震动荷载对布沼坝露天矿西帮边坡稳定性的影响

骆大军，彭继杨，罗 伟

（云南省小龙潭矿务局，云南 开远 661699）

震动荷载对布沼坝露天矿西帮边坡稳定性的影响

骆大军，彭继杨，罗 伟

（云南省小龙潭矿务局，云南 开远 661699）

研究小龙潭矿务局布沼坝露天煤矿西帮边坡受到地震因素影响时的状态，通过引入震动效应下的边坡稳定性分析，其分析结果准确可靠，为进一步研究治理布沼坝露天矿西帮边坡蠕动变形提供了准确依据，因此在边坡稳定性分析中引入震动效应是十分必要的。

边坡；稳定性；震动

0 引 言

布沼坝露天矿西帮布置着剥离连续、半连续系统出入沟、坑内联络胶带输送机、矿区联络道路、防洪沟及布沼坝矿住宅和办公楼；采煤工作面集聚大量人员和生产设施。西帮一旦失稳，将对现有建筑、设施和人员造成重大安全问题。另外，布沼坝露天矿作为五期扩建工程的主要露天矿年生产能力13.00 Mt，不但担负着滇南地区煤炭供应，同时作为西电东送的配套项目，直接担负着大唐开远电厂、小龙潭电厂、巡检司电厂供煤任务，西帮一旦滑坡，将影响整个露天矿的安全生产，直接导致露天矿闭坑停产。

西帮为人工开挖剥离形成台阶状岩质高边坡，呈南北走向，上部为人工削坡减载边坡，坡高80～150 m，出露T2g1-3灰岩，白云质灰岩，属碎裂结构硬质岩体边坡；下部为人工剥离采场边坡，出露N1-2x黏土岩、炭质黏土岩，N1-2x3主煤层。边坡为文通寨向斜通过，由东升桥段、薄煤段（N1-2x）和主煤段（N1-2x3）地层构成的倒转向斜,致使向斜西翼的T2g2-3灰岩覆盖于黏土岩之上，轴面向西倾斜，F7、F4、F8断层通过坡体，形成了边坡底部以黏土岩软基为底的高大边坡。根据已有的地质调查资料，结合布沼坝西帮的地质勘探资料，西帮4个分析剖面的位置信息见表1。

1 地震效应分析

地震是影响露天矿边坡稳定的关键性因素，由于其突发性和短时能量快速释放的特性，使其成为边坡滑坡的主要诱发因素。地震这种突发性的自然灾害对露天矿的生产安全造成极大的危害，一方面它会造成人员伤亡或设备损毁，另一方面导致运输道路中断及露天矿自然环境的破坏。因此在露天矿生产过程中，需要考虑所在地可能遭遇地震危险程度，并借助检测和分析软件对地震影响下边坡稳定性的保守状态进行准确分析，为露天矿安全生产提供技术支撑和安全保障。

2 边坡稳定性地震分析方法

边坡地震反应是指地震所引起的边坡反应，包括地震动在边坡中引起的加速度、速度、位移和内力等，地震动具有很大的随机性，对边坡岩上体的动力特性的研究主要集中在周期荷载上，目前研究地震作用下边坡稳定性的方法归纳起来主要有4类：拟静力法、滑块分析法、试验方法和数值分析方法。其中，数值分析方法是边坡动力稳定性研究中一类十分重要的方法，很早就被用于边坡动力分析。数值分析能适用于复杂的介质条件和复杂的地形条件的岩上动力问题，可以直接求得边坡关键部位在地震波作用下应力、应变、位移、速度和加速度等关键量的变化过程，因而得到了广泛的应用。近些年数值分析的计算取得了比较满意的结果，为边坡动力安全评价提供了科学依据。

表1 补充勘探位置信息

3 布沼坝露天矿地震概况

为了研究小龙潭矿务局布沼坝露天煤矿西帮边坡受到地震因素影响时的状态，在模型中加入的震动因素进行西帮二维稳定性分析。

地质统计资料显示，自喜山运动以来，南北向断裂及开远山字型构造的北西向断裂强烈活动，以差异性的断块升降运动为主。由于断裂活动，小龙潭-开远一带及周围地震频繁。据《1∶400万中国地震动峰值加速度区划图》矿区地震基本烈度为Ⅶ度，地震动峰值加速度为0.15 g。除了地质结构变动引发的大型地震之外，露天矿爆破作业也会产生一定的震动效应，类似于小型地震的发生过程，虽然释放的能量没有地震的规模大，但对于爆破点附近的边坡稳定性仍会产生不良影响，因此，爆破产生的震动也不能忽略。归纳布沼坝露天煤矿的震动源有两种：自然地震、工程爆破。基于这一因素，分析布沼坝露天煤矿西帮边坡在峰值加速度时的边坡稳定性。

4 原始边坡与清帮后的现状边坡稳定性分析

对342～348 4个剖面通过极限平衡法的分析得到了现状边坡的稳定系数，与原始边坡稳定性进对比见表2。

表2 原始边坡与清帮后的现状边坡稳定性分析对比

5 地震效应下西帮边坡稳定性分析

5.1 342-342′剖面

在分析模型中加入地震因素之后，即给定峰值加速度，得到342-342′剖面在不同状态下的稳定性分析结果如图1—图3所示。

图1 地震作用下原始边坡稳定性分析

图2 地震作用下现状边坡稳定性分析

图3 地震作用下开采到五期境界边坡稳定性分析

汇总地震作用下，布沼坝露天煤矿3种状态下边坡稳定性分析结果，见表3，并与原始状态进行对比，定量评价地震对于边坡稳定性的折减效用。

表3 地震作用下342-342′剖面稳定性分析

从表2可以直观的看出，在地震的作用下，边坡稳定系数较低幅度较大，接近10%左右。

5.2 344-344′剖面

对于344-344′剖面添加震动因素，并进行稳定分析得到的结果如图4—图6所示。

图4 地震作用下原始边坡稳定性分析

图5 地震作用下现状边坡稳定性分析

图6 地震作用下开采到五期境界边坡稳定性分析

汇总地震作用下，344-344′剖面3种状态下边坡稳定性分析结果，见表4。

上表反映了地震力对于344-344′剖面稳定系数存在较为明显的不利影响。

5.3 346-346′剖面

表4 地震作用下344-344′剖面稳定性分析

在该剖面3种状态稳定性分析基础上，加入震动因素进行分析，具体的分析结果如图7—图9所示。

图7 地震作用下原始边坡稳定性分析

图8 地震作用下现状边坡稳定性分析

图9 地震作用下开采到五期境界边坡稳定性分析

汇总地震作用下，346-346′剖面3种状态下边坡稳定性分析结果，见表5。

表5 地震作用下346-346′剖面稳定性分析

地震对于346-346′剖面稳定系数存在较为明显的不利影响，但是在地震的影响下边坡初始状态的稳定系数降幅最大。

5.4 348-348′剖面

地震状态下，对于该剖面的稳定性分析结果如图10，图11所示。

图10 地震作用下原始边坡稳定性分析

图11 地震作用下现状边坡稳定性分析

汇总地震作用下，348-348′剖面2种状态下边坡稳定性分析结果，见表6。

表6 地震作用下348-348′剖面稳定性分析

6 地震对边坡稳定性折减效应分析

通过对布沼坝露天矿西帮边坡在地震环境中的边坡稳定性分析，分别得到了3种状态下的边坡稳定系数，根据计算结果绘制边坡稳定系数波动曲线，具体见图12—图14。

将地震对布沼坝露天煤矿西帮边坡稳定性的分析结果汇总在一起，并计算地震扰动对于边坡稳定性的折减效应，所有的分析结果见表7。

基于对布沼坝露天矿诸多状态下的综合分析：

1）地震会扩张边坡中的裂隙，降低边坡岩体完整性，并降低整体结构的稳定性。

图12 地震扰动作用下原始边坡稳定性对比曲线

图13 地震扰动作用下现状边坡稳定性对比曲线

图14 地震扰动作用下开采靠界边坡稳定性对比曲线

表7 水和地震扰动下边坡稳定性分析结果

2）地震对于边坡稳定系数的降低幅度较大，对342剖面的平均降低幅度为9.93%，对344剖面的平均降低幅度为9.85%，对346剖面的平均降低幅度为16.40%，对348剖面的平均降低幅度为9.04%，因此，震动对于各剖面的稳定系数的降低较大，综合折减水平达到了11.51%。

3）按照地震峰值加速度计算边坡稳定系数，除342、344及348剖面的现状干边坡的稳定系数达到1.0以上，其他状态的边坡稳定系数均小于1，也就意味着，现有边坡的稳定状态不足以抵抗当地最大等级的地震灾害，受到高烈度的地震影响时，边坡会出现失稳现象；如果有爆破作业的影响，当其烈度达到Ⅶ度，同样会造成边坡滑塌，若爆破点距离西帮较远时，对其影响较小；距离西帮较近时，仍要采用预裂爆破等合理的缓冲措施，减少对端帮的危害。

4）爆破震动对边坡稳定性的影响随着爆破能量和与分析点的相对距离的增加而逐渐降低，因此，在南帮西部进行爆破作业时，应该尽可能的降低爆破的装药量或者采取预裂爆破等缓震措施。

7 结 论

1）地震通过大量能量的短时间无规则释放，产生强烈的地震波，地震波在岩体中传递，转化为不同方向的加速度，这一效应，会促使岩体内的裂隙扩展延长，也会在局部位置压密裂隙，但地震期间的各向波的综合作用最终的表现结果必然是加速内部裂隙的发育，加剧断裂、破碎层的恶化，故最终表现为增加边坡岩体的破裂度，降低结构完整性，最终降低边坡稳定性。

2）结合布沼坝露天矿西帮历年来的实际监测情况，引入震动效应下的西帮边坡稳定性分析更准确可靠，为进一步研究治理布沼坝露天矿西帮边坡蠕动变形提供了准确依据。

3）在露天矿边坡稳定性分析时，震动效应的引入对边坡稳定性系数的降低幅度影响较大，通过引入震动效应下的边坡稳定性分析，其分析结果更准确可靠，有助于应用到更广泛的边坡分析当中去，因此在边坡稳定性分析中引入震动效应是十分必要的。

［1］GB50021—2009，岩土工程勘察规范［S］.

［2］DZ/T 0218—2006，滑坡防治工程勘查规范［S］.

［3］云南地质勘察设计研究院.云南省小龙潭矿务局布沼坝露天坑西帮、西北帮抢险治理岩土工程勘察［R］．昆明：云南地质勘察设计研究院2010．

［4］昆明煤炭设计研究院，云南地质工程勘察设计研究院.云南省小龙潭矿务局布沼坝露天西帮地质灾害应急治理项目可行性研究［R］．2009.

［5］北方工业大学.布沼坝露天矿西帮治理方案的研究［R］．北京：北方工业大学，2009.

［6］王东，曹兰柱，宋子岭.基于RFPA-Centrifuhe的顺层边坡稳定性数值试验分析［J］.露天开采技术，2008（4）：32-34．

［7］周昌寿，杜竞中，郭增涛，等.露天边坡稳定［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1990.

［8］谢承平.软岩边坡主要影响因素及稳定性分析研究［D］.成都：西南交通大学，2009.

【责任编辑：陈 毓】

Effect of vibration load on west slope stability in Buzhaoba Open-pit M ine

LUO Dajun,PENG Jiyang,LUOWei
(Yunnan Province Xiaolongtan Mining Bureau,Kaiyuan 661699,China)

The article studies the state of west slope affected by earthquake factor in Buzhaoba Open-pit Mine.By introducing vibration effects on slope stability analysis,the analysis results aremore accurate and reliable,which can provide accurate basis for further researching west slope deformation in Buzhaoba Open-pit Mine,Introducing vibration effect is necessary in slope stability analysis.

slope;stability;vibration

TD824.7

B

1671－9816（2017）09－0031－05

2017-06-15

骆大军（1985—）男，毕业于中国矿业大学采矿工程专业，现为云南省小龙潭矿务局采矿工程师。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.09.008

骆大军，彭继杨，罗伟.震动荷载对布沼坝露天矿西帮边坡稳定性的影响［J］.露天采矿技术，2017，32（9）：31-35.