第八章露天矿边坡稳定技术

第一节边坡稳定性的基本概念第二节影响边坡稳定的因素第三节边坡稳定性监测与检测第四节滑坡的防治第一节边坡稳定性的基本概念一、边坡的概念及其分类二、边坡的结构及特点三、边坡的破坏类型四、边坡安全管理一、边坡的概念及其分类(一)边坡的概念(二)边坡的分类(一)边坡的概念(1)边坡是指由于工程原因而开挖或填筑的人工斜坡；滑坡是指由于自然原因而正在蠕动与滑动的自然斜坡。(2)边坡在工程开挖与填筑前，坡体内不存在滑面，但可以存在未曾滑动的构造面，开挖前坡体无蠕动或滑动迹象；滑坡在坡体中存在天然的滑面，坡体已有蠕动或滑动迹象。(3)当人工斜坡内存在天然的滑面或引发古老滑坡滑面复活时，称为工程滑坡。(一)边坡的概念图8-1边坡的组成(二)边坡的分类1.按岩性不同分类2.按地质环境与人工改造的程度分类3.按边坡高度不同分类4.按边坡坡度不同分类5.按变形情况不同分类1.按岩性不同分类(1)岩质边坡。(2)土质边坡。(1)岩质边坡。1)侵入岩类边坡。如花岗岩。岩性较单一，强度较高，一般呈块状结构，常形成陡坡并发育卸荷裂隙。2)喷出岩类边坡。如玄武岩、凝灰岩、流纹岩、凝灰角砾岩等。强度差别大，裂隙发育。有时具有层状或似层状结构，孔隙性大，边坡形态受产状控制。3)碎屑沉积岩边坡。如砂岩、砾岩、页岩等。强度差别较大，具有层状结构，边坡形态受岩层产状控制，页岩透水性微弱。4)碳酸盐岩类边坡。如石灰岩、白云岩等。强度一般较高，多具层状结构；边坡形态受岩层产状和节理裂隙发育特征控制，常形成陡坡悬崖，有时岩溶发育。5)夹有软弱夹层的沉积岩边坡。如夹有泥化夹层或破碎夹泥层的砂岩、页岩、石灰岩等，具层状结构。6)软弱岩层边坡。如白垩(第三纪红色粘土岩、泥岩、泥灰岩、页岩等)、半成岩、河湖相砂页岩，强度甚低，易风化、崩解。7)特殊岩类边坡。含石膏、岩盐等的易溶岩层，强度甚低，易溶于水。8)变质岩类边坡。如片岩、干枚岩、片麻岩、石英岩等，强度差别大，多呈片状或层状结构，岩体完整性差。(1)岩质边坡。(2)土质边坡。1)黄土边坡。黄土一般呈棕黄色或淡黄色，多孔，孔隙比一般为40%50%，以粉粒为主，质地均一，无层理、柱状节理和垂直节理发育，天然状态下含水少，干燥时坚固，可形成直立边坡，但遇水容易剥落或遭受侵蚀。2)砂性土边坡。指主要由砂或砂性土组成的边坡，以结构较疏松、粘聚力低为特点，作为工程边坡，透水性较大，饱和含水的均质砂土边坡，在振动力作用下，易于液化产生液化边坡。3)粘土性边坡。粘土以颗粒细密为其主要特征，但由于生成环境的不同，各类粘土的组织结构、物理力学特性等差别较大，对边坡稳定性的影响也不一样。但一般都具有干时竖硬开裂，遇水膨胀分解呈软塑性状的特点。4)软土边坡。指由淤化、泥炭、淤泥质土以及其他抗剪强度极低的土组成的边坡，粘土由于其抗剪强度极低，流变性征显著，对于边坡稳定性不利。2.按地质环境与人工改造的程度分类(1)自然边坡。(2)人工边坡。(1)自然边坡。指未经人工破坏改造的边坡，是由地质构造作用形成的。从地形地貌看，凡是与大气接触的山坡称为自然边坡，如天然沟谷岸坡、山体斜坡等。(2)人工边坡。指由于人们从事岩体工程活动，经人工改造所形成的边坡，如水利水电工程中的基坑边坡、渠道边坡、铁路隧道、公路交通开山劈岭修建道路所形成的边坡，以及露天开采所形成的边坡等。人工边坡一旦开挖，就会破坏自然生态平衡。边坡大面积暴露在大气中，裸露的岩土在外部风化因素作用下，岩(土)质发生变化，导致风化加剧，坡面受到侵蚀，容易失稳，形成滑坡。3.按边坡高度不同分类4.按边坡坡度不同分类5.按变形情况不同分类(1)未变形边坡。边坡岩体未发生位移变形。(2)变形边坡。边坡岩体曾发生位移变形。露天开采时，通常是把矿岩划成一定厚度的水平层，自上而下逐层开采。这样会使露天矿场的周边形成阶梯状的台阶，多个台阶组成的斜坡称为露天矿边帮，即露天矿边坡。二、边坡的结构及特点(一)边坡的组成要素(二)边坡的特点(一)边坡的组成要素1)底帮边坡，指位于矿体底盘一2)顶帮边坡，指位于矿体顶盘一侧的边坡。3)端帮边坡，指位于矿体两端部的边坡。图8-2露天矿边坡台阶结构要素示意图(二)边坡的特点(1)露天矿边坡一般比较高，从几十米到几百米都有，走向长从几百米到数千米，因而边坡暴露的岩层多，边坡各部分地质条件差异大，变化复杂。(2)露天矿最终边坡是由上而下逐步形成的，上部边坡服务年限可达几十年，下部边坡服务年限则较短，底部边坡在采矿时即可废止，因此，上、下部边坡的稳定性要求也不相同。(3)露天矿每天频繁的穿孔、爆破作业和车辆行进，使边坡岩体经常受到振动影响。(4)露天矿边坡是用爆破、机械开挖等手段形成的，坡度是人为强制控制的，暴露岩体一般不加维护，因此，边坡岩体较破碎，并易受风化影响产生次生裂隙，破坏岩体的完整性，降低岩体强度。(5)露天矿边坡的稳定性随着开采作业的进行不断发生变化。三、边坡的破坏类型(一)边坡岩体的破坏类型(二)边坡岩体的滑动速度和破坏规模(一)边坡岩体的破坏类型1.崩塌2.倾倒3.滑坡1.崩塌图8-3边坡崩塌2.倾倒图8-4边坡倾倒3.滑坡边坡岩(土)体在重力作用下，沿一定的软弱面或软弱带整体下滑的现象称为滑坡。滑坡是山区主要地质灾害，大规模的滑坡可摧毁公路、堵塞河道、破坏厂矿、淹没村庄，对山区建设和交通危害极大。边坡发生滑动时，一般情况下，在滑坡前滑体的后缘会出现张裂隙，而后缓慢移动。滑动初期速度慢，持续时间长，到后期迅速滑落。它是边坡变形破坏形式中较为常见的一种，是边坡破坏的主要形式。其中滑动规模可以是一个岩块沿某一平面或曲面整体向下滑落，也可能是上百万甚至上千万平方米的山体滑动。其危害程度视滑坡规模的大小而有所不同。(二)边坡岩体的滑动速度和破坏规模分析边坡岩体破坏时的滑动速度大小，对预防矿山事故是非常重要的。按照边坡岩体的滑动速度，边坡岩体的滑动破坏可分为四种类型：(1)蠕动滑动。边坡岩体平均滑动速度小于10-5m/s。(2)慢速滑动。滑动速度在10-5m/s和10-2m/s之间。(3)快速滑动。滑动速度在0.01m/s和1.0m/s之间(4)高速滑动。滑动速度大于1.0m/s。露天矿边坡岩体发生破坏时所产生的后果不但取决于其破坏的类型、破坏的速度，还取决于破坏的规模，即下滑岩体体积的大小和滑动岩体的范围。边坡岩体的破坏规模可分为四种类型：(1)小型滑落。滑落的岩体体积在1万m3以下。(2)中型滑落。滑落的岩体体积一般在1万10万m3之间。(3)大型破坏。滑落的岩体体积一般在10万100万m3之间。(4)巨型滑落。滑落的岩体体积一般在100万m3以上。(二)边坡岩体的滑动速度和破坏规模四、边坡安全管理(一)确定合理的台阶高度和平台宽度(二)正确选择台阶坡面角和最终边坡角(三)选用合理的开采顺序和推进方向(四)合理进行爆破作业，减少爆破振动对边坡的影响(五)建立健全的管理检查制度(六)明确各项职责负责人(七)做好预防工作(一)确定合理的台阶高度和平台宽度合理的台阶高度对露天开采的技术经济指标和作业安全都具有重要的意义。确定台阶高度要考虑矿岩的埋藏条件和力学性质、穿爆作业的要求、采掘工作的要求，一般不超过15m。(二)正确选择台阶坡面角和最终边坡角台阶坡面角的大小与矿岩性质、穿爆方式、推进方向、矿岩层理方向和节理发育情况等因素有关。工作台阶坡面角的大小在各类矿的安全规程中都作了详细的规定。在一般情况下，其大小取决于矿岩的性质：松软矿岩，工作台阶坡面角不大于所开采矿岩的自然安息角；较稳定的矿岩，工作台阶坡面角不大于55；坚硬稳固的矿岩，工作台阶坡面角不大于75。(三)选用合理的开采顺序和推进方向在生产过程中要坚持从上到下的开采顺序，坚持打下向孔或倾斜炮孔，杜绝在作业台阶底部进行掏底开采，避免边坡形成伞檐状和空洞。一般情况下应选用从上盘向下盘的采剥推进方向，做到有计划、有条理的开采。(四)合理进行爆破作业，减少爆破振动对边坡的影响由于爆破作业产生的地震可以使岩体的节理张开，因此，在接近边坡地段尽量不采用大规模的齐发爆破，可以采用微差爆破、预裂爆破、减振爆破等控制爆破技术，并严格控制同时爆破的炸药量。在采场内尽量不用抛掷爆破，应采用松动爆破，以防止飞石伤人及减少对边坡的破坏。(五)建立健全的管理检查制度矿山必须建立健全的边坡管理和检查制度，当发现边坡上有裂陷可能出现滑落或有大块浮石及伞檐悬在上部时，必须迅速进行处理。处理时要有可靠的安全措施，受到威胁的作业人员和设备要撤到安全地点。(六)明确各项职责负责人矿山应选派技术人员或有经验的工人专门负责边坡的管理工作，及时清除隐患，发现边坡有塌滑征兆时，有权制止采剥作业，并向矿的负责人报告。(七)做好预防工作对于有边坡滑动倾向的矿山，必须采取有效的安全措施。露天矿有变形和滑动迹象的矿山，必须设立专门观测点，定期观测记录变化情况。第二节影响边坡稳定的因素一、地层与岩性二、地质构造和地应力三、岩体结构四、水对边坡稳定的影响五、振动的作用一、地层与岩性(一)地层(二)岩性(一)地层从边坡变形破坏的特征来看，不同地层不同岩性各有其常见的变形破坏形式。例如，有些地层中滑坡特别发育，这是与该地层中含有特殊的矿物成分和风化物质而在地层内容易形成滑动带有关。高灵敏的海相粘土，裂隙粘土，第三系白垩系，侏罗系红色页岩、泥岩地层，二迭系煤系地层，以及古老的泥质变质岩系(如千枚岩、片岩等)地层，都属于易滑地层。在这些地层形成的边坡稳定性必然较差。(二)岩性岩性对边坡的变形破坏也有直接影响。所谓岩性是指组成岩石的物理、化学、水理和力学性质，这些性质的变化或改变，在一定程度上影响着边坡的稳定。由某些岩性组成的边坡在干燥时或在天然状态下是稳定的，一经水浸，特别是岩体在饱水条件下，岩体强度会显著降低，边坡往往会出现失稳。边坡的滑落主要是剪切破坏，因此，岩体的抗剪强度是衡量边坡岩体稳定性的必要条件。从岩性对力学性质的影响可知，坚硬、致密的岩体的抗剪强度较高，不易发生滑坡；松散、破碎的岩体的抗剪强度低，容易滑坡。二、地质构造和地应力(一)地质构造(二)地应力(一)地质构造地质构造主要指在漫长的地质历史发展过程中，地壳在内、外力的作用下，不断运动演变，所造成的地层形态。它对边坡岩体的稳定，特别是对岩质边坡稳定性的影响十分显著。在区域构造比较复杂的地区，边坡的稳定性较差。例如，在我国西南地区的横断山脉地段、金沙江地区的深切峡谷，边坡的崩塌体、滑动体极其发育，常出现超大型滑坡及滑坡群。在金沙江下游，滑坡、崩塌、泥石流新老堆积物到处可见。(二)地应力地应力是控制边坡岩体节理发育裂隙扩展以及边坡变形特征的重要因素。此外，地应力还可直接引起边坡岩体的变形甚至破坏。例如葛州坝水电站，基岩为下白垩纪红色粉砂岩、粘土岩、细砂岩，系一单斜构造，岩层倾角为58。厂房基础开挖深达4550m，由于厂房基坑的开挖，坑壁出现临空，引起应力释放，使基坑人工边坡内地应力重新调整，引起基坑边坡岩体的软弱夹层产生位移，使岩体沿层面发生错位，急剧变形期达3个月之久，平均每月变形约20mm。三、岩体结构(一)结构面的成因类型(二)结构面的组数和数量(三)结构面的连续性和间距(四)结构面的起伏度和粗糙度(五)结构面的结合状态及充填物(六)结构面的产状及其与边坡临空面的关系(一)结构面的成因类型1.原生结构面2.构造结构面3.次生结构面1.原生结构面为成岩阶段形成的结构面，按其成岩作用可分为沉积结构面、火成结构面和变质结构面。2.构造结构面这是在地质构造运动中受构造应力作用所产生的破裂面和裂隙带，包括劈理、节理、断层及层间错动等，按力学性质又分为压缩、张拉、扭性、压扭性和张扭性等结构面。3.次生结构面是在原生结构面的基础上，因风化、地下水和卸荷作用，使原有的结构面规模加大以及性质改变的结果。不问成因的结构面对边坡稳定性的影响程度也不同，一般来说，构造结构面是影响最大的，其次是次生结构面。(二)结构面的组数和数量边坡受一组结构面和多组结构面的切割，其对边坡稳定性的影响程度是不同的。当边坡岩体受多组相互交切的结构面切割时，不仅使整个边坡岩体自由变形的可能性会更大，而且使切割面、滑动面、甚至临空面产生的机会更多，因而组成可能滑动的块体的条件会更多，同时也给地下水活动提供了有利的条件，对边坡稳定性显然是个利的。另外，结构面数量的多少，将直接影响到被切割岩块的形状和大小，它不仅影响到边坡的稳定性，同时也影响到边坡变形破坏的形式。严重破碎的岩体边坡，可能出现类似于土质边坡那样的圆弧形滑动破坏。(三)结构面的连续性和间距结构面的规模不同，其延展范围的连续性也不同。大的结构面延展范围大，连续性也好，对边坡稳定性不利。如果结构面之间不能全部贯通，岩体强度有一部分被完整岩石所控制，有利于边坡稳定。因此，在研究节理岩体时要注意它的连续性。在边坡岩体调查中，对结构面的连续性要做定性描述，即观察结构面沿走向和倾向方向上的延展长度，并予以记录。(四)结构面的起伏度和粗糙度图8-5粗糙结构面抗剪强度理想曲线(四)结构面的起伏度和粗糙度图8-6规则齿状楔效应摩擦(五)结构面的结合状态及充填物(1)结构面是闭合的、干净无充填物，相邻结构面直接接触，结构面的抗剪强度取决于结构面壁的岩性、硬度、表面的粗糙度和起伏度等因素。(2)结构面是闭合的，但有泥质或矿物质薄膜等，结构面的抗剪强度不仅取决于面的形态(光滑、粗糙)和面壁岩性，而且也取决于这些薄膜的矿物类型及其亲水性。(3)结构面是张开的，或被大量不连续岩粉、岩屑所充填或者充水充气等，结构面的抗剪强度显著降低或完全丧失。(4)结构面间被连续的充填物所充填，两相邻的结构面不直接接触，结构面的抗剪强度取决于结构面表面起伏度和充填物的厚度，以及充填物的成分(硅质、钙质、泥质)与其物理力学性质。(六)结构面的产状及其与边坡临空面的关系(1)当结构面的走向与边坡面的走向近于垂直，结构面对边坡稳定性影响较小，它一般只能作为平面滑动的分离面(剥裂面)或边界面，如图8-7所示。(2)当结构面的走向与边坡面走向近于平行时，则对边坡稳定性的影响取决于结构面的倾角和倾向。(3)当结构面呈水平状态时，这时边坡属稳定边坡，如图8-9所示。(4)当结构面的倾向与边坡坡面倾向方向相反时，边坡也属稳定边坡，如图8-10所示。(1)当结构面的走向与边坡面的走向近于垂直，结构面对边坡稳定性影响较小，它一般只能作为平面滑动的分离面(剥裂面)或边界面，如图8-7所示。图8-7结构面走向与坡面走向近于垂直(2)当结构面的走向与边坡面走向近于平行时，则对边坡稳定性的影响取决于结构面的倾角和倾向。1)同倾向(结构面倾向和边坡坡面倾向相同)边坡，当结构面倾角小于坡面角而大于结构面的内摩擦角时，则属不稳定边坡，可能发生平面滑动，如图8-8a所示。2)同倾向边坡，当结构面倾角小于坡面角，也小于结构面的内摩擦角时，由于滑动面上的抗滑力大于下滑力，故不会滑动，如图8-8b所示。3)结构面倾向与边坡面倾向相同，且两者倾角相等，即=，属稳定边坡，如图8-8c所示。4)结构面倾向与边坡面倾向相同，结构面的倾角大于边坡面倾角时，也属稳定边坡，如图8-8d所示。图8-8结构面与坡面产状的相互关系(3)当结构面呈水平状态时，这时边坡属稳定边坡，如图8-9所示。图8-9结构面呈水平状态(4)当结构面的倾向与边坡坡面倾向方向相反时，边坡也属稳定边坡，如图8-10所示。1)当两结构面形成的楔形体组合交线AB与坡面倾向相同，其组合交线的倾角小于坡面角但大于结构面内摩擦角时，则楔形体可能滑动，如图8-11所示。2)当两结构面形成的楔形体的组合交线AB的倾角等于或大于坡面角以及组合交线延伸到坡角岩体内部时，边坡均属稳定的，如图8-12所示。图8-10结构面倾向与坡面倾向相反图8-11楔形体组合交线与边坡面倾向相同图8-12边坡中楔形体组合交线AB与坡面的关系四、水对边坡稳定的影响四、水对边坡稳定的影响(一)静水压力和浮托力(二)动水压力(或称渗透力)(三)水对边坡岩体的物理化学的破坏作用(四)地下水的存在和水位的高低对边坡稳定性的影响(五)地下水的流动与断层透水性的优劣对边坡稳定性的影响图8-13张裂隙充水所产生的静水压力和浮托力(一)静水压力和浮托力(一)静水压力和浮托力当地下水赋存于岩体裂隙中时，水对裂隙两壁产生静水压力，如图8-13所示。由于边坡岩体位移而产生张裂隙充水，沿裂隙壁产生的静水压力的压强为wZw，总压力V为：当张裂隙中水沿破坏面继续向下流动，流至坡脚出坡面时，沿此裂隙面产生水的浮托力，压力分布如图8-13所示的AB面，则总浮托力U为：(一)静水压力和浮托力(二)动水压力(或称渗透力)由于土粒和岩块颗粒的分散性，不可能计算作用在每一(岩)土粒上的动水压力，只能计算作用在每个单位土、岩体积内所有土粒或岩块上的动水压力的总和，所以，动水压力是体积力。总动水压力可用下式进行估算，即：(三)水对边坡岩体的物理化学的破坏作用1.水对边坡岩体的物理化学的破坏作用2.水对边坡岩体的物理作用1.水对边坡岩体的物理化学的破坏作用在一定条件下，岩体矿物吸收或失去水分子而发生水化作用和脱水作用。在吸水或脱水过程中都能引起矿物体积的膨胀或收缩，从而导致岩体松散、破碎或改变其化学成分。特别是当水中含有CO2等气体时，水的化学溶解和潜蚀能力将大为加强，水的有关化学作用和气温的物理作用相配合，将促使风化作用向深部发展和扩散，使岩体的破坏更为严重。2.水对边坡岩体的物理作用水对边坡岩体的物理作用是使岩体碎裂。水在结冰时，其体积增大10%左右，渗入岩体裂隙中的水结冰后可能对岩体产生很大的膨胀力，使岩体沿着原有的裂隙迅速开裂。对于裂隙中的某些次生充填物、松散夹层或粘土质软岩，由于水的蒸发也会产生收缩性开裂而导致不同程度的破坏。(四)地下水的存在和水位的高低对边坡稳定性的影响图8-14地下水位对边坡稳定性的影响(五)地下水的流动与断层透水性的优劣对边坡稳定性的影响(1)断层透水性较差时，在边坡岩体中起隔墙作用，如图8-15a所示。(2)断层透水性良好时，水可能积蓄于坡脚，而降低岩体的粘聚力，不利于边坡稳定，如图8-15b所示。(3)有时透水性良好的断层会起排水的作用，如图8-15c所示。图8-15断层透水性能对边坡稳定性的影响五、振动的作用(一)振动波对边坡岩体的破坏作用(二)振动速度对边坡岩体稳定性的影响(一)振动波对边坡岩体的破坏作用图8-16边坡岩体上的爆破松动带(二)振动速度对边坡岩体稳定性的影响根据某露天煤矿爆破实践认为，对边坡稳定性较差地段，允许振动速度vc22cm/s；对中等稳定地段，允许振动速度vc28cm/s；对于稳定性较好的地段，允许振动速度vc35cm/s。对于爆破造成岩体的振动速度，目前研究尚不充分，我国有关部门多使用下列经验公式确定：(三)爆破振动力的计算六、边坡几何形状及表面形态(一)边坡的外形(二)边坡的坡度与高度(三)边坡的断面形状(一)边坡的外形图8-17边坡平面形状对边坡稳定性的影响(二)边坡的坡度与高度对于均质岩土边坡，坡度越陡，坡高越大，其稳定性越不好。当边坡的稳定性受同向倾斜滑动面控制时，边坡的稳定性与边坡坡度的大小关系不大，而主要取决于边坡的高度。另外，当边坡的坡度越陡(即边坡角越大)，使坡顶与坡面拉应力带的范围也越大，坡脚应力集中带的最大剪应力增加，不利于边坡稳定。(三)边坡的断面形状1.平面边坡(也称直线边坡)2.凹形边坡3.凸形边坡(三)边坡的断面形状图8-18边坡垂直断面形状对边坡稳定性影响1.平面边坡(也称直线边坡)在设计中经常采用，这种边坡形式的绘制和计算最简单，但平面边坡是按组成边坡岩体的平均性质考虑的。如果组成边坡岩体的强度有强有弱，且彼此悬殊较大时，即使采用了较大的安全系数，也难免在弱岩层中发生破坏。直线边坡的倾角上下一致，如图8-18b所示。对于露天矿山没有考虑其边坡是逐渐形成的特点，在边坡存在的年代里，往往是上部边坡显得过陡，而下部边坡显得过缓。2.凹形边坡这是根据松散介质力学理论计算出来的边坡，上陡下缓，如图8-18c所示。这种边坡与露天矿边坡逐渐形成的历史过程相违背，尽管它有较充分的理论根据，却与实际不相符合。这种边坡比直线边坡在相同的条件下要多挖岩石。3.凸形边坡具有上缓下陡的外形，如图8-18a所示。这种边坡符合露天矿边坡形成的时间特点，因此，它是适用于深露天矿边坡的断面形状。七、其他因素1.风化作用2.人为因素3.植被生长的影响1.风化作用风化作用使边坡岩体随时间的推移而不断产生破坏，最终也可能严重地威胁边坡稳定。边坡岩体的风化速度和风化程度是比较复杂的问题，一般来说，风化速度与岩石本身的成分、结构和构造有关，同时也与气候条件如温度、湿度、降雨、地下水以及爆破振动等因素有关。强度越小的岩石风化速度越快，温度变化大，降雨量较多的地区，岩石风化速度会加快。服务年限长的深露天矿边坡岩体风化程度比服务年限短的露天矿边坡严重。在同一露天矿，同一岩性的边坡，其上部比下部的风化程度要大，稳定条件相应较差。2.人为因素由于对影响边坡稳定性的因素认识不足，在工程建设或生产建设中，人为地促使边坡破坏，如破坏坡脚、挖空坡脚、坡顶欠挖以及在坡眉附近设有各种建筑物和排土场。有时为了减少基建投资和缩短基建时间，而将排土场设在境界附近，从而加大了边坡上的承载重量，增加了边坡岩体的下滑力，以致发生滑坡。一般情况下，当这些外部荷载超过可能滑动体的岩体重量的5%时，应在稳定性的定量分析中考虑它可能带来的影响。显然，考虑到边坡岩体的稳定性，这种外载荷是应该避免或加以限制的。3.植被生长的影响植被的生长也直接影响边坡的稳定，植物根系可保持土质边坡的稳定，通过植物吸收部分地下水有助于保持边坡的干燥。在岩质边坡上，生长在裂隙中的树根有时也是边坡局部崩滑的起因。第三节边坡稳定性监测与检测一、边坡稳定性监测二、边坡检测一、边坡稳定性监测(一)变形及位移监测(二)水文监测(三)边坡滑坡预报(一)变形及位移监测1.简易观测法2.设站观测法3.仪表观测法4.远程监测法1.简易观测法简易观测法是通过人工观测边坡中地表裂缝、鼓胀、沉降、坍塌、建筑物变形及地下水位变化、地温变化等现象。简易观测法对于发生病害的边坡进行观测较为合适，也可结合仪器监测资料综合分析，初步判定滑坡体所处的变形阶段及中短期滑动趋势。即使采用先进的仪表观测，该法仍然是不可缺少的观测方法。2.设站观测法(1)大地测量法。(2)摄影监测法。(3)光电测距仪监测。(1)大地测量法。1)观测线的布置。2)测点的埋设。3)观测站的设计。4)观测资料的分析整理。5)位移观测资料的分析判断。1)观测线的布置。图8-19露天矿边坡观测线的布设1控制点2工作点3观测线2)测点的埋设。观测点设置时应有清楚的中心，以保证精确测量；应便于观测；应保证桩柱与岩体牢固结合，使观测点能真实反映岩体的位移；观测点设置完毕后，应将其控制点与附近三角测量网建立联系，确定其坐标。观测点须与边坡岩体紧密结合。埋设时可在岩体上打眼，深度不小于0.5m，插入直径20mm、长0.81.0m的金属杆，并灌注混凝土。一般金属杆的顶端加工成半圆球形，离地面不超过0.3m。3)观测站的设计。观测站的设计应在比例尺为1 1000或1 2000的平面图上进行。平面图上应表示出下列内容：采剥工程的进展情况及发展远景；边坡上的主要建筑物；设计观测线和各观测点的位置；观测站与露天矿基本控制网的联测方案。4)观测资料的分析整理。一般对变形边坡的观测都是为了分析研究边坡变形破坏的规律，其最基本的观测资料为各观测桩的水平位移和高程变化的数据。对这些数据进行系统分析整理后，据以做出客观的判断。5)位移观测资料的分析判断。根据分析整理的数据判断滑坡体的个数，区分老滑坡体上的局部移动，确定滑坡体的周界，判定主滑线，判定滑床形状，判断两桩间岩体的受力性质，判断边坡岩体的变形特征，判断边坡岩体滑动特征，估算滑床的深度，预报边坡滑移破坏的时间。(2)摄影监测法。在监测大面积边坡移动的方法中，尚有摄影测量法。该法是用地面摄影经纬仪，在不同的时间内对边坡进行摄影测量。由于摄影照片记录了大量的地面信息，所以，对边坡变形各阶段的照片进行测量分析，比较历次摄影测量的相应点的位置，确定不同时间内边坡移动的特征。每次摄影测量，需从2个固定点对边坡进行全面拍摄，再利用所得照片，用与之专门配套的测图仪确定边坡上各点的空间位置，其原理是测量学的交会法。(3)光电测距仪监测。图8-20光电测距仪观测3.仪表观测法仪表观测法是指用精密仪表对变形斜坡进行地表及深部的位移、倾斜(沉降)动态、裂缝相对张、闭、沉、错变化及地声、应力应变等物理参数与环境影响因素进行监测。目前，监测仪器的类型，一般可分为位移监测，地下倾斜监测、地下应力测试和环境监测四大类。4.远程监测法(1)观测不受气候条件限制，可进行全天候监测。(2)可同时进行平面位移及垂直位移监测。(3)可进行长期连续监测，不会漏过危险的变形信息。(4)从数据采集、数据处理到数据分析管理全过程易于实现自动化。然而，用GPS定位技术进行变形监测也存在一些问题，主要有以下几方面：(1)三峡库区监测点的数量很多，如果全部进行长期连续自动化监测，需要大量的GPS接收机，据了解三峡工程仅、级站共有42处，按每处平均布设10个变形监测点计，共需420台GPS接收机，这种方案目前是不现实的。(2)GPS接收机、太阳能供电装置及通信设备、在野外无人值守的情况下，安全难以保证。(二)水文监测水文监测目的：(1)检验稳定性计算和分析时所预测的状态，如果实际地下水状态与预测结果有较大差异，则要重新评价边坡稳定性。(2)使用采场早期地下水压、水量的观测资料、预测采场向下延伸过程中的地下状态。(3)检验疏干效果。(三)边坡滑坡预报1.滑坡地点的预报2.滑体形态和规模的预报3.滑体发生时间的预报1.滑坡地点的预报根据工程地质条件、水文地质条件、岩石力学性质及边坡构成要素等，对露天边坡进行稳定性分析，将整个矿区划分为稳定区、比较稳定区、滑动区、极易滑动区等类型，从而对滑坡地点进行预报。根据滑坡地点的预报可以确定边坡监测的重点区域。2.滑体形态和规模的预报可根据滑体滑落面的形状，作滑体形态及规模的计算和预报。3.滑体发生时间的预报图8-21滑体滑落的三个阶段二、边坡检测(一)检测工作程序及准备工作(二)现场检测工作(三)检测资料的分析与计算(四)边坡稳定性评定(一)检测工作程序及准备工作1.边坡检测工作程序2.边坡检测的各项准备工作1.边坡检测工作程序根据检测规定要求的边坡检测工作程序主要是：矿山提供基础资料基础资料整理现场检测工作检测资料整理检测结论和意见提交检测报告书。2.边坡检测的各项准备工作(1)联系工作。(2)基础资料收集。(3)检测人员和设备的配备。(1)联系工作。根据检测规定要求：检测单位在定期检测前1个月向被检矿山发出露天矿边坡检测通知书，被检矿山在接到通知后10d内应向检测单位返回露天矿边坡检测通知书回执，由检测单位根据具体情况确定检测日期。(2)基础资料收集。根据检测规定要求，基础资料是由矿山提供的。一般矿山可以及时提供的资料包括：开采范围、开采方式、基本概况、管理制度等。根据以上收集基础资料的特点，检测单位应该对被检矿山建立技术档案，以保持检测工作的连贯性。技术档案包括：工程地质资料，有关采剥作业资料，每次检测情况记录和报告书等。(3)检测人员和设备的配备。检测单位在完成检测规定要求的检测任务外，还需要进行被检矿山委托的补做基础资料的工作。这就需要在人员和设备配备上考虑这些问题。(二)现场检测工作1.边坡参数的测定和要求2.边坡岩体构造的踏勘3.采剥工作面违章开采情况的观测1.边坡参数的测定和要求(1)检测部位的确定。(2)检测项目及要求。(3)检测结果示意图绘制(1)检测部位的确定。检测规定要求测量的一组参数反映的是边坡上一个剖面的状况，而一个剖面的状况又不能代表整个边坡的状况，因此，检测规定要求检测的数据不得少于3组，即3个剖面。(2)检测项目及要求。要求对边坡长度、高度、台阶高度、台阶宽度、台阶坡面角、最终边坡角、生产边坡角、表土剥离宽度进行检测、记录及计算。(3)检测结果示意图绘制边坡参数测定后，除了填写检测记录表，还要绘制示意图。示意图分为平面图和剖面图，以形象反映检测剖面所在的边坡形状、上下关系等，以供分析时参考。2.边坡岩体构造的踏勘边坡岩体构造的踏勘，也就是现场工程地质调查。如果矿山已提供较详细的工程地质资料，那么现场踏勘工作主要是根据资料提供的岩石类型、岩体主要构造情况进行现场观测。3.采剥工作面违章开采情况的观测违章开采现象主要是在生产边坡上出现的。在高阶段不分层开采的露天矿场，违章开采对生产边坡稳定有直接的影响，甚至会造成严重的后果，应当对违章开采的形式、违章开采部位进行测定，并绘制违章开采的示意图。(三)检测资料的分析与计算1.极限平衡分折法2.边坡参数类比分析3.影响边坡稳定因素的确定1.极限平衡分折法这是一种根据平衡理论的数学模型计算分析方法，主要根据边坡破坏面上抵抗破坏的阻力和破坏力的比值n进行判定的。当n1时，边坡为不稳定状态；当n=1时，边坡处于极限平衡状态；当n1时，边坡才处于稳定状态，n值越大，边坡越稳定。n值称为“边坡稳定系数”。这种计算方法是结合岩体结构特征进行的。2.边坡参数类比分析通过现场检测，我们对生产矿山的边坡参数进行了有代表性的检测，得到了几组边坡参数，根据检测规定要求，对这些参数要按照国家有关规定进行分析3.影响边坡稳定因素的确定(1)边坡参数的影响。(2)优势结构面的影响。(1)边坡参数的影响。在一组边坡测定参数中，对边坡稳定性影响最大的参数是边坡角度，边坡角太陡或太缓都会降低边坡稳定性系数。台阶高度也可能对边坡稳定产生影响，当边坡角为定数时，台阶高度越大则稳定性越低。因此当台阶高度增加，则边坡角就要求降低一些。(2)优势结构面的影响。对边坡稳定性有直接影响，可能引起岩体滑落的弱结构面称为“优势结构面”。确定优势结构面的影响因素可从两个方面去考虑：一是根据极限平衡分析所得出的结论确定其稳定程度；二是根据结构面的产状、特征等去对照是否可能发生某种类型的破坏。(四)边坡稳定性评定1.稳定型边坡的确定2.不稳定型边坡的确定1.稳定型边坡的确定(1)边坡的各项参数基本符合国家规定。(2)岩体特征和主要结构面对边坡稳定基本无影响。(3)采剥工作面、各类边坡上均没有出现违章开采造成的不稳定状态。2.不稳定型边坡的确定(1)边坡的各项参数大部分不符合国家规定要求的。(2)在某个检测剖面的边坡参数中由于边坡角超过规定要求，可能引起该段边坡岩体发生坍塌破坏的。(3)采场上部表土层未按规定要求提前剥离，致使边坡上部坡角超过规定要求可能引起表土层倒塌现象的。(4)经检测分析，采场边坡岩体中存在优势结构面可能造成边坡岩体局部破坏的。(5)采剥工作面形成的伞榴、阴山、根底、空洞的部位。(6)各类边坡坡面上存在着浮石、险石，影响下部作业人员安全的。(7)存在其他影响因素，可能导致边坡岩体局部破坏等后果的。第四节滑坡的防治一、边坡防治简述二、防治方法三、煤矿、金属矿和非金属矿边坡的治理特点一、边坡防治简述(一)边坡的防治对象(二)滑坡的防治原则(三)边坡治理的工作顺序(一)边坡的防治对象(1)过高过陡的边坡。(2)岩性软弱的边坡。(3)岩体结构不利于抗滑稳定的边坡。(4)可能出现局部崩落的主要工程边坡。(二)滑坡的防治原则滑坡治理工作应贯彻“安全第一、以防为主、防治结合、及时治理、分期实施”的原则。根据线路边坡、航运边坡以及其他人工边坡的重要程度不同，提出相应的治理方案和治理措施。(三)边坡治理的工作顺序(1)截住并排出流入不稳定边坡区的地表水，防止水的冲蚀、弱化作用。(2)地下水的疏干措施，减低地下水位，消除静水压力的作用。(3)采区边坡削坡措施，减少边坡的静力学载荷，降低边坡载荷。(4)采区人工加固措施，强化边坡的力学强度，增加边坡的稳定性。二、防治方法(一)排水疏干(二)机械加固法(三)周边爆破法(一)排水疏干1.地表排水2.地下水疏干1.地表排水一般是在边坡岩体外面修筑排水沟，防止地表水流进边坡岩体表面裂隙中。排水沟要求有一定的坡度，一般为5%；断面大小应满足最大雨水时的排水需要；沟底不能漏水；要经常维护好水沟，不让水沟堵塞。2.地下水疏干(1)水平疏干孔(2)垂直疏干孔(3)地下疏干巷道(1)水平疏干孔图8-22平孔(2)垂直疏干孔在边坡顶部钻凿竖直小井，井中配装深井泵或潜水泵，排除边坡岩体裂隙中的地下水，是边坡疏干的有效方法之一。在岩质边坡中疏干井必须垂直于有水的结构面，以利于提高疏干效果。在坚硬岩体中，大部分水是通过构造断裂流动的。垂直疏干孔与水平疏干孔相比，其主要优点是，它们可以在边坡开挖前安装并开始疏干，而且，不论什么时候安装，这种装置均不与采矿作业相互干扰。采矿前疏干可能有较大好处，因为在某些情况下，疏干井抽水费用可能由于爆破及运输费用的降低而得到弥补。抽出的水常常是清洁的，可用于选矿厂或其他方面。(3)地下疏干巷道在坡面之后的岩石中开挖疏干水源巷道作为大型边坡的疏干措施，往往在经济上是合理的。对于大型边坡，由于钻孔的疏干能力有限，很可能需要打大量的孔。一个给定的边坡，通常只需要一个或二个水源疏干巷道。(二)机械加固法1.锚杆(索)加固边坡2.注浆法加固边坡3.抗滑桩加固边坡4.挡土墙加固边坡5.喷射混凝土加固边坡1.锚杆(索)加固边坡(1)锚索加固的实质。(2)锚索加固边坡的作用原理。(3)锚索加固的适用条件。(1)锚索加固的实质。图8-23锚索加固边坡的作用1锚头2内锚固段3张拉段4未锚固的边坡表面(2)锚索加固边坡的作用原理。当锚索插入钻孔通过不稳定体到达稳定岩体一定深度后，用水泥砂浆与内锚固段孔壁胶结在一起，然后用拉力设备给锚索施加预应力，通过内锚固段砂浆与孔壁周围岩体的摩擦力和胶结力将锚索的应力传递到深部稳定岩体中去。此时，锚索与锚固段形成一个90的压力锥体，在这个锥体范围内的岩体互相挤压，把锚索周围的岩体与锚索连成一个整体，形成一个均匀的挤压带，如图8-23所示。这样就阻止了岩体的变形和破坏，改变了内部岩体的应力状态，从而提高了边坡不稳定部分的整体性和稳定性。与此同时，锚索的预应力在垂直滑面方向上产生了对滑动面的正压力，这一正压力使滑面处的岩石摩擦力增大，从而有利于滑体的稳定。(3)锚索加固的适用条件。由于锚索注浆时有相当一部分浆液被压入裂隙和充填破碎区，这可起到增加岩体的整体性，达到提高岩体稳定性的作用。因此，预应力锚索加固适用于岩体破碎、产状紊乱、整体性差、轻度碎裂的岩体，以及岩层风化剥落、鼓胀变形严重、风化层较厚、防护面积较大的大型滑坡体。对于边坡高、坡率陡、岩性复杂破碎、力学性能差的边坡岩体，应用预应力锚索也能取得很好的加固效果。在有裂隙的坚硬岩体地段，为了增强边坡滑动面上的正压力，提高滑面上的抗滑力或固定松动危岩，也可采用预应力锚索。2.注浆法加固边坡(1)注浆加固的实质。(2)注桨加固的适用条件。(1)注浆加固的实质。注浆加固是通过注浆管，在一定的压力作用下使浆液进入边坡岩体裂隙中。一方面用浆液使裂隙和破碎岩体固结，将破碎岩石粘结为一个整体，成为破碎岩石中的稳定的骨架，提高了围岩的强度；另一方面堵塞了地下水的通道，减小水对边坡的危害。要使注浆能达到预期效果，注浆前必须准确了解边坡变形破坏的主滑面的深度及形状，以便使注浆管下到滑面以下的有利位置。注浆管可安装在注浆钻孔中，也可直接打入。注浆压力可根据孔的深度和岩体发育程度等因素确定。(2)注桨加固的适用条件。注浆加固多采用水泥注浆或水泥-水玻璃注浆。水泥注浆一般适用于处理节理岩石的边坡和岩质滑坡的滑面，但当节理裂隙小于0.15mm时，再采用水泥注浆就不会取得好的效果。原因是即使很细的水泥(粒径为3050m)也不能进入这样的小裂隙内。水泥注浆也可用于砾石类土和粗砂土层，因为此类土的空隙直径一般都大于0.15mm，但是对于粘性土和细砂层来说是不适用的。3.抗滑桩加固边坡(1)抗滑桩加固的实质。(2)抗滑桩的分类。(1)抗滑桩加固的实质。抗滑桩是穿过滑坡体固定于滑床的桩体，抗滑桩加固是利用桩埋入稳定的岩体内，使滑坡体下滑力的一部分由桩体承受，另一部分通过桩体传入稳固的岩体中去，从而达到支挡滑体的滑动力、保持边坡稳定的目的。(2)抗滑桩的分类。1)按桩本身变形情况分类可分为刚性桩和弹性桩。刚性桩。刚性桩的相对刚度视为无限大，其在水平方向的极限承载力和变形大小只取决于土岩的性质和抗滑力大小，而与桩的实际刚度无关。弹性桩。弹性桩则应考虑桩本身的变形，另外根据桩埋入滑动面以下深度的不同来判定桩的性质。2)按桩体材料分类可分为钢材桩、混凝土桩和钢筋混凝土桩、木桩。钢材桩。有钢管桩、钢轨桩、钢钎桩、钢板桩等几种。单纯使用钢材桩时要有防锈、防腐的措施，以免日久失效。混凝土桩和钢筋混凝土桩。在滑坡治理工程中多用钢筋混凝土桩。木桩。仅适用于一部分小型的土体(如粘土、黄土等)滑动体的阻挡，或临时支挡土体推力。由于其强度低、抗水性能差，一般很少采用，只能作为临时支挡措施。3)按桩体埋置情况分类可分为悬臂式桩和全埋式桩。(2)抗滑桩的分类。悬臂式桩。当桩前滑面以上土体少或无土体的，可以按悬臂式桩进行桩的内力计算。全埋式桩。当桩前滑面以上土体较厚时，作为全埋式桩进行内力计算。4)按施工方法分类可分为钻孔桩和挖孔桩。钻孔桩。用机械设备在设桩处钻孔，形成的抗滑桩，桩径为5001000mm。在滑坡治理工程中，钻孔桩使用较少，一方面由于桩径小，抗滑力较低；另一方面使用大型钻孔机械在滑体上施工不利于滑坡的稳定，且施工工艺复杂。挖孔桩。用人工在设桩处开挖成矩形或圆形的桩孔，再用钢筋混凝土浇筑成的解体，矩形的边长为24m。挖孔桩在边坡防治中普遍采用。4.挡土墙加固边坡(1)挡土墙的作用。(2)土墙的组成。(3)挡土墙的类型。挡土墙是用来支撑路基填土或山坡土(岩)体，防止填土或土(岩)体变形失稳的一种构造物。在路基工程中，挡土墙可用以稳定路堤和路堑边坡，减少土石方工程量和占地面图8-24挡土墙各部分名称积，防止流水冲刷路基，并经常用于整治塌方、滑坡等路基病害。另外在桥梁、房屋建筑、露天矿山以及其他许多工程中常常应用挡土墙维护边坡的稳定。(1)挡土墙的作用。图8-24挡土墙各部分名称(2)土墙的组成。(2)土墙的组成。图8-25设置在不同位置上的挡土墙(3)挡土墙的类型。挡土墙类型的划分方法较多，除按挡土墙设置位置划分外，还有按结构形式、建筑材料、施工方法以及所处环境条件等进行划分。如按建筑材料可分为石、混凝土及钢筋混凝土挡土墙等，按所处环境不同可分为一般地区挡土墙、浸水地区挡土墙与地震地区挡土墙等。一般以挡土墙的结构形式分类为主，常见的挡土墙形式有：重力式挡土墙(包括衡重式挡土墙)、薄壁式挡土墙(包括悬臂式和扶壁式挡土墙)、加筋式挡土墙、锚杆式和锚定板式挡土墙。此外，还有竖向预应力锚杆式、土钉式及桩板式等挡土墙。5.喷射混凝土加固边坡喷射混凝土是边坡的表面处理。它可以及时封闭边坡表层的岩石，免受风化、潮解和剥落，同时又可以加固岩石、提高岩石的强度。喷射混凝土可单独用来加固边坡，也可以和锚杆配合使用。对边坡喷射混凝土时，其回弹量的大小主要决定于喷射手的技术和是否加速凝剂。喷层的厚度一般约为10cm。为了提高喷射混凝土的强度，特别是提高抗拉强度和可塑性，可加设钢筋网。有时也可以在喷射混凝土干料中加入钢丝或玻璃纤维以提高其抗拉强度，这叫“钢丝纤维补强混凝土”。(三)周边爆破法1.减振爆破2.缓冲爆破3.预裂爆破1.减振爆破减振爆破是最简单的一种控制爆破方法。这种方法通常与某种其他控制爆破技术联合使用，诸如预裂爆破等。减振爆破是控制爆破中最经济的一种，因为它缩小了爆破孔距。减振爆破服从的一般法则是，抵抗线不超过孔距，通常采用抵抗线与孔距之比为0.8。如果比值过大，就可能产生爆破大块，并在爆破孔周围形成爆破漏斗。如果药包受到过分的约束，就不能破碎到自由面。如果孔距过大，每对爆破孔之间可能保留凸状岩块在坡面上。2.缓冲爆破缓冲爆破是沿着预先设计的挖掘界限爆裂，但在主生产爆破孔爆破之后起爆这些缓冲爆破孔。缓冲爆破的目的是从边帮上削平或修整多余的岩石，以提高边坡的稳定性。3.预裂爆破预裂爆破是最成功、应用最广泛的一种控制爆破方法。在生产爆破之前起爆一排少量装药的密间距的爆破孔，使之沿设计挖掘界限形成一条连续的张开裂缝，以便散逸生产爆破所产生的膨胀气体。减震爆破孔排可用来使预裂线免受生产爆破的影响。预裂爆破的目的是对特定岩石和孔距，通过特殊的方式装药，使孔壁压力能爆裂岩石，但仍不超过它们原位动态抗压强度，以及爆破孔周围岩石不发生压碎。因为大多数岩石的爆压均大于6.8108Pa，而大多数岩石的抗压强度都不大于4.1108Pa，所以必须降低爆压。降低爆压可通过采用不耦合装药、间隔装药或低密度炸药来实现。三、煤矿、金属矿和非金属矿边坡的治理特点露天煤矿，在煤层上部的覆盖岩层大都是第四系软土和鹅卵石砾岩，煤层下部是第三系地层的沉积岩层，岩性较软，整体性和强度较差，属于泥岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩、粉砂岩及页岩等岩性。故在治理边坡方面，多采用削坡减载和配合打抗滑桩的方法进行。如在云南省的小龙潭露天煤矿、楚雄吕合露天煤矿、华宁露天煤矿都用以上方法治理边坡，取得较好的效果。谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH