露天采场边坡稳定性的有限元数值模拟分析

露天采场边坡稳定性的有限元数值模拟分析

王昌

FiniteElementNumericalSimulationAnalysisofOpenPitSlopeStability

王昌WANGChang曰周宗红ZHOUZong-hong（昆明理工大学国土资源工程学院，昆明650093）（FacultyofLandResourceEngineering，KunmingUniversityofScienceandTechnology，Kunming650093，China）

摘要院本文针对国内某露天采场边坡，根据其岩体力学参数，运用有限元数值模拟对其进行边坡稳定性分析，研究了边坡的破坏区分布，在分析滑动机理时，通过不同强度折减系数计算出边坡内最大剪应变发展状况，得出边坡变形破坏的首要部位将为坡脚，其次为坡顶，滑面形状为近似圆弧形，并得出了其破坏机理。

Abstract:Thispaperusesfiniteelementnumericalsimulationtoanalyzeitsslopestabilityofadomesticopenpitslope,accordingtotherockmechanicalparameters,studiesthedistributionoftheslopefailurezone,intheanalysisofslidingmechanism,bydifferentstrengthreductionfactortocalculatetheslopeofthemaximumshearstraindevelopment,obtainsthattheprimarysiteofthetoeofslopedeformationandfailurewillbefollowedbyahill,slipperysurfaceshapeisapproximatelycircularshape,anddrawsitsfailuremechanism.

关键词院有限元法；边坡稳定性；强度折减法Keywords:finiteelementmethod；slopestability；strengthreductionmethod中图分类号院TD804文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）16-0304-020

引言边坡是由各种不同成因类型、不同地质作用的岩体所组成的复杂介质，又具有类型不同、规模不一、方位各异的地质不连续面，呈现明显的非均匀性和各向异性。在边坡稳定性分析中，有必要掌握其受力状态，分析其应力应变，从而估计边坡的破坏发展，边坡的失稳可能是由局部地区应力达到强度极限，变形增大而逐步发展的。

随着计算机飞速发展，数值计算方法如离散单元法[1-2]，刚体一弹簧元法[3]，块体单元法[4-6]等方法在边坡稳定性分析中得到了普遍的应用。有限元法能适应各种边界条件和几何形态变化，能考虑岩体的非均质和不连续性，还能考虑非线性应力应变关系，因而它是一种边坡稳定性分析的有用工具。有限元法在边坡领域的应用也越来越广泛[7-8]。

本文根据内蒙某金矿露天边坡的工程地质特征，通过有限元软件Phase2建模，利用强度折减法进行边坡稳定性模拟分析，对于露天边坡的灾害防治具有理论和实际意义。

1边坡稳定性的有限元分析1.1岩体力学参数根据某金矿露天边坡稳定性的1000线工程地质剖面作为分析剖面。根据金矿露天边坡岩体的分布特点，以及拟露天开挖后的情况，本分析考虑了11种岩性，即b1、b2-1、b2-2、b3-1、b3-2、b3-3、b4、h3、花岗岩、中风化层、第四系，其力学性质如表1所示。

1.3.2滑动机理分析图3和图4为B1模型北边坡强度折减法计算安全系数的过程，从强度折减系数F取值为1.19、1.37和1.75情况下的计算出边坡内最大剪应变发展状况来看，可以得出边坡变形破坏的首要部位将为坡脚，其次为坡顶，滑面形状为近似圆弧形，其变形破坏机理为：坡脚剪切破坏区逐步向上发展，坡顶剪切破坏区逐步向坡体内延伸，当坡脚与坡顶的破坏区连通时，边坡产生整体破坏，滑动模式为圆弧滑动。

2结论淤从破坏区分析可知，随着边坡坑底的不断下移，拉应力破坏区和剪切破坏区范围从坡顶不断向坡内延伸，坡面中部逐渐开始出现破坏区。于根据模型北边强度折减法，从强度折减系数F取值为1.37和1.75情况下的计算出边坡内最大剪应变发展状况来看，可以得出边坡变形破坏的首要部位将为坡脚，其次为坡顶，滑面形状为近似圆弧形。盂边坡变形破坏机理为：坡脚剪切破坏区逐步向上发展，坡顶剪切破坏区逐步向坡体内延伸，当坡脚与坡顶的破坏区连通时，边坡产生整体破坏，滑动模式为圆弧滑动。

参考文献院[1]CUNDALLPA援Formulationofthree-dimensionaldistinctelementmodel援part1援Aschemetodetectandrepresentcontactsinsystemcomposedofmanypolyhedralblocks[J]援Int援J援RockMech援Min援Sci援andGeonechanicsAbstracts，1998，25(1):10-16援[2]HARTR.CUNDALLPA，LEMOSJ援Formulationofthreedimensionaldistinctelementmodel援part2援mechanicalcalculationsformotionandinteractionofasystemcomposedofmanypolyhedralBlocks[J]援Int援J援RockMech援Min援Sci援andGeonochanicsAbstracts，1988，25(1):11-25援[3]KAWAIT援AnewdiscretemodelforanalysisofsolidmechanicsProblem[J]援ScisanKenkyn，1977，29(4)：204-207援[4]CHENSH，SHAHROURI，EGGERP，eta1援Analysisofarchdamabunnentslopeusingelasto-viscoplusticblocktheory[J]援RockMech援andRockEng援2002，35(3)：1-23援[5]陈胜宏，汪卫明，邹丽春援岩石边坡开挖及加固分析的弹黏塑性块体元方法[J]援岩石力学与工程学报，2002，21(7)：953-958援[6]任青文，余天堂援边坡稳定的块体单元法分析[J]援岩石力学与工程学报，2001，20(1)：20-24援[7]郑宏，李春光，李焯芬等.求解安全系数的有限元法[J]援岩土工程学报，2002，24(5)：323-328援[8]龚曙光援ANSYS工程应用实例解析[M]援北京：机械工业出版社，2003援作者简介院王昌（1988-），男，辽宁开原人，昆明理工大学国土资源工程学院硕士研究生，研究方向为放矿理论。