互动科普

露天矿边坡工程是一门涉及露天采矿、工程地质与水文地质、岩石力学、土力学、爆破工程、露天矿机械等多个领域的综合性工程技术，其研究的目的就是寻求经济开采与安全生产之间的平衡点，在保障开采安全、露天矿边坡整体稳定的前提下，最大限度地提高边坡角，减少剥离量，以期获得最大开采效益。我国是一个矿业大国，也是露天开采大国，是世界上露天矿数量和露天矿产量最多的国家。我国的大型露天矿大多建于或者改扩建于20世纪50~70年代，目前都已进入了深凹露天开采阶段，边坡高大、问题突出。

露天矿边坡的开挖主要是在岩体中进行的，在地表很可能通过一定厚度的表土，一般在0～100m。由于露天矿边坡开挖，使原来位于地壳内部的岩体暴露出来，破坏了边坡岩体内部的初始应力平衡。边坡表面临空岩体在自重和次生应力场作用下，必然会向临空方向移动。当边坡岩体具有足够的强度时，这种移动的位移量较小，在工程允许的范围内，边坡整体处于稳定状态。当边坡岩体强度低，或岩体中有倾向临空的地质结构面，或岩体的弹性模量小，易于产生大变形，或岩体的蠕变严重等，边坡将发生滑动或工程上不能容忍的变形量，这种滑动、变形量过大等统称为边坡破坏。一般而言，边坡变形往往是边坡破坏的前兆，即边坡变形的积累达到一定程度，将导致边坡失稳破坏。但在一定条件下对发生较大变形的边坡进行整治，则不会导致破坏。

露天矿边坡破坏按其发生的形态主要分为塌落、滑坡和倾倒等。

塌 落

塌落是指台阶上部岩体因在风化、生产爆破震动、运输机械震动等作用下脱离母体，下落堆积坡脚的现象，有时还伴有岩石的翻滚和破碎，如图1-6所示。塌落会破坏台阶原有设计形状，减小台阶上部宽度，台阶无法满足运输、清扫等需要，中断运输线路，增加清扫费用等，严重的塌落也会改变整个边坡的形状，导致边坡角减小等。

图1-6 边坡岩体塌落

滑 坡

滑坡是指边坡岩体在自重或其他外部荷载作用下，在较大范围内沿某一平面或曲面整体向下移动的现象。这一平面或曲面称为滑面，整体向下移动的岩体称为滑体。其破坏机理是由于滑面上的剪力大于抗剪强度所致。一般滑体的生成至整个滑动的时间较长，滑坡初期表现为滑体整体的蠕动变形，最后突然滑落，通常滑体解体。这一过程从数日至数年不等。有些滑坡前具有明显的变形特征，有些滑坡前则变形量较小，滑动迹象不明显。按滑面形状又将滑坡分为平面滑坡、圆弧滑坡和楔体滑坡等。

(1) 平面滑坡。如图1-7(a)和图1-8(a)所示，当地质结构面的走向平行边坡坡面，倾向和边坡坡面一致，其倾角小于边坡角而大于摩擦角时，边坡岩体易于发生沿结构面的平面型滑坡。

(2) 圆弧滑坡。如图1-7(b)和图1-8(b)所示，滑动面为圆弧形，当岩土非常软弱（土体），或者边坡岩体的裂隙发育，或者岩体已经破碎（废石堆）时，边坡易于发生圆弧滑坡。圆弧滑面是指垂直于坡肩方向断面上的滑动面呈圆弧形状。

(3) 楔体滑坡。如图1-7(c)和图1-8(c)所示，当两个结构面斜交边坡坡面，其交线在边坡坡面出露时，如果此交线的倾角大于结构面的摩擦角而小于边坡角时，则容易发生楔体滑坡。坚硬岩体中的露天矿台阶很多是这种形式破坏的。

图1-7 常见滑坡类型

图1-8 实际露天矿滑坡照片

由于地质条件的复杂性，露天矿边坡的滑面又常表现为多种滑面的组合，不同地段的边坡发生滑坡破坏的类型也不相同。如图1-9所示，图1-9(a)为下部沿弱层滑动，中部剪切岩体，上部张裂破坏形式。图1-9(b)为沿两组优势节理组形成的追踪节理面的折面滑动形式。

图1-9 组合型滑动面

露天矿滑坡的危害极大，如切断运输线路，推倒采掘运输设备，掩埋采矿、剥离工作面与人员，破坏地面工业民用建筑物，甚至迫使矿山停产、倒闭等。而清除滑坡岩碴、修复更新设备、拆迁地面建筑物、恢复生产等均需要大量人力、物力、财力与时间，如图1-10所示。

图1-10 露天铁矿滑坡

倾 倒

倾倒破坏是一种不同于滑坡，但又和滑坡有着某些联系的边坡破坏类型。其主要特点是边坡岩体内部存在着一组与边坡坡面反倾而倾角又很大的软弱结构面，该组结构面将边坡岩体切割成许多相互平行的块体，在重力作用下，这些平行的块体缓慢地向外弯曲、塌落，如图1-11所示。

图1-11 倾倒破坏

上述塌落、滑坡、倾倒三种边坡破坏形式中，塌落一般只涉及边坡台阶的破坏，滑坡则可涉及多个台阶乃至整个边坡破坏，对露天矿开采可造成巨大危害，是边坡破坏的主要形式；倾倒一般只涉及台阶，但是它和滑坡结合起来也可造成较大的边坡破坏。上述几种边坡破坏形式有时不易截然分开，有时边坡破坏可能由一种形式转变为另一种形式。

本文由安静摘编自王家臣、孙书伟著《露天矿边坡工程》（科学出版社2016年2月第1版）第一章，内容有删减。

978-70-03-046064-6

《露天矿边坡工程》针对露天矿边坡工程研究需要，结合作者多年研究经验，系统介绍露天矿边坡工程研究的总体思路、研究方法、基础理论和知识，以及一些工程实践和露天矿边坡研究新进展。主要内容包括露天矿边坡工程特点、露天矿典型滑坡实例、岩体力学基础知识、岩体结构面调查与统计分析、边坡二维与三维极限平衡分析方法、极限平衡分析方法对比、边坡可靠性分析基础、边坡数值分析、露天矿边坡加固、排土场主要破坏模式与稳定分析，以及露天矿边坡监测等。