内蒙古某金矿边坡稳定性数值分析

杨 明

（中国建筑材料工业地质勘查中心辽宁总队，辽宁 锦州 121000）

我国滑坡灾害的发生十分频繁，频发的地质灾害已经影响了我国经济的快速发展、威胁人们的生命财产安全，我们在改造和利用自然的同时，也常伴随着一些地质灾害造成人身安全和财产损失，因此对危险边坡进行稳定性分析十分有必要[1-3]。本文以内蒙某金矿边坡为例，结合详细的勘查资料，通过FLAC3D软件进行边坡稳定性的数值模拟，计算分析该边坡的稳定性。

1 工程地质概况

1.1 岩土体类型及结构

矿区出露地层较简单，地层由老到新叙述如下：①细沙：零星分布于矿区沟洼及低谷中，以风积细砂土为主，覆盖于基岩之上。②石英岩：灰白色，粒状变晶结构，块状构造，主要矿物为石英，少量长石及云母类矿物等。

1.2 参数的选取

通过大量岩土体物理力学参数室内试验，结合之前该地区的地质勘查报告及本次勘查成果，对各项参数指标进行可靠性分析，综合分析各项参数指标，获得适用于本次研究的岩土体物理力学性质指标如表1所示。

表1 各层的物理学指标

2 基于FLAC3D的边坡稳定性分析

2.1 边坡失稳判据

判断边坡是否失稳有三种标准：数值计算结果的收敛性、特征部位（如坡顶、坡底或弱层出露处）的位移突变和塑性区的贯通[4]。这三种边坡失稳判据具有以下的关系：塑性区贯通边坡滑动面是边坡破坏的充分非必要条件，利用滑动面塑性区是否贯通来判断边坡破坏是一种比较保守的方法。边坡破坏面出现无限制的移动是边坡发生破坏的主要标志，此时边坡破坏面上的位移或者应变出现突变，同时产生无限制的塑性流动，此种现象作为边坡失稳的判断条件更能准确的把握边坡破坏的时点。

2.2 位移分布特征

图1、图2分别为1剖面边坡模拟得到的最大位移云图和剪应变增量图，其剪应变增量图中的剪切破坏分布和最大位移云图中的最大变形特征一致，共同描述了边坡的位移分布特征与滑坡模式。由分析结果可知，数值模拟结果表明滑坡模式为圆弧滑动，边坡下部尤其是坡脚处位移明显，表明边坡下部加陡的边坡开采方式使得边坡稳定性有所下降。

图1 水平位移云图

图2 剪切应变增量图

2.3 应力分布特征

图3为边坡剖面模拟得到的水平应力云图，由模拟结果可以看出由于泊松效应的影响，水平应力随着埋深的增加呈线性增大，在坡脚处出现应力集中现象；坡体内的应力形式主要以压应力为主，但在坡面附近有小范围的拉应力区域，由于岩体具有抗压不抗拉的力学特性，边坡岩体的该种应力条件下的破坏形式为拉-剪复合型破坏。边坡坡脚处的应力集中程度会随时间加剧。

图3 X轴应力分布图

2.4 FLAC3D模拟结果及稳定性分析

基于FLAC3D的模拟过程采用的计算边坡的稳定性的方法属于强度折减理论，减系数为1.33，通过分析模拟得出的最大水平位移云图，得出边坡体最大位移为0.08m；由模拟可以得到该边坡的水平位移云图与剪切应变增量图可知，边坡的滑坡模式为圆弧滑动，滑坡圆弧从斜坡体中部延伸至坡脚位置；边坡体的潜在滑移是由下部岩体的滑动，随之带动中部岩体滑动，从而使边坡产生潜在的滑动。通过水平应力云图分析可知，在岩体自重应力与泊松效应双重作用下，垂直应力主要受自重应力的作用，随着埋深的增加垂直应力呈近线性不断增大；而水平应力也是随着埋深的增大而呈近线性增大，但在坡脚处出现一定程度的应力集中，这也是造成边坡发生破坏的重要因素；随着边坡体弱层破坏范围增加，使得边坡稳定性下降，从而边坡发生破坏。

3 结论

（1）通过FLAC3D数值模拟得到的边坡滑坡模式、滑面位置、稳定系数，表明边坡稳定性分析结果是合理可靠的，目前来看在无外界环境扰动情况下基本处于稳定状态。

（2）通过力学实验可知边坡岩土体在饱和状态下，力学性质明显降低，故应在采掘场周边建立有效的防排水系统，确保强降雨时雨水的有效排放，避免雨水在坡体汇集导致岩土体力学参数劣化降低边坡稳定性。