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基于强度折减法的露天矿高陡边坡稳定性及治理的深度剖析与实践探索

一、引言

1.1研究背景与意义

露天矿开采是获取矿产资源的重要方式之一，在全球矿业中占据着举足轻重的地位。随着开采技术的不断进步和矿产资源需求的日益增长，露天矿的开采规模逐渐扩大，开采深度不断增加，这使得露天矿边坡越来越高陡。高陡边坡的稳定性问题成为露天矿开采过程中面临的关键挑战之一。

边坡稳定性直接关系到矿山的安全生产。一旦边坡失稳，可能引发滑坡、崩塌等地质灾害，掩埋矿山设备、堵塞运输通道，甚至造成人员伤亡，严重影响矿山的正常生产秩序，导致巨大的经济损失。例如，2019年某露天矿发生边坡坍塌事故，造成了数人死亡，直接经济损失达数千万元，矿山被迫停产整顿数月之久。

从经济效益角度来看，合理的边坡设计和稳定的边坡状态有助于提高矿山的开采效率，降低开采成本。通过精确分析边坡稳定性，可以优化边坡角的设计，在保证安全的前提下，最大限度地减少剥离量，增加矿石开采量，提高矿山的经济效益。反之，若边坡稳定性不佳，为了确保安全而过度放缓边坡角，会增加不必要的剥离工作量，提高开采成本，降低矿山的经济效益。

此外，露天矿边坡失稳还会对周边生态环境造成严重破坏。大量的岩土体滑落可能破坏地表植被，引发水土流失，堵塞河道，影响周边水体质量，破坏生态平衡。

强度折减法作为一种有效的边坡稳定性分析方法，与传统方法相比，具有独特的优势。它能够考虑岩土体的非线性特性和应力-应变关系，更真实地模拟边坡的实际受力和变形情况，从而得到更为准确的边坡稳定性评价结果。基于强度折减法的研究，可以为露天矿高陡边坡的稳定性分析和治理提供更科学、可靠的依据，对于保障矿山安全生产、提高经济效益和保护生态环境具有重要的现实意义。

1.2国内外研究现状

在露天矿高陡边坡稳定性及治理研究方面，国内外学者取得了丰硕的成果。国外在边坡稳定性分析领域起步较早，20世纪中叶就开始运用极限平衡法进行边坡稳定性计算，如瑞典条分法、Bishop法等，这些方法在早期的边坡工程中发挥了重要作用。随着计算机技术的发展，数值模拟方法逐渐应用于边坡稳定性研究，有限元法、有限差分法等被广泛采用，能够更深入地分析边坡的应力应变分布和变形破坏机制。

在国内，边坡稳定性研究始于20世纪50年代，经过多年的发展，取得了显著进展。在理论研究方面，对各种边坡稳定性分析方法进行了深入探讨和改进，提出了一些新的理论和方法。在工程实践中，针对不同类型的露天矿边坡，开展了大量的稳定性分析和治理工作，积累了丰富的经验。例如，在一些大型露天矿的开采过程中，通过综合运用多种分析方法，对高陡边坡的稳定性进行了全面评估，并采取了有效的治理措施，确保了矿山的安全开采。

强度折减法自提出以来，在露天矿边坡稳定性分析中的应用不断发展。国外学者率先将强度折减法引入边坡稳定性分析领域，并对其理论和算法进行了深入研究，提出了多种强度折减方案和失稳判据。国内学者也紧跟研究步伐，对强度折减法进行了大量的理论和应用研究。通过对不同岩土体材料参数的研究，明确了粘聚力和内摩擦角等参数对边坡稳定性计算结果的重要影响。利用数值模拟软件，如FLAC3D、ABAQUS等，结合强度折减法，对露天矿边坡的工作台阶稳定性、边坡剖面稳定性及整体稳定性进行了详细分析。

然而，当前的研究仍存在一些空白与不足。在强度折减法的应用中，对于复杂地质条件下的边坡，如存在断层、节理等地质构造的边坡，如何准确考虑这些因素对强度折减的影响，还缺乏深入的研究。不同的强度折减方案和失稳判据在实际应用中的适用性和准确性还需要进一步验证和比较。在边坡治理措施方面，虽然已经提出了多种方法，但如何根据不同的边坡稳定性状况和地质条件，制定出最优化的综合治理方案，还需要进一步探索。

1.3研究内容与方法

本研究的主要内容包括以下几个方面：首先，运用强度折减法对露天矿高陡边坡的稳定性进行深入分析，包括边坡的整体稳定性、工作台阶稳定性以及不同剖面的稳定性，计算出边坡的安全系数，明确边坡的稳定状态。其次，研究影响露天矿高陡边坡稳定性的各种因素，如岩土体性质、边坡几何形态、地下水作用、爆破震动等，分析这些因素对边坡稳定性的影响规律。再者，针对不同稳定性状况的边坡，探讨相应的治理措施，包括减载削坡、加固支护、排水等，提出合理的综合治理方案。

在研究方法上，主要采用以下几种：一是强度折减法，基于Mohr-Coulomb准则，通过不断折减岩土体的强度参数，模拟边坡从稳定到失稳的过程，确定边坡的安全系数和潜在滑动面。二是数值模拟法，利用FLAC3D等专业数值模拟软件，建立露天矿高陡边坡的三维模型，对边坡在不同工况下的应力应变分布和变形情况进行模拟分析，直观地展现边坡的稳定性特征。三是案例分析法，选取典型的露天矿高陡边坡