李长洪等：高海拔寒区岩质边坡变形破坏机制研究现状及趋势 ·1381 稳.姚文敏等指出岩层倾角、边坡走向与岩层 重大问题，也是岩石力学领域的经典应用性命题 走向的夹角对岩质边坡的稳定系数、破坏模式有 岩质边坡稳定受到岩体节理、含水量、环境风化、 显著影响 覆盖层以及爆破开挖等多种因素影响，国内外学 1.5.3稳定性评价方法 者对边坡稳定性的评价方法不胜枚举，归纳起来， 露天矿山边坡稳定性不仅是矿山安全生产的 主要有五大类川，如表2所示 表2边坡稳定性分析方法 Table 2 Slope stability analysis methods 工程地质分析法 极限平衡分析法 极限分析法 数值分析方法 可靠性分析方法 分析边坡地质体假设边坡出现滑动面且处于将滑坡体看作服从流动法则的理基于强度折减的有限元法(SM)、基 成因、演化史、变极限平衡状态，然后将边坡离想塑性材料，以极限状态时自重于滑面应力分析的有限元法(SSA)、 蒙特卡洛模拟法 形破坏方式、力学散成有垂直边界的刚体条块， 和外荷载所做的功等于滑裂面上有限差分法、有限单元法、边界元法、 (Monte Carlo) 一次二阶矩法统 机制、影响稳定性建立条块之间的静力平衡方阻力所消耗的功为条件，结合塑无单元法、无网格法、离散单元法、不 的因素等，是定性程，通过求解静力平衡方程得性极限分析的上、下限定理，求得连续变形分析方法、快速拉格朗日插 计矩法随机有限 元法 分析方法 到边坡的安全系数 边坡极限荷载与安全系数 值方法，流形元方法等 由于高寒岩质边坡稳定性影响因素多而复 化以至于整体滑坡.因此，综合运用宏细观岩石力 杂，一些学者在传统边坡稳定性评价的基础上对 学理论，开展有针对性的室内岩石力学试验和相 高寒岩质边坡稳定性做出了很多有益的尝试.李 似物理模拟试验，研究在冻融循环及开采扰动条 建峰等四基于模糊综合评价法(AHP),选取12类 件下高寒边坡失稳机理，再现边坡岩体结构变形 对高寒岩质边坡有主要影响的指标，构建模糊综 破坏过程中应变场演化过程，揭示高寒边坡采动 合评价体系模型.乔国文等1综合考虑边坡岩体 响应特征及岩体结构渐进性破坏特征，探明开采 结构面、水文条件、冻融风化、地震和爆破开挖等 扰动条件下高寒边坡岩体结构损伤劣化机制，而 因素，建立了高寒岩质边坡稳定性的预测评价体 上述工作的开展将为高寒边坡稳定性在未来的研 系(TFBQ).王斌等阿采用物质点法评价边坡的稳 究提供重要基础理论 定性，不仅可以揭示边坡失稳破坏机制.而且可以 (2)冻融循环条件下流-固-气多相多场耦合 评价边坡导致的次生灾害. 边坡失稳时效特征与评价方法 综上所述，高海拔寒区岩质边坡的失稳机理 高海拔寒区岩体边坡失稳的根源是水-热-力 可以归纳为两类，一是岩体结构面劣化导致边坡 多场耦合作用，目前有关寒区岩体物理力学性质 失稳，二是岩体结构变异所致，但已有研究成果考 的研究多有报道，而有关高寒边坡岩体在多场多 虑因素并不全面，而高海拔寒区岩质边坡变形破 相耦合致灾过程方面的研究尚不完善.为此，对典 坏影响因素众多，高寒地区岩质边坡稳定性评价 型节理岩体进行工程地质调查和岩芯定向勘查， 标准和评价体系尚不完善. 获取单一节理及多组密集节理岩体的变形和强度 2关键问题探讨与分析 特征，研究适用于高海拔寒区节理岩体结构的非 接触识别方法，实现不同岩体结构单元的探测和 2.1关键问题探讨 识别，建立高寒地区裂隙岩体流-固-气多相耦合 针对高海拔高寒地区金属露天矿山开采过程 模型，构建表征裂隙岩体边坡真实结构的多相多 中所面临的边坡失稳问题，笔者尝试总结出未来 场耦合工程地质力学模型，研究高海拔高寒地区 该领域亟待解决的两项关键问题 露天采场边坡储能机制及释能机制，揭示坡体冻 (1)开采扰动条件下高海拔寒区刊矿山边坡岩 胀变形、蠕滑拉裂、坡体加剧变形、锁骨段失效致 体结构损伤劣化机制 灾的动态演化链式灾害模式 冻融循环诱发高寒边坡岩体结构冻融损伤， 2.2未来研究方向及发展趋势 露天矿山受连续开挖及强开采扰动影响，岩体结 通过上述对高海拔寒区边坡变形和破坏研究 构进一步损伤劣化，产生更多节理裂隙并使节理 现状的大量调研以及未来关键问题探讨，本文从 裂隙扩展发育，其影响稳定性的因素较常温地区 如下六个方面对未来高寒边坡的变形和破坏研究 更多更复杂，在受到雨水侵蚀、风化及地震荷载等 方向及发展趋势作出一定的建议与展望 作用时，边坡岩体结构会出现不同程度的损伤劣 (1)开展不同应力路径冻融循环耦合作用下稳. 姚文敏等[70] 指出岩层倾角、边坡走向与岩层 走向的夹角对岩质边坡的稳定系数、破坏模式有 显著影响. 1.5.3    稳定性评价方法 露天矿山边坡稳定性不仅是矿山安全生产的 重大问题，也是岩石力学领域的经典应用性命题. 岩质边坡稳定受到岩体节理、含水量、环境风化、 覆盖层以及爆破开挖等多种因素影响，国内外学 者对边坡稳定性的评价方法不胜枚举，归纳起来， 主要有五大类[71] ，如表 2 所示. 由于高寒岩质边坡稳定性影响因素多而复 杂，一些学者在传统边坡稳定性评价的基础上对 高寒岩质边坡稳定性做出了很多有益的尝试. 李 建峰等[72] 基于模糊综合评价法（AHP），选取 12 类 对高寒岩质边坡有主要影响的指标，构建模糊综 合评价体系模型. 乔国文等[73] 综合考虑边坡岩体 结构面、水文条件、冻融风化、地震和爆破开挖等 因素，建立了高寒岩质边坡稳定性的预测评价体 系（TFBQ）. 王斌等[74] 采用物质点法评价边坡的稳 定性，不仅可以揭示边坡失稳破坏机制，而且可以 评价边坡导致的次生灾害. 综上所述，高海拔寒区岩质边坡的失稳机理 可以归纳为两类，一是岩体结构面劣化导致边坡 失稳，二是岩体结构变异所致，但已有研究成果考 虑因素并不全面，而高海拔寒区岩质边坡变形破 坏影响因素众多，高寒地区岩质边坡稳定性评价 标准和评价体系尚不完善. 2    关键问题探讨与分析 2.1    关键问题探讨 针对高海拔高寒地区金属露天矿山开采过程 中所面临的边坡失稳问题，笔者尝试总结出未来 该领域亟待解决的两项关键问题. （1）开采扰动条件下高海拔寒区矿山边坡岩 体结构损伤劣化机制. 冻融循环诱发高寒边坡岩体结构冻融损伤， 露天矿山受连续开挖及强开采扰动影响，岩体结 构进一步损伤劣化，产生更多节理裂隙并使节理 裂隙扩展发育，其影响稳定性的因素较常温地区 更多更复杂，在受到雨水侵蚀、风化及地震荷载等 作用时，边坡岩体结构会出现不同程度的损伤劣 化以至于整体滑坡. 因此，综合运用宏细观岩石力 学理论，开展有针对性的室内岩石力学试验和相 似物理模拟试验，研究在冻融循环及开采扰动条 件下高寒边坡失稳机理，再现边坡岩体结构变形 破坏过程中应变场演化过程，揭示高寒边坡采动 响应特征及岩体结构渐进性破坏特征，探明开采 扰动条件下高寒边坡岩体结构损伤劣化机制，而 上述工作的开展将为高寒边坡稳定性在未来的研 究提供重要基础理论. （2）冻融循环条件下流−固−气多相多场耦合 边坡失稳时效特征与评价方法. 高海拔寒区岩体边坡失稳的根源是水−热−力 多场耦合作用，目前有关寒区岩体物理力学性质 的研究多有报道，而有关高寒边坡岩体在多场多 相耦合致灾过程方面的研究尚不完善. 为此，对典 型节理岩体进行工程地质调查和岩芯定向勘查， 获取单一节理及多组密集节理岩体的变形和强度 特征，研究适用于高海拔寒区节理岩体结构的非 接触识别方法，实现不同岩体结构单元的探测和 识别，建立高寒地区裂隙岩体流−固−气多相耦合 模型，构建表征裂隙岩体边坡真实结构的多相多 场耦合工程地质力学模型，研究高海拔高寒地区 露天采场边坡储能机制及释能机制，揭示坡体冻 胀变形、蠕滑拉裂、坡体加剧变形、锁骨段失效致 灾的动态演化链式灾害模式. 2.2    未来研究方向及发展趋势 通过上述对高海拔寒区边坡变形和破坏研究 现状的大量调研以及未来关键问题探讨，本文从 如下六个方面对未来高寒边坡的变形和破坏研究 方向及发展趋势作出一定的建议与展望. （1）开展不同应力路径冻融循环耦合作用下 表 2 边坡稳定性分析方法 Table 2 Slope stability analysis methods 工程地质分析法 极限平衡分析法 极限分析法 数值分析方法 可靠性分析方法 分析边坡地质体 成因、演化史、变 形破坏方式、力学 机制、影响稳定性 的因素等，是定性 分析方法 假设边坡出现滑动面且处于 极限平衡状态，然后将边坡离 散成有垂直边界的刚体条块， 建立条块之间的静力平衡方 程，通过求解静力平衡方程得 到边坡的安全系数 将滑坡体看作服从流动法则的理 想塑性材料，以极限状态时自重 和外荷载所做的功等于滑裂面上 阻力所消耗的功为条件，结合塑 性极限分析的上、下限定理，求得 边坡极限荷载与安全系数 基于强度折减的有限元法（SRM）、基 于滑面应力分析的有限元法（SSA）、 有限差分法、有限单元法、边界元法、 无单元法、无网格法、离散单元法、不 连续变形分析方法、快速拉格朗日插 值方法、流形元方法等 蒙特卡洛模拟法 （Monte  Carlo） 一次二阶矩法 统 计矩法 随机有限 元法 李长洪等： 高海拔寒区岩质边坡变形破坏机制研究现状及趋势 · 1381 ·