工程科学学报，第44卷，第X期 KEY WORDS open-pit mine;rock slope;design safety factor;instability probability:slope stability:evaluation standard 矿业作为国民经济的支柱型产业，为经济发 性状态.可靠性分析方法采用概率统计方式对稳 展提供物质基础，发挥了不可替代的作用山.我国 定性评价结果的准确性和真实性进行评判，是分 露天矿数量众多，露天开采的非煤矿石产量在总 析岩土工程不确定性的有效方法 矿石产量中占较大比重.铁矿石量露天开采约占 近年来，可靠性分析方法在边坡稳定性评价 铁矿石开采总量的77%，有色金属矿石量露天开 中发展迅速.Terbrugge等9采用事件树模型将多 采约占有色金属矿石开采总量的52%，化工材料 种风险与边坡破坏联系起来，得到了边坡失稳概 矿石量露天开采约占化工材料矿石开采总量的70%， 率.Johari与Larino将岩质边坡的破坏模式分为四 建筑材料矿石量露天开采近似占建筑材料矿石开 种，探讨了不同高度及破坏模式对边坡系统失稳 采总量的100%随着我国露天矿山开采持续向 概率的影响，建立了直接评估岩质边坡失稳概率 深部、高强度、大规模方向发展，由于地质条件恶 的模型.Obregon与Mitri结合矿山实例对露天 化、地应力增加、涌水量增多等诸多不利因素的 矿台阶边坡的失稳概率进行了研究.陈群等采 影响，边坡稳定性及其管理问题越来越突出，制约 用蒙特卡罗法研究了坝体边坡的岩体强度参数不 着我国矿产资源的安全、高效开发 确定性对边坡失稳概率的影响.吴顺川等)采用 据不完全统计，近十余年来，金属、非金属露 类比法和校准法确定了露天矿边坡不同等级的目 天矿山边坡发生滑坡事故1951起，占全国滑坡事 标可靠度指标建议值，提出了服务年限修正系数， 故总起数的15%，居第3位；死亡3065人，占滑坡 建议了考虑安全等级与服务年限双重因素的矿山 死亡总人数的18.75%，居于首位)2017年全国非 边坡目标可靠度.饶运章等采用逻辑回归模型 煤矿山生产安全事故统计显示，矿山边坡垮塌事 对失稳概率和安全系数的函数关系进行了研究， 故28起、死亡38人，居矿山所有安全事故第3位 结合案例验证了拟合函数的准确性.其他学者对 露天可矿山边坡失稳造成重大人员伤亡和巨大经济 地震)、降雨条件下的边坡失稳概率开展了相 损失，严重威胁矿山生产安全 关研究 设计安全系数作为边坡稳定性评价的关键指 不同尺度规模的岩质边坡稳定性控制要素和 标，其合理取值对矿山安全生产与持续发展具有 破坏模式不尽相同，稳定性评价考虑的因素应有 重要影响.随露天矿山持续向深部开采，边坡地质 所侧重，现有的稳定性评价标准以一概之势必会 特征和规模愈来愈复杂多变，分析多种尺度与组 造成不必要的资源损失.本文基于露天矿山边坡 合工况条件下边坡稳定性的难度不断加大，更为 的特点和分类，对破坏模式进行分析：讨论了边坡 重要的是，设计安全系数的合理取值亟需开展进 稳定性评价中存在的问题，类比土木工程边坡的 一步的深化研究 设计安全系数，重点对非煤露天矿山边坡的设计 王四巍等分析了国内外矿山边坡设计安全 安全系数取值进行讨论：探讨将可靠性分析方法 系数标准，发现美国阿波罗尼亚咨询公司和加拿 引入稳定性评价的合理性，并建议了不同尺度露 大采矿部门选用的采矿边坡设计安全系数一般为 天矿边坡稳定性评价的设计安全系数取值标准. 1.30~1.50,英国国家煤矿委员会选用的设计安全 1矿山岩质边坡特征与破坏模式 系数为1.25~1.50，统计表明国外学者提出的总体 边坡设计安全系数多为1.30~1.50.国内《非煤露 1.1矿山岩质边坡的特点 天矿边坡工程技术规范》GB51016一2014选用 岩质边坡主要涉及土木工程和采矿工程两大 的总体边坡设计安全系数为1.05~1.25.杜时贵等71 领域，土木工程范围较广，包含公路、铁路、水利 对大型露天矿山边坡设计安全系数的取值精度进 及市政等多个行业，采矿工程主要指露天矿山 行了探索 与土木工程相比，露天矿山边坡具有显著的 目前，露天矿边坡稳定性评价一般采用确定 特点，主要包括以下五个方面 的岩体参数进行计算分析，但由于实际工程中地 (1)边坡稳定影响因素的复杂性：露天矿山边 质条件、试验设备和其他因素的影响，岩体参数难 坡设计及施工由矿体赋存条件决定，岩体结构、地 以精确测定，稳定性计算难以准确反映边坡稳定 下水以及原岩应力状态等均具有不可选择性KEY WORDS    open-pit mine；rock slope；design safety factor；instability probability；slope stability；evaluation standard 矿业作为国民经济的支柱型产业，为经济发 展提供物质基础，发挥了不可替代的作用[1] . 我国 露天矿数量众多，露天开采的非煤矿石产量在总 矿石产量中占较大比重. 铁矿石量露天开采约占 铁矿石开采总量的 77%，有色金属矿石量露天开 采约占有色金属矿石开采总量的 52%，化工材料 矿石量露天开采约占化工材料矿石开采总量的 70%， 建筑材料矿石量露天开采近似占建筑材料矿石开 采总量的 100% [2] . 随着我国露天矿山开采持续向 深部、高强度、大规模方向发展，由于地质条件恶 化、地应力增加、涌水量增多等诸多不利因素的 影响，边坡稳定性及其管理问题越来越突出，制约 着我国矿产资源的安全、高效开发. 据不完全统计，近十余年来，金属、非金属露 天矿山边坡发生滑坡事故 1951 起，占全国滑坡事 故总起数的 15%，居第 3 位；死亡 3065 人，占滑坡 死亡总人数的 18.75%，居于首位[3] . 2017 年全国非 煤矿山生产安全事故统计显示，矿山边坡垮塌事 故 28 起、死亡 38 人，居矿山所有安全事故第 3 位[4] . 露天矿山边坡失稳造成重大人员伤亡和巨大经济 损失，严重威胁矿山生产安全. 设计安全系数作为边坡稳定性评价的关键指 标，其合理取值对矿山安全生产与持续发展具有 重要影响. 随露天矿山持续向深部开采，边坡地质 特征和规模愈来愈复杂多变，分析多种尺度与组 合工况条件下边坡稳定性的难度不断加大，更为 重要的是，设计安全系数的合理取值亟需开展进 一步的深化研究. 王四巍等[5] 分析了国内外矿山边坡设计安全 系数标准，发现美国阿波罗尼亚咨询公司和加拿 大采矿部门选用的采矿边坡设计安全系数一般为 1.30～1.50，英国国家煤矿委员会选用的设计安全 系数为 1.25～1.50，统计表明国外学者提出的总体 边坡设计安全系数多为 1.30～1.50. 国内《非煤露 天矿边坡工程技术规范》GB 51016—2014[6] 选用 的总体边坡设计安全系数为 1.05～1.25. 杜时贵等[7−8] 对大型露天矿山边坡设计安全系数的取值精度进 行了探索. 目前，露天矿边坡稳定性评价一般采用确定 的岩体参数进行计算分析，但由于实际工程中地 质条件、试验设备和其他因素的影响，岩体参数难 以精确测定，稳定性计算难以准确反映边坡稳定 性状态. 可靠性分析方法采用概率统计方式对稳 定性评价结果的准确性和真实性进行评判，是分 析岩土工程不确定性的有效方法. 近年来，可靠性分析方法在边坡稳定性评价 中发展迅速. Terbrugge 等[9] 采用事件树模型将多 种风险与边坡破坏联系起来，得到了边坡失稳概 率. Johari 与 Lari[10] 将岩质边坡的破坏模式分为四 种，探讨了不同高度及破坏模式对边坡系统失稳 概率的影响，建立了直接评估岩质边坡失稳概率 的模型. Obregon 与 Mitri[11] 结合矿山实例对露天 矿台阶边坡的失稳概率进行了研究. 陈群等[12] 采 用蒙特卡罗法研究了坝体边坡的岩体强度参数不 确定性对边坡失稳概率的影响. 吴顺川等[13] 采用 类比法和校准法确定了露天矿边坡不同等级的目 标可靠度指标建议值，提出了服务年限修正系数， 建议了考虑安全等级与服务年限双重因素的矿山 边坡目标可靠度. 饶运章等[14] 采用逻辑回归模型 对失稳概率和安全系数的函数关系进行了研究， 结合案例验证了拟合函数的准确性. 其他学者对 地震[15]、降雨[16] 条件下的边坡失稳概率开展了相 关研究. 不同尺度规模的岩质边坡稳定性控制要素和 破坏模式不尽相同，稳定性评价考虑的因素应有 所侧重，现有的稳定性评价标准以一概之势必会 造成不必要的资源损失. 本文基于露天矿山边坡 的特点和分类，对破坏模式进行分析；讨论了边坡 稳定性评价中存在的问题，类比土木工程边坡的 设计安全系数，重点对非煤露天矿山边坡的设计 安全系数取值进行讨论；探讨将可靠性分析方法 引入稳定性评价的合理性，并建议了不同尺度露 天矿边坡稳定性评价的设计安全系数取值标准. 1    矿山岩质边坡特征与破坏模式 1.1    矿山岩质边坡的特点 岩质边坡主要涉及土木工程和采矿工程两大 领域，土木工程范围较广，包含公路、铁路、水利 及市政等多个行业，采矿工程主要指露天矿山. 与土木工程相比，露天矿山边坡具有显著的 特点，主要包括以下五个方面: (1) 边坡稳定影响因素的复杂性: 露天矿山边 坡设计及施工由矿体赋存条件决定，岩体结构、地 下水以及原岩应力状态等均具有不可选择性. · 2 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期