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摘要：本文通过对某露天矿进行实地勘测，搜集相关资料，并进行整理汇总，在此基础上通过三维快速拉格朗日有限差分法FLAC3D建立3D数值模型，并分别对模型中的不同岩层赋予相应的参数值，基于强度折减法对模型进行模拟运算，得到该露天矿达产第六年末端帮边坡安全系数，为预测露天矿开采过程中边坡滑体的发展趋势、边坡的设计施工提供决策依据。
关键词：露天矿；FLAC3D；数值模型；边坡安全系数
1 FLAC3D安全系数求解基本原理
FLAC3D中的安全系数求解采用的是强度折减法，在强度折减法中边坡稳定的安全系数定义为：使边坡刚好达到临界破坏状态时，对岩、土体的抗剪强度进行折减的程度，即定义安全系数为岩土体的实际抗剪强度与临界破坏时的折减后剪切强度的比值。强度折减法的要点是利用公式1和公式2来调整岩土体的强度指标C和
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（式中
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为折减后的粘接力，
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为折减后的摩擦角，
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为折减系数），然后对边坡稳定性进行数值分析，不断地增加折减系数，反复计算，直至其达到临界破坏，此时得到的折减系数即为安全系数
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。
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(1)
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(2)
为了缩短求解时间，模型运算过程中安全系数求解采用“二分法”，对其内置强度折减法进行改进，运算过程中安全系数自定义为ks。
2 某露天矿端帮边坡稳定性分析
2.1 矿区地质特征
矿区为油页岩0.6Mt/a露天矿，地层呈走向北北东、倾向南东东的单斜构造，断裂不发育。矿区东部F1断裂规模较大，走向北北东，为继承性张性断裂。由航测资料推断，该断裂延长20km，在矿区内推断最大落差为300m。由于断层位于矿田边界，其断裂破碎带对边坡稳定性有一定影响。
矿田内构造简单，岩体为强度极低的软岩，除油页岩层外主要是原生结构面。粗粒岩胶结疏松，依据上述特点，边坡岩体可以归属于散体结构及层状结构二种类型。散体结构：主要是砂砾石层，松散状态，颗粒间未胶结，结构体呈颗粒状；层状结构：边坡岩体大部分属于层状结构类型。岩层产状近似水平，水平层理及波状层理发育，失水后干裂沿层理面呈片状裂开，泥岩呈厚层状，除油页岩层外其他岩层很少见到裂隙面。
矿区在开采过程中采用疏干降水，水位已降至矿层底板一下，因此文中FLAC3D数值模拟只考虑岩石的性质、构造和结构面。
2.2 达产第六年末端帮边坡稳定性分析
1. 建立模型
依据矿区首采区各年度坑底坑口边界图确定达产第六年末开采端帮剖面位置，见图1。
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图1 达产第六年末端帮分析剖面位置图
依据矿山初步设计报告，参考矿区第6勘探线采掘进度计划图（见图2）和第6勘探线水文地质工程地质剖面图（见图3），得到剖面岩层分布图，进而得到剖面数值建模示意图，分别见图4、图5。
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图2 第6勘探线采掘进度计划图
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图3 第6勘探线水文地质工程地质剖面图
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图4 达产第六年末端帮剖面岩层分布图
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图5 剖面数值建模示意图
依照图5，在FLAC3D中建立3D数值模型，见图6。
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图6 3D数值模型（注：模型中不同颜色代表不同岩层）
3. 安全系数求解
根据地质报告并参考相似矿山资料，确定不同岩层物理力学性质指标，见表2。
表2 岩层物理力学性质指标
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分别将相应的物理力学性质指标赋予3D数值模型中的不同岩层，经软件FLAC3D运算得到端帮模型的竖向应力云图（正值表示拉应力，负值表示压应力）与剪切应变增量模型图，分别见图7、图8。
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图7 端帮模型竖向应力云图
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图8 端帮模型剪切应变增量模型图
运算结果：如图所示，ks=1.523437500000e+000，即剖面模型边坡安全系数为1.52，可见达产第六年末端帮边坡稳定性比较好。
4 结论
本研究依据某露天矿首采区各年度坑底坑口边界图确定了矿区达产第六年末的端帮位置，通过实地勘探，资料整理汇总，得到该端帮处地质岩层分布情况及各个岩层物理力学性质指标，运用FLAC3D软件比较准确地建立了端帮3D数值模型。数值模型反应了各个岩层的分布情况，分别对模型中的不同岩层赋予相应的参数值，基于强度折减法对模型进行模拟运算，得到该露天矿达产第六年末端帮边坡安全系数1.52，大于1.3，边坡稳定性较好。依照此种方法，可以分别对矿区达产1至5年内的端帮边坡稳定性进行分析，进而为预测露天矿开采过程中边坡滑体的发展趋势、边坡的设计施工提供决策依据。
参考文献
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作者简介:刘国义(1974-),男，高级工程师,硕士,大庆油田水文地质勘测与开发学术技术带头人，从事水文地质勘察及地下水资源管理方面的研究。E-mail:dqswliugy@cnpc.com.cn Tel:15164565082