·240· 北京科技大学学报 第34卷 传统的边坡稳定性分析与设计方法是极限平衡 坡稳定性和设计优化研究的基础.为此，开展了专 分析法.这种方法所依据的是静力平衡原理，只考 门的地表边坡工程地质测绘、深部边坡工程地质勘 虑在重力作用下滑坡体的下滑力与滑移面上抗滑力 探及岩体构造发育情况现场勘查等，完成的主要工 的平衡问题：只能考虑“滑坡”一种边坡破坏方式， 作有：边坡专门工程地质调查与测绘，实际上图测点 只有“安全系数”一种边坡稳定性判断指标；不能考 69个：边坡深部工程地质勘探，共打专门边坡补勘 虑边坡断层、构造和实际岩体物理、力学特性等控制 钻孔3个，累计进尺500.64m;辅助勘探孔3个，累 性因素对边坡稳定性的影响.事实上，边坡失稳破 计进尺357.33m 坏是一个复杂的力学过程，只有通过系统的力学分 2.1.1边坡工程地质岩组划分 析，才能对边坡稳定性做出全面的、准确的分析和评 工程地质岩组的划分以地层和岩石组成与结构 价.简单的极限平衡分析不可能做出既符合工程实 作为基础，把岩性特征、成层环境和结构特点作为划 际又符合边坡失稳破坏机理的边坡稳定性分析和判 分的重要依据.根据以上原则及实际调查和勘查得 断，因而不可能做出真正的优化设计B-! 到的采场边坡岩体条件，大顶铁矿边坡工程地质岩 现代数值模拟方法能根据实际的边坡工程地 组具体划分为以下五组：泥岩夹粉砂岩岩组，粉砂岩 质、水文地质条件、矿体赋存状况和岩体物理力学性 夹砂质泥岩岩组，花岗（斑）岩岩组，矽卡岩岩组和 质，对边坡开挖全过程中的稳定状态进行系统的力 闪长岩岩组 学分析，能考虑滑移、倾倒、崩塌、拉伸、剪切、拉一剪 2.1.2边坡岩体不连续面测量与统计 和压一剪等多种破坏模式，有应力、位移、位移速度、 边坡节理岩体不连续面的产状、密度、形态 应力集中局部化、能量集中局部化、拉破坏区、剪破 及其组合分布对边坡稳定性往往起控制作用.为 坏区和塑性区等多种边坡稳定性判断指标，因而分 掌握岩体不连续面空间组合关系及分布规律，采 析结果能很好地反映工程实际.通过多方案的计 用详细线测量方法对岩体节理进行了实地测量. 算、分析和比较，就可以做出符合边坡工程实际的优 在边坡不同位置布置测线11条，所测数据运用 化设计.但是，数值模拟方法不能像极限平衡分析 动态聚类分析方法进行统计分析.聚类分析是将 方法那样给出一个确定的滑移面.所以，数值模拟 样本的各种性质转化成若干个指标，通过指标的 方法和极限平衡分析方法相结合，是最好的边坡稳 定量化分析对样本进行精确分类.其基本特点是 定性分析与优化设计方法B-) 用精确的数学计算和简单的逻辑判断代替传统 分析方法中大量的经验判断与复杂的逻辑判断， 2 边坡工程地质、水文地质和岩石力学综合 使得不连续面的产状分组工作完全由计算机来 调查与试验研究 实现 2.1矿区工程地质勘探与试验研究 根据测量和统计结果绘制的大顶铁矿边坡岩体 准确了解和掌握边坡的工程地质条件是进行边 节理走向分布等密度图见图1. (a 极点密度色诺对照图（每1学面积 10-2% 极点密度色谱对照图（每1%面） 0-15% 24是 1.5%-3.0% 46g 6%-8% 3.0%-45% 8%-10% 45%-6.0% 10%-12% 6.0%-75% 12%-14% 75%-9.0% 14塔-16% 9.0%-10.5% 16%-18% 10.5%-12.0% 189%-20% 12.0%-13.5% 13.5%-15.0% 最大极点密度：17.8029% 最大极点密度：11.6570% 图1节理走向分布等密度图.(a)北帮：(b)东帮 Fig.1 Iso-density chart of joint strikes:(a)north side;(b)east side 2.1.3边坡岩体结构特征 其中不连续面为节理面和风化软弱夹层.此结构类 调查表明，大顶铁矿边坡岩体结构主要有以下 型的岩体节理裂隙发育，局部节理贯通性强，贯穿 三种类型：(1)块状结构.块状结构边坡主要由矽 2~3个台阶的大节理面很多见.采场北帮、西北帮 卡岩与花岗（斑）岩岩体构成.结构体主要为块状， 边坡基本属于此类型结构，见图2(a).(2)碎裂结北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 传统的边坡稳定性分析与设计方法是极限平衡 分析法． 这种方法所依据的是静力平衡原理，只考 虑在重力作用下滑坡体的下滑力与滑移面上抗滑力 的平衡问题; 只能考虑“滑坡”一种边坡破坏方式， 只有“安全系数”一种边坡稳定性判断指标; 不能考 虑边坡断层、构造和实际岩体物理、力学特性等控制 性因素对边坡稳定性的影响． 事实上，边坡失稳破 坏是一个复杂的力学过程，只有通过系统的力学分 析，才能对边坡稳定性做出全面的、准确的分析和评 价． 简单的极限平衡分析不可能做出既符合工程实 际又符合边坡失稳破坏机理的边坡稳定性分析和判 断，因而不可能做出真正的优化设计［3--4］． 现代数值模拟方法能根据实际的边坡工程地 质、水文地质条件、矿体赋存状况和岩体物理力学性 质，对边坡开挖全过程中的稳定状态进行系统的力 学分析，能考虑滑移、倾倒、崩塌、拉伸、剪切、拉--剪 和压--剪等多种破坏模式，有应力、位移、位移速度、 应力集中局部化、能量集中局部化、拉破坏区、剪破 坏区和塑性区等多种边坡稳定性判断指标，因而分 析结果能很好地反映工程实际． 通过多方案的计 算、分析和比较，就可以做出符合边坡工程实际的优 化设计． 但是，数值模拟方法不能像极限平衡分析 方法那样给出一个确定的滑移面． 所以，数值模拟 方法和极限平衡分析方法相结合，是最好的边坡稳 定性分析与优化设计方法［5--6］． 2 边坡工程地质、水文地质和岩石力学综合 调查与试验研究 2. 1 矿区工程地质勘探与试验研究 准确了解和掌握边坡的工程地质条件是进行边 坡稳定性和设计优化研究的基础． 为此，开展了专 门的地表边坡工程地质测绘、深部边坡工程地质勘 探及岩体构造发育情况现场勘查等，完成的主要工 作有: 边坡专门工程地质调查与测绘，实际上图测点 69 个; 边坡深部工程地质勘探，共打专门边坡补勘 钻孔 3 个，累计进尺 500. 64 m; 辅助勘探孔 3 个，累 计进尺 357. 33 m． 2. 1. 1 边坡工程地质岩组划分 工程地质岩组的划分以地层和岩石组成与结构 作为基础，把岩性特征、成层环境和结构特点作为划 分的重要依据． 根据以上原则及实际调查和勘查得 到的采场边坡岩体条件，大顶铁矿边坡工程地质岩 组具体划分为以下五组: 泥岩夹粉砂岩岩组，粉砂岩 夹砂质泥岩岩组，花岗( 斑) 岩岩组，矽卡岩岩组和 闪长岩岩组． 2. 1. 2 边坡岩体不连续面测量与统计 边坡节理岩体不连续面的产状、密 度、形 态 及其组合分布对边坡稳定性往往起控制作用． 为 掌握岩体不连续面空间组合关系及分布规律，采 用详细线测量方法对岩体节理进行了实地测量． 在边坡不同位置布置测线 11 条，所 测 数 据 运 用 动态聚类分析方法进行统计分析． 聚类分析是将 样本的各种性质转化成若干个指标，通过指标的 定量化分析对样本进行精确分类． 其基本特点是 用精确的数学计算和简单的逻辑判断代替传统 分析方法中大量的经验判断与复杂的逻辑判断， 使得不连续面的产状分组工作完全由计算机来 实现［7］． 根据测量和统计结果绘制的大顶铁矿边坡岩体 节理走向分布等密度图见图 1． 图 1 节理走向分布等密度图 . ( a) 北帮; ( b) 东帮 Fig． 1 Iso-density chart of joint strikes: ( a) north side; ( b) east side 2. 1. 3 边坡岩体结构特征 调查表明，大顶铁矿边坡岩体结构主要有以下 三种类型: ( 1) 块状结构． 块状结构边坡主要由矽 卡岩与花岗( 斑) 岩岩体构成． 结构体主要为块状， 其中不连续面为节理面和风化软弱夹层． 此结构类 型的岩体节理裂隙发育，局部节理贯通性强，贯穿 2 ～ 3 个台阶的大节理面很多见． 采场北帮、西北帮 边坡基本属于此类型结构，见图 2( a) ． ( 2) 碎裂结 ·240·