstract
For the high and steep slope of the north gang of Suhaitu open pit mine, the mechanism of rainfall-blasting vibration coupling on slope stability was analyzed, and the slope deformation data under rainfall-blasting vibration were monitored and analyzed in real time by using S-SAR slope radar monitoring technology. The results show that in the strong rainfall season, the slope stability is poor. When rainfall-blasting vibration at the same time, the surface deformation of the slope shows a fluctuating upward trend, compared with the non-rainy season period, rainfall-blasting coupling has a greater impact on the stability of the slope, which is the focus of the landslide disaster time period. The results of the study can provide a certain reference for the study of the stability of high and steep slopes under rainfall-blasting coupling and further promote the application of slope radar monitoring technology in open-pit mine engineering.
Keywords
open-pit mining ; rainfal ; blasting vibration ; coupling action ; stability of slop