2016年8月Aug.,2016doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2016.04.040基于Slide的露天矿高陡岩坡失稳滑移方量估算李天华1，2，黄杰1，2，李小双1，2（1.国家磷资源开发利用工程技术研究中心，云南晋宁650600；2.云南磷化集团有限公司，云南晋宁650600）［摘要］在强度持续增大的采矿活动影响下，露天矿高陡岩质边坡极易遭失稳破坏向下滑动，影响矿山企业正常的生产经营。利用Slide软件估算露天矿高陡边坡失稳破坏潜在滑移岩石量，并以云南某磷矿高陡岩质边坡为工程应用验证实例，与实际工程情况基本一致。说明该方法具有较高的准确性与工程适用性，不仅可为露天矿高陡岩质边坡灾害的预警与防治提供理论支撑，而且能为矿山生产经营提供科学依据。［关键词］露天矿；高陡岩质边坡；Slide软件；失稳破坏；潜在滑移岩石量［中图分类号］TD176［文献标识码］B［文章编号］1672-9943(2016)04-0106-030引言目前，露天矿山存在着大量的高陡岩质边坡。如云南磷化集团的尖山磷矿、晋宁磷矿、海口磷矿及昆阳磷矿，都分别存在高度超过350m、坡度超过40°的岩质边坡。因此，它们不仅给矿山正常的生产经营带来了巨大的安全隐患，而且严重影响着矿产业持续健康的发展［1-4］。目前常采用断面法、等高线法及基于数字地面模型方法(DTM法)等来估算滑坡失稳的潜在滑移土石方量［5-7］；这些计算方法均未考虑滑坡失稳概率，计算准确性较低。Slide软件对岩土体边坡稳定性分析时可得到滑动面上部滑块的失稳概率与方量。因此，本研究对基于Slide的露天矿高陡岩质边坡失稳破坏潜在滑移方量估算方法开展探讨，并将其应用于云南某磷矿高陡岩质边坡失稳破坏的潜在滑移方量的估算，以期为矿山生产经营与灾害预警与防治提供科学依据。1基于Slide露天矿高陡岩质边坡失稳破坏潜在滑移方量估算方法1.1基本原理与理论Slide软件是加拿大Rocscience公司开发的一款用于岩土体边坡稳定性分析软件。Slide软件是基于竖直条块极限平衡法对边坡稳定性开展分析，不仅可分析特定的滑动面，而且能实现搜索边坡的临界失稳破坏滑动面［8］。由于它能较准确、较直观地反映边坡的稳定情况，因此在国内外的边坡稳定性分析中得到了较广泛的应用［9］。采用Slide软件对岩土体边坡稳定性分析时，可得到滑动面上部滑块的失稳概率。通过选择Statistics菜单中的MaterialStatistics命令，在框体中设定岩土体参数（如粘聚力、内摩擦角与密度等）的分布类型、平均值、标准差、最大相对值（最大值与平均值间的距离）与最小相对值（最小值与平均值间的距离）等，即可得到边坡的临界失稳破坏滑动面上部滑块的失稳概率。在进行岩土体边坡稳定性分析时，采用Slide软件也可分析计算滑动面上部滑块方量。通过选择分析结果中Query菜单中的Graphquery命令，可打开Graphslicedata框体，在框体Primarydata处选择SliceWeight，同时点击Plotinexcel可得到边坡临界失稳破坏滑动面上部滑块每个竖直条分块体的质量，由此可计算出边坡临界失稳破坏滑动面上部滑块总质量。滑块方量可采用下式计算：V=1000×Gρg（1）式中：V为滑块方量，m3；G为滑动面上部滑块的总质量，kg；ρ为岩土体的密度，kg/m3。1.2估算方法与步骤基于Slide估算露天矿高陡岩质边坡失稳破坏潜在滑移方量，具体的估算方法与步骤如下：（1）根据露天矿高陡岩质边坡的实际情况，将其划分成一系列等距的剖面；假设剖面的个数为n；剖面间的距离为l。（2）用Slide软件分析上步假设中第i个（i=1，2，3，…，n）剖面的临界失稳破坏滑动面上部滑块失稳概率pi与滑块方量Vi，由此可估算得到该剖面单位长度高陡岩质边坡失稳破坏潜在的滑移方量Vdi：Vdi=piVi（2）能源技术与管理EnergyTechnologyandManagement2016年第41卷第4期Vol.41No.4107中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

2016年8月Aug.,2016（3）露天矿高陡岩质边坡失稳破坏潜在滑移方量可采用下式估算：Vd=Vd1+Vdn2l+n-1i=2ΣVdil（3）为较准确地采用该方法估算露天矿高陡岩质边坡失稳破坏潜在的滑移方量，一方面必须选取合适的岩土体参数（如粘聚力、内摩擦角与密度等）与根据边坡的实际情况建模，另一方面划分的边坡建模剖面间距也要合理。2工程应用验证实例云南某磷矿自投产以来，生产规模逐年扩大，随着矿山不断向深部剥离推进，露天边坡日渐增高变陡。该边坡在回采至2035m时，形成垂直高度191m的“一面坡”，且中间无台阶分布，边坡角42°~46°。边坡岩体在长期重力、开挖卸荷及风化等作用下，坡顶出现1条近东西向的弧形裂缝，裂缝长约200m，宽15~500mm。边坡下部岩体出现翘曲变形，边坡出现的变形破坏严重，稳定性差，极易向下滑动影响到矿山向下安全开采。该边坡的破坏特征如图1所示。（a）坡顶发育的弧形裂缝（b）坡脚岩体发生的翘曲变形（c）坡顶发育的走向弧形裂缝（d）坡顶裂缝开裂程度图1云南某磷矿岩质边坡“一面坡”形态下的变形破坏特征该岩质边坡主要岩性为：下部为细粉晶白云岩，上部为砂质白云岩。其岩体力学参数如表1所示。表1尖山磷矿岩质边坡岩体力学参数依据岩质边坡目前的实际情况，将沿走向长约1200m的边坡均匀划分为21个剖面，每个坡面之间的长度为60m，即n=21，l=60m。划分坡面的示意如图2所示。图2云南某磷矿岩质边坡分析剖面划分示意采用上文探讨的方法估算该矿岩质边坡“一面坡”形态下失稳破坏潜在的滑移方量，其分析计算结果如表2所示。由表2可知，云南某磷矿岩质边坡“一面坡”形态下其失稳概率均在50%以上，其中约一半的区域超过70%。从理论上说明该边坡“一面坡”形态下变形破坏严重，稳定性差，极易向下滑动。同时根据表2也可估算出云南某磷矿岩质边坡“一面坡”形态下失稳破坏潜在的滑移方量约为574万m3。为有效抑制该磷矿“一面坡”形态岩质边坡变形破坏与保证该磷矿的正常开采，对其进行削坡减载处治。卸载方案为：边坡2070m高程以上岩体采用分台阶顺岩层产状开挖。台阶段高30m，分别形成2190平台、2160平台、2130平台、2100李天华，等基于Slide的露天矿高陡岩坡失稳滑移方量估算岩性ρ/(g/cm3)σmt/MPaEm/GPac/MPa覬/（°）泊松比1~11剖面砂质白云岩2.760.13073.59470.119129.90.2312~21剖面砂质白云岩2.760.13073.59470.070026.50.23细粉晶白云岩2.810.25894.81930.318643.40.22表2云南某磷矿岩质边坡“一面坡”形态下各剖面失稳破坏潜在的滑移估算方量指标剖面1剖面2剖面3剖面4剖面5剖面6剖面7剖面8剖面9剖面10剖面11滑块失稳概率/%64.558.769.670.257.850.559.570.565.864.363.4滑块方量/m310894855530267806976643275116934765489348584单潜在滑移方量/m37022850369047604032324844694888503657455442指标剖面12剖面13剖面14剖面15剖面16剖面17剖面18剖面19剖面20剖面21滑块失稳概率/%79.795.710093.710076.787.682.164.362.7滑块方量/m37513695468648213345632488213591372543930单潜在滑移方量/m35988665568647696345624917195485546642464108中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

2016年8月Aug.,2016平台和2070平台共5个台阶。其中2190平台台阶宽度4m，2070平台台阶宽度12m，其余平台宽度为8m。同样采用上文探讨的方法估算削坡减载处治后该岩质边坡失稳破坏潜在滑移方量。其分析计算结果如表3所示。表3云南某磷矿岩质边坡削坡减载处治后各剖面失稳破坏潜在的滑移估算方量指标剖面1剖面2剖面3剖面4剖面5剖面6剖面7剖面8剖面9剖面10剖面11滑块失稳概率/%00000000000滑块方量/m3117.2497.8550.1699705686747687756899848单潜在滑移方量/m300000000000指标剖面12剖面13剖面14剖面15剖面16剖面17剖面18剖面19剖面20剖面21滑块失稳概率/%22.924.324.100024.422.119.10滑块方量/m3412389348770253334413297364293单潜在滑移方量/m394958400010166700分析表3可知，云南某磷矿“一面坡”形态岩质边坡在进行削坡减载处治后，失稳概率显著降低，约80%的区域失稳概率变为0，另外20%区域的失稳概率降低到25%以内；同时估算得到失稳破坏潜在的滑移方量约为3万m3，仅为“一面坡”形态下的0.52%，说明对其进行削坡减载处治效果非常好。采用削坡减载处治工程后，边坡变形破坏发展趋势得到了有效抑制，且成功采出磷矿石680万t，软件分析计算与实际效果高度吻合。从表3也可以看出，该边坡在削坡减载处治后，在12~14剖面与18~20剖面所在区域还具有20%~25%范围的诱发失稳破坏概率，且潜在的滑移方量约3万m3，这与野外调查的实际情况也非常相符。综上所述，采用基于Slide的露天矿高陡岩质边坡失稳破坏潜在的滑移方量估算方法分析，得到了云南某磷矿高陡岩质边坡在“一面坡”形态与削坡减载处治情况下的失稳破坏的潜在滑移方量，与其实际工程情况非常吻合。因此，该方法具有较高的准确性与较好的工程适用性，不仅可为露天矿高陡岩质边坡灾害的预警与防治提供理论支撑，而且能为矿山生产经营提供科学依据。3结论（1）结合Slide软件探讨了露天矿高陡岩质边坡失稳破坏潜在的滑移方量估算方法，并分析了具体计算方法与步骤。（2）以云南某磷矿高陡岩质边坡为工程应用验证实例，应用提出的基于Slide的露天矿高陡岩质边坡失稳破坏潜在的滑移方量估算方法，分别分析得到了其“一面坡”形态与削坡减载处治情况下的失稳破坏的潜在滑移方量，与其实际工程情况非常吻合，验证了该方法具有较高的准确性与较好的工程适用性。（3）提出的基于Slide的露天矿高陡岩质边坡失稳破坏潜在的滑移方量估算方法，不仅可为露天矿高陡岩质边坡灾害的预警与防治提供理论支撑，而且能为矿山生产经营提供科学依据。［参考文献］［1］卢世宗.我国矿山边坡研究的基本情况和展望［J］.金属矿山，1999（9）.［2］杨天鸿，张锋春，于庆磊，等.露天矿高陡边坡稳定性研究现状及发展趋势［J］.岩土力学，2011，32（5）：1437-1452.［3］程力.露天矿开挖边坡稳定性分析及排土场安全距离的研究［D］.长沙：中南大学，2012.［4］马孝云.露天矿岩质边坡开挖卸荷动力效应及其稳定性演化规律的研究［D］.青岛：青岛理工大学，2014.［5］周越轩，刘学军，杨治洪.基于DTM的土方工程计算与精度分析［J］.长沙交通学院学报，2000，16（4）：39-43.［6］慕永峰，朱昌勇，李建.三角网结构DTM的土方计算及应用［J］.测绘工程，2000，9（1）：52-56.［7］王丽华，施一民，王卫安.水下地形分析中基于TIN的土方量计算方法［J］.同济大学学报（自然科学版），2004，32（2）：234-236.［8］普兴林，陈玉明.基于Slide的尾矿库坝体稳定性分析［J］.中国非金属矿工业导刊，2015（2）：54-55.［9］肖先国，林依平，余涛，等.Slide软件在边坡稳定性计算中的应用［J］.交通科技，2012（4）：83-85.［作者简介］李天华（1966-），男，高级工程师，毕业于昆明理工大学采矿工程专业，现主要从事采矿与安全方面的管理与研发工作。［收稿日期：2016-05-30］能源技术与管理EnergyTechnologyandManagement2016年第41卷第4期Vol.41No.4109中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net