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0 引言
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新建矿山设计边坡具有高度大、角度陡、危险性较大等特点，且工程地质条件和水文地质条件较为复杂，失稳后会对人民的生命财产安全造成严重威胁。因此，分析新建矿山设计边坡安全性具有重要的现实意义。新建矿山边坡稳定性的研究一直是岩土工程领域研究的热点与难点（夏元友和李梅，2002；黄润秋，2005；王东等，2009）。
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对于新建矿山，在已有地质勘察的基础上，采用赤平投影（钟文等，2008；金亚和李明，2015；王森等，2018；施雄斌等，2023）、楔形体破坏（申其鸿， 2021；柏文华等，2023；曹发跃和毛思羽，2023；冯治国等，2023）、极限平衡法（邓骐宁，2017；刘杨， 2022；朱刚，2022；晏明杨，2023）和有限差分数值模拟（高勇，2014；康志强等，2018；童永杰，2019；王可俊，2023；尤耿明，2023）等对将来露天采矿工程进行分析，通过分析露天采场边坡在自然状态下应力场、塑性区、剪应变以及稳定系数等的变化趋势，并结合露天采场边坡在强降雨、地震、爆破振动等各种不利工况下的稳定系数，判定边坡在实际开采过程中的稳定程度，可为矿山未来的实际开采提供参考和依据。因此结合实际情况，对新建矿山边坡稳定性开展研究具有重要的现实意义和理论意义。
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本文以四川省某石灰岩矿山典型设计剖面 B5 为研究对象，采用赤平投影分析法、简单平面滑动分析法、楔形体破坏分析法和极限平衡法对该设计边坡进行稳定性综合评价，以期对新建矿山边坡设计提供参考。
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1 边坡概况分析
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矿区内的某典型边坡B5为顺向边坡，岩性主要为中风化灰岩、中风化碳质泥岩、中风化泥岩、中风化泥灰岩。该设计边坡台阶高度为15 m，安全平台宽度6 m，清扫平台宽度8 m。残坡积及表土覆盖层台阶高度≤10 m，终了台阶坡面角 45°；中风化层台阶高度 15 m，终了台阶坡面角≤65°。开采终了边坡角≤44°。
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该处岩体受2～3组结构面切割，较破碎—较完整，局部完整性差，表面风化一般，主控结构面 J1、 J2、J3 产状分别为 40°∠80°、150°∠60°、295°∠66°。利用DIPS对所测结构面进行处理，做出上部地表岩层结构面的方位倾角等密度图及走向玫瑰花图，如图1、图2 所示，结构面走向大多集中在 N50° W 附近。
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图1 结构面等密度图
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图2 结构面走向玫瑰花图
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2 典型边坡稳定性分析
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本研究选取某新建石灰岩矿山危险设计剖面 B5作为典型剖面，以边坡安全等级确定边坡设计安全系数，采用赤平投影分析、平面滑动分析、楔形体破坏分析以及极限平衡分析法计算设计剖面安全性，以期为类似矿山边坡稳定性分析提供参考。
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2.1 赤平投影及破坏模式分析
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采用理正岩土软件，分析各分区优势结构面和坡面之间的关系，结合勘察提供的结构面力学参数，判断楔形体滑动破坏的可能性。图中坡顶面为开采后坡顶岩土层产状，边坡面为开采后边坡整体产状，分析结果见图3。
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图3 赤平投影分析图
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整体分析：终了边坡高 180～325 m，边坡终了台阶基本落在矿体底板泥灰岩上，软弱岩层均被剥离，受岩层结构面影响较小，边坡破坏模式为圆弧形破坏和复合型破坏。
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局部分析：终了边坡受矿权界线限制，上部留有部分中风化泥岩层，岩层倾向与边坡坡向相同，破坏模式为坡顶小型平面滑动破坏和楔形体滑动破坏。
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2.2 边坡稳定性计算
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2.2.1 岩土体力学参数选取
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本研究在勘察报告基础上，坚硬岩组采用《露天矿山岩质边坡工程设计规范》（T/CSRME009-2021）推荐的 Hoek-Brow 强度准则对边坡岩体进行折减计算；较软弱岩石、极软岩组采用《露天矿山岩质边坡工程设计规范》（T/CSRME009-2021）第 7.3 节岩土参数经验折减法和费辛柯法进行折减计算； 块石土采用勘察报告推荐参数（表1）。
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2.2.2 简单平面滑动计算分析
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根据边坡潜在破坏模式分析，认为该剖面存在平面滑动的可能性较大，根据岩土体折减后参数，在天然状态下，采用理正岩土软件对该典型剖面进行条块划分，进行简单平面滑动计算分析。结果如图4 所示：剖面平面滑动安全系数为 0.971，初步判断不满足规范要求。
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图4 平面滑动分析
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2.2.3 楔形体破坏分析
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根据赤平投影优势结构面形态和岩土体折减后参数计算楔形体破坏的边坡稳定性，将剖面简化为一个大型剖面。采用理正岩土软件计算，结果如图5所示。
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图5 楔形体破坏分析
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根据《非煤露天矿边坡工程技术规范》（GB 51016-2014），该边坡高度≥180 m，可能发生人员伤亡，确定安全等级为Ⅰ级，整体设计安全系数为 1.23。根据计算结果，结构面切割产生的楔形体稳定性系数为 1.123＜1.23（设计安全系数），不符合规范要求。因此该剖面受结构面切割影响，可能会发生楔形体破坏。
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2.2.4 极限平衡法计算
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在边坡稳定性评价中，极限平衡分析法是岩土工程领域中应用最早、经验积累最多的一种方法，而且广为熟知。以条分法和极限平衡原理为基础的极限平衡分析法是边坡稳定性研究最常用的分析方法。
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根据《非煤露天矿边坡工程技术规范》（GB 51016-2014），边坡极限平衡分析的计算方法可在简化 Bishop 法、不平衡推力法、萨尔玛法和楔形体法中选取，本次计算采用简化 Bishop 法和摩根斯坦 —普赖斯法（Morgenstern-Price），M-P 法的特点是考虑了全部平衡条件与边界条件，消除了计算方法上的误差。
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本次边坡稳定性校核主要采用加拿大 Geostudio 软件中的 Slope/W 模块极限平衡方法，边坡整体滑动分别采用 Morgenstern-Price 法和 Bishop 法进行计算，边坡局部滑动采用 Morgenstern-Price 法进行计算。
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1）剖面确定
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本研究以矿山某典型设计剖面B5为研究对象，计算模型如图6：
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图6 计算剖面模型
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2）计算工况
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（1）荷载组合Ⅰ为自重+地下水
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考虑边坡岩体自重和地下水对边坡的，地下水考虑强降雨因素，通过渗流场分析将计算结果加入边坡稳定性计算中。
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（2）荷载组合Ⅱ为自重+地下水+爆破振动力
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考虑边坡岩体自重、地下水及爆破地震对边坡的影响因素，地下水考虑强降雨因素，通过渗流场分析将计算结果加入边坡稳定性计算中，爆破振动力综合影响系数 Kc=0. 03。
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（3）荷载组合Ⅲ为自重+地下水+地震力
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考虑边坡岩体自重、地下水及地震对边坡的影响因素，地下水考虑强降雨因素，通过渗流场分析将计算结果加入边坡稳定性计算中，矿区处于地震基本烈度 6度区，设计基本地震加速度为 0. 05 g，综合水平地震系数Kc=0. 0125。
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根据设计剖面特点及《非煤露天矿边坡工程技术规范》（GB 51016-2014）要求，对该设计边坡进行稳定性计算。根据边坡安全等级，确定以上3种工况下该边坡设计安全系数分别为1.23、1.20和1.18。
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3）边坡稳定性分析
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（1）整体稳定性分析
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经边坡破坏模式分析可知，该剖面存在整体圆弧整体滑动破坏模式。本次稳定性分析研究针对该典型剖面，采用 M-P 和简化毕肖普两种计算方法。稳定性计算结果见图7~图12。
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图7 荷载组合Ⅰ（M-P法）
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图8 荷载组合Ⅱ（M-P法）
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图9 荷载组合Ⅲ（M-P法）
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①在荷载组合Ⅰ工况下，整体滑动破坏模式分析得到：Ⅰ级边坡稳定安全系数的范围为 1.257～1.259。按照设计安全系数 1.23 评价，整体边坡工程稳定性满足规范要求。
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②在荷载组合Ⅱ工况下，整体滑动破坏模式分析得到：Ⅰ级边坡稳定安全系数的范围为 1.214～1.223，按照设计安全系数1.20评价，整体边坡工程稳定性满足规范要求。
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图10 荷载组合Ⅰ（毕肖普法）
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图11 荷载组合Ⅱ（毕肖普法）
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图12 荷载组合Ⅲ（毕肖普法）
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③在荷载组合Ⅲ工况下，整体滑动破坏模式分析得到：Ⅰ级边坡稳定安全系数的范围为 1.225～1.234。按照荷载组合Ⅲ条件下Ⅰ级边坡的设计安全系数 1.18 评价，整体边坡工程稳定性满足规范要求。
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（2）局部破坏分析
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通过前文计算分析可知，采场边坡整体稳定性较好，但个别分区坡顶部分由于风化层和结构面发育等因素，可能会产生局部滑动破坏。由于M-P法可以计算任意滑面的边坡稳定性，在充分考虑安全的基础上结合边坡坡向和结构面的分布情况，本次研究采用 M-P 法验算各分区边坡局部滑动的稳定性，计算结果如图13~图15所示。
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图13 荷载组合Ⅰ（M-P法）
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图14 荷载组合Ⅱ（M-P法）
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图15 荷载组合Ⅱ（毕肖普法）（M-P法）
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①在荷载组合Ⅰ工况下，对边坡局部稳定性分析得到：该剖面安全系数为0.950，不满足设计安全系数1.23规范要求。
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②在荷载组合Ⅱ工况下，对边坡局部稳定性分析得到：该剖面安全系数为0.892，不满足设计安全系数1.20规范要求。
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③在荷载组合Ⅲ工况下，对边坡局部稳定性分析得到：该剖面安全系数为0.897，不满足设计安全系数1.18规范要求。
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3 结论
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（1）岩层结构面切割对该边坡影响较大，坡顶部分中风化泥岩由于受矿区界线限制，无法越界开采，将其清除，有可能发生楔形体破坏，该区开采方案需进一步调整。
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（2）边坡稳定性分析结果表明，边坡整体稳定性系数均满足规范要求，但该典型剖面坡顶局部稳定性不满足规范要求，为确保矿山安全生产，该区的终了边坡结构参数需进一步调整。
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摘要
本文以四川省某新建露天矿山为例，选取某一典型危险设计剖面，采用赤平投影分析法、简单平面滑动分析、楔形体破坏分析和极限平衡法进行综合评价，以期为类似新建矿山高陡边坡设计提供参考。结果显示：岩层结构面切割对该边坡影响较大，坡顶部分中风化泥岩由于受矿区界线限制，无法越界开采，将其清除，有可能发生楔形体破坏，该区开采方案需进一步调整；该典型剖面坡顶局部稳定性不满足规范要求，为确保矿山安全生产，终了边坡结构参数需进一步调整。
Abstract
Taking a newly-built open-pit mine in Sichuan Province as an example， a typical hazard design profile is selected and comprehensively evaluated by stereographic projection analysis， simple plane sliding analysis， wedge failure analysis and limit equilibrium method. in order to provide reference for the design of high and steep slope of similar newly-built mines. The results show that the cutting of the rock structural plane has a great influence on the slope， and the weathered mudstone at the top of the slope can not be mined beyond the boundary due to the limitation of the mining area boundary， so the wedge failure may occur and the mining scheme in this area needs to be further adjusted； the local stability of the slope top of the typical section does not meet the requirements of the specification， and the structural parameters of the final slope need to be further adjusted in order to ensure the safety of mine production.
Keywords
new open-pit mine ； simple plane sliding ； wedge failure ； limit equilibrium method ； end slope
