露天矿山软硬互层型边坡稳定性影响研究现状

2022-01-10 19:13熊昊
科技信息·学术版 2022年1期
关键词:边坡稳定性研究现状

熊昊

摘 要:本文针对软硬互层边坡稳定性影响的复杂工程难题,对边坡变形破坏类型与影响因素研究现状、岩质边坡稳定性评价方法研究现状、软硬互层型边坡变形破坏模式研究现状进行研究。分析露天矿山软硬互层型边坡稳定性影响研究进展,为此类型边坡后续研究提供支撑。

关键词:软硬互层型边坡;边坡稳定性;研究现状

中图分类号:X936

露天矿山软硬互层型边坡中,岩石性质具有较大差异,在破坏时间与空间上不具备连续性,导致分析边坡破坏模式相对复杂,影响此类边坡开挖建设过程中的稳定判断,对边坡支护与治理造成困难。当前,人们对软硬互层边坡破坏模式的认知较为有限,需要进一步深化研究。

1 边坡变形破坏类型与影响因素研究现状

1.1 边坡变形破坏类型研究现状

边坡变形破坏类型根据边坡结构的多样性而呈现复杂多样的特点,1973年Hoek.E将边坡的破坏模式细分为圆弧性、平面型、楔体型及倾倒型,对每一种破坏模式的破坏特点进行了详细介绍。1992年,张倬元等人分类包括边坡蠕变变形滑动至岩体承压拉裂过程、沿滑移面滑动至承压致使岩体拉裂过程、边坡弯曲变形致使岩体拉裂过程、岩土体的塑性流动至拉裂破坏及边坡滑移至弯曲的破坏过程。

软硬互层型边坡常包含两种或两种以上岩性具有较大差异岩体,众多学者对软硬互层边坡分类进行了研究,如2011年宋玉环根据软硬互层边坡坡体结构与岩体结构为标准进行划分。

1.2 边坡变形破坏主要影响因素研究现状

软硬互层边坡变形破坏是受到多种影响因素共同作用的结果,各种影响情况不仅包括地质构造、地形地貌、软硬岩自身性质等边坡自身因素,还包含降雨、边坡开挖等自然与人为等外在因素。

綜上,软硬互层边坡分类体系根据分类方式的不同而具有差异。此外,此类边坡变形破坏机制不仅受到外界因素所影响,如降雨、地震等。还与软硬岩厚度、岩层倾角的组合密切相关。

2 岩质边坡稳定性评价方法研究现状

边坡稳定性评价是指:对边坡稳定条件进行研究,以判断边坡岩体抵抗变形破坏能力的可靠程度。如今,边坡稳定评价方法分为三大类:

2.1 定性分析法

定性分析方法是指基于工程地质勘查,探清暂未发生滑坡现象边坡的滑移概率,可能出现的滑坡模式;对已经变形破坏边坡的成因从地质演变角度进行调查,为预防再出现类似滑坡奠定基础。定性分析方法经验性较强,此方法会产生较大的局限。

2.2 定量分析法

定量分析法受限于当前技术发展水平,边坡稳定性评价还未达到全定量分析的高度。极限平衡法其实质上是根据力和力矩的平衡建立方程,通过计算边坡稳定安全系数,进而分析边坡稳定状况。定性分析法与极限平衡法无法考虑边坡体内的应力应变关系,因此需引入数值模拟法进行分析。数值模拟法主要包括有限元法(FEM)、离散元法(DEM)等。有限元法缺点是不能很好的模拟非连续岩土体。而离散元法可以很好的模拟非连续岩土体,处理不连续介质时十分具有优势。

2.3 非确定分析方法

在边坡稳定性分析中存在一些不确定性因素,因此,人们引入非确定性分析方法,该方法的应用有助于人们更全面、更精准的分析边坡稳定问题[1]。

定性分析法发展至目前已经相对成熟,其只适用于评判边坡稳定的最初阶段。因此在研究软硬互层型岩质边坡时,最常用的方法仍然是数值分析法中的离散元法。

3 软硬互层型边坡变形破坏模式研究现状

3.1 软硬互层型顺层边坡变形模式研究现状

软硬互层型顺层边坡失稳破坏机制具有独特性。1994年张倬元等人[36]将软硬互层顺层滑坡划分为塑流-拉裂式滑坡与平推式滑坡,前者是由于上覆岩层自重原因致使下伏软岩产生塑性流动,导致上覆岩层产生滑移;后者是雨水入渗作用下,边坡发生平移推出式滑坡现象。

研究表明:软硬互层型顺层边坡滑坡变形机制大致过程为:在降雨、地下水等诱发因素作用下,软、硬岩的差异性分化与不均匀蠕变状态致使边坡出现不协调变形,最终发生顺层滑坡现象。

3.2 软硬互层型反倾边坡变形模式研究现状

此类边坡因其变形破坏机制复杂研究较为复杂。1957年,Talobra首次将层状反倾边坡的倾倒破坏过程进行了描述。2020年,朱淳[50]通过相似模拟试验与数值模拟对内蒙古某反倾边坡进行研究,发现边坡呈阶梯状倾倒,并对边坡倾倒破坏过程进行了详细描述[2]。

研究结果表明,软硬互层型反倾边坡破坏机制不仅受到外界环境如风化、侵蚀、降雨等因素影响,还因自身特殊的岩体结构而具有其复杂性与独特性。软硬岩长期相互作用会导致边坡应力不断重分布,边坡自顶端开始逐渐向临空面产生位移、出现“点头哈腰”现象。由于硬岩大多为脆性岩石,而软岩多为塑性岩石,因此硬岩会首先出现弯曲的张裂隙并逐渐贯通,边坡最终发生破坏。

4 结论

通过对软硬互层型边坡稳定性影响研究的论述, 得出以下结论:

(1)软硬互层边坡坡变形破坏机制不仅受到降雨、地震等外界因素影响还与软硬岩厚度、岩层倾角的组合密切相关。

(2)定性分析法发展至目前已经相对成熟,但局限性较大。非确定分析方法尚不完善,因此在研究软硬互层型岩质边坡时,最常用的方法仍然是数值分析法中的离散元法。

(3)软硬互层型顺层边坡滑坡变形机制为:软、硬岩的差异性分化与不均匀蠕变状态致使边坡出现不协调变形,最终发生顺层滑坡现象。软硬互层型反倾边坡破坏机制为:软硬岩长期相互作用下,软岩会出现“点头哈腰”现象;硬岩会首先出现弯曲的张裂隙并逐渐贯通,边坡最终发生破坏。

参考文献:

[1]Yanji S,Yanqiu P,Zhongliang Z, et al. Fuzzy comprehensive assessment of running condition for a large-scale centrifugal compressor set[J]. Chinese Journal of Chemical Engineering,2019,27(12): 2979-2988

[2]朱淳. 层状反倾岩质边坡倾倒变形破坏机理及NPR锚索控制实验研究[D]. 吉林大学,2020: 152

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