CN107067333A - 一种高寒高海拔高陡边坡稳定性监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及采矿安全工程技术领域，尤其涉及一种高寒高海拔高陡边坡稳定性监控方法，本发明通过现场工程地质、水文地质调查、工程地质岩体质量评价及岩体力学参数确定，提供对边坡的岩性条件、岩体结构、水文地质条件、边坡形态、地震和***参数等确定，对边坡稳定性分析以及采取防治对策措施，建立起全方面监控***、边坡失稳判据。

Description

一种高寒高海拔高陡边坡稳定性监控方法
技术领域
本发明涉及采矿安全工程技术领域，尤其涉及一种高寒高海拔高陡边坡稳定性监控方法。
背景技术
目前，随着高寒高海拔高陡矿开采深度的加深和开采范围的扩大，加上复杂的工程地质条件、水文地质条件及井工采动的影响，必然引起边坡的位移，位移的大小直接反映了边坡的稳定程度。高寒高海拔高陡矿边坡在其服务年限内的稳定性，一直是矿业生产部门及科技人员最为关心的课题。因为它不仅直接关系到作业人员及设备的安全，同时也影响着生产的顺利进行。
由于影响边坡稳定性的因素十分复杂，通常需要根据边坡演化过程中的各种信息和条件，如岩性条件、岩体结构、水文地质条件、边坡形态、地震和***等，所以如何及时、全面研究分析它们的变化，判定边坡失稳破坏的可能、时间及可能发生失稳破坏的空间位置，进行有针对性的研究，保证人机安全，因此，有必要建立全面的稳定性判断标准。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高寒高海拔高陡边坡稳定性监控方法，其具有能对边坡的岩性条件、岩体结构、水文地质条件、边坡形态、地震和***参数及边坡稳定性等进行分析，从而建立全面的稳定性判断标准的特点。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种高寒高海拔高陡边坡稳定性监控方法，包括现场工程地质水文地质调查、工程地质岩体质量评价及岩体力学参数确定、边坡稳定性分析以及防治对策，所述现场工程地质水文地质调查包括：
一、工程地质水文地质补充勘察，一是对地层岩性进行定名及层组划分，了解岩石的破碎情况及层间软弱夹层的性质和位置；二是采取室内岩石物理力学试验样品；
二、工程地质水文地质编录包括：
1、钻孔岩芯工程地质编录
划分工程地质岩组和获取岩石质量指标，描述岩石节理、裂隙发育程度、充填物、粗糙度；
2、钻孔水文地质编录
研究地层的岩性、裂隙发育规律、含水层的透水性和富水性，为确定含水层的厚度、空间分布提供依据；
三、钻孔摄像声波测试及成果整理，获取钻孔中岩体动力参数，评价边坡的稳定性，确定岩体风化带、构造破碎带、裂隙密集带等的位置、厚度，评价岩体的完整性和强度；
四、岩石强度点荷载试验及取样，按现场实际钻取的岩性，根据不同位置的钻孔岩性，在现场进行了岩石的点载荷试验及取样；
所述工程地质岩体质量评价及岩体力学参数确定包括：
一、室内岩石力学试验，在实验室制成标准试样后，进行高寒高海拔高陡的岩石物理力学参数的试验；
二、工程地质岩体质量评价，岩体质量评价的基本方法为岩体分级，岩体分级评价方法有：RQD值分级法、岩体基本质量等级分类表格法、岩体基本质量等级BQ法、CSMR边坡岩体质量分类法、节理岩体的CSIR分级法、Q***分级法、GSI分类法；
三、试验参数的工程处理，通过费辛柯法、格吉（Georgi）法、经验折减法、岩体内摩擦角换算法、GSI方法来对岩石参数进行计算；
所述边坡稳定性分析包括以下步骤：
a、影响因素的敏感性分析，影响边坡稳定性的因素有很多，根据高寒高海拔高陡的具体情况，分析考虑了以下5种因素：
（a）边坡高度（H）；
（b）粘结力（c）；
（c）内摩擦角（φ）；
（d）边坡角（α）；
（e）岩体容重（γ）；
按高寒高海拔高陡的赋存条件、采矿工艺、室内岩石力学试验等，在理论和实践分析的基础上把5个影响因素的各水平值控制在适当范围内，试验中每个因素取5个水平。
各因素在不同水平的值，若按一固定增加或减少顺序以一定步长变化，做试验时易产生***的顺序偏差，为克服这种偏差，在取值范围内，部分影响因素采用随机序列构造试验的水平取值，边坡安全系数的计算公式：，根据计算大小排序，得出影响因素顺序。
b、赤平投影定性分析，根据结构面与坡面的组合关系，对边坡的稳定性进行初步的定性分析，即判断边坡的危险结构面组合；根据高寒高海拔高陡实际边坡进行分区结果，可以分成多个不同的区域；根据钻孔成像测试成果的统计分析，将优势产状和分区区域边坡面的产状分别作出相应的赤平投影图，以便得到不同工程地质分区边坡面与岩体结构面的组合关系，分析不同岩体结构面对各分区边坡稳定性的影响；
c、边坡破坏模式分析，边坡稳定性分析时，判定边坡破坏模式主要是考虑岩性、岩体结构面类型、优势结构面产状和边坡结构参数等因素及其关系，对岩质边坡主要依据是岩体结构与边坡的组合关系，主要遵循以下原则：
（1）根据已有的工程地质水文地质资料，尽量找出“确定面”或“特征面”，即为坡体内不连续面或软弱夹层、破碎带、岩层控制面等相互连通、与边坡临空面构成的形状、位置、大小都已确定的潜在剪切面，这类潜在剪切面主要受控于工程地质和力学特征。
（2）按节理裂隙组数、产状或岩体强度来考虑边坡破坏模式，有下列条件之一者，均可判定为圆弧型破坏模式：
①均匀松散介质、冲积层、大型岩层破碎带；
②有三组或多组产状各异的软弱结构面存在，且不与边坡面同向；
③强风化碎裂结构的岩体；
④某些强度很低的岩石边坡；
（3）采用先进的数值模拟分析技术，根据边坡体内最大剪应变和剪切破坏区的发展状况与趋势，来确定或验证边坡体的滑动模式。
d、极限平衡与可靠性分析，其中极限平衡分析包括以下步骤：
（1）分析剖面，根据边坡工程地质分区、补勘钻孔及其它钻孔的布置情况，对高寒高海拔高寒高海拔高陡边坡的剖面进行极限平衡分析，分析剖面主要是依据高寒高海拔高陡境界终了图、补勘钻孔编录成果，且在原有地质剖面上切取而成，
（2）坡体受力计算分析，极限平衡分析考虑三种受力情况：
I：自重状况；
II：自重+地震状况；
III：自重+地下水稳定渗流场状况；
（3）边坡稳定性分析步骤与合理边坡角的确定
（a）采用极限平衡法分析方法进行稳定性分析计算，极限平衡法分析方法主要有：瑞典条分法（或Fellenius法）、简化Bishop法、Janbu简化法和Spencer法；
因为简化Bishop法分析精度高且计算速度快，最能反映边坡稳定性的实际状态，故此次将Bishop法作为稳定性分析计算的主要方法；
（b）每个剖面先进行三种受力情况及不同边坡角的整体稳定性分析，找到各工程地质分区临界稳定状态的最小边坡角，分析采取一面坡的形式；
（c）根据不同工程地质分区各剖面的分析结果，确定各分区的合理边坡角；
e、边坡台阶的平面破坏分析包括以下步骤：
（1）倾角换算
从赤平投影分析结果来看，边坡岩体内优势结构面的走向均与边坡面的走向斜交，故在进行边坡平面破坏分析时，需要将优势结构面的真倾角投影到边坡面的倾向方向上，结构面在坡面倾向方向上的倾角换算公式为：
（2）边坡平面破坏初步判断
（3） 边坡平面破坏的分析
以安全系数为指标进行边坡平面破坏的定量分析，安全系数的计算采用极限平衡的原理，分两种情况进行计算：坡顶或坡面是否存在张裂缝：
无张裂缝时，安全系数计算公式为：
有张裂缝时，安全系数计算公式为：
f、基于强度折减的二维有限元模拟分析，包括以下步骤：
1、二维有限元分析的基础
（1）二维有限元的基本思路
有限元是根据物理的近似，用网格将连续体划分成有限数目的单元体，这些单元体之间在结点处互相铰接，形成离散结构，用这些离散结构来代替原来的连续体结构，在满足相邻单元间变形的相容条件、作用于单元上的力的平衡条件、各单元的位移与单元材料的力学性质相对应这三个条件的情况下，将荷载移置作用于离散结构的结点上，成为结点荷载，其应力应变关系为：
由虚位移原理和应力应变关系，可建立结点荷载与结点位移之间的关系，即用位移表示的结点平衡方程组：
解方程组可得到位移场，进而可推出应变和应力的分布，这就是有限元的基本思路，它实际上是微分方程的一种数值解法；
（2）弹塑性屈服准则
根据高寒高海拔高陡边坡岩石的特征，采用摩尔—库仑屈服准则，其表达式如下：
式中：为内摩擦角；为粘结力；
，，
（3） 弹塑性应力应变关系
介质整体的弹塑性应力应变关系为：
式中为弹塑性矩阵；
为硬化系数，对于理想弹塑性分析，=0；
为屈服函数对应力分量的偏导数向量， 可表示为：
2 、强度折减法基本原理
强度折减系数法的基本原理是将边坡强度参数：粘结力和摩擦角的值同时除以一个折减系数，得到一组新的值，然后作为新的资料参数输入，再进行试算，当计算不收敛时，对应的值被称作坡体的最小稳定安全系数，此时边坡达到极限状态，发生剪切破坏，同时可得到边坡的破坏滑动面，表达式如下：
，
3、二维弹塑性有限元分析
（1）岩体力学参数
（2）计算模型与分析
根据高寒高海拔高陡边坡的工程地质特征、边坡稳定性的极限平衡与可靠性分析结果，选取具有典型意义的能反映边坡稳定性的剖面作为分析剖面，其边坡角根据实际情况定，并分别建立了对应得多个有限元分析模型，进行平面应变分析，主要分析极限平衡与可靠性分析结果中稳定的最陡边坡在自重应力场作用下的稳定性状况；
模型边界条件为：坡面为自由面，边坡两侧端面水平方向固定，底部垂直方向固定，原岩应力场为自重应力场。
g、边坡冻融影响分析，包括以下步骤：
1、冻融边坡滑动模式分析
冻土划分为以流动、滑动和崩塌为主的土体运动三类，后演变有蠕变型斜坡、以及兼有滑动和坍塌两种变形的滑塌型斜坡失稳现象，其发育按地貌可以划分为冰缘碎屑的流动、滑动及普通冻土区的热融滑塌，而冻土斜坡失稳可以分为正冻土滑坡和正融土滑坡两种类型，正融土滑坡包括融冻泥流、热融滑塌两种类型；正冻土滑坡包括蠕变强滑坡和崩塌型滑坡两种类型；
在正冻滑坡中，冻结滞水型滑坡是寒区边坡滑坡的独特的类型，正融滑坡也分为两种类型：融冻泥流和热融滑塌，而对于冻融滑坡，则主要由岩质边坡的崩塌及石屑的滑动造成；
冻融作用使得上部土体由于水分迁移而含水量增大，渗透性增大，对于岩石边坡在冻融循环下的破坏，主要是因为地形、地质等内在因素和降雨、热变形以及冻融作用等外在因素相互作用的结果，岩石基本冻融破坏模式为：片落模式和裂纹模式，需要对温度场、渗流场与岩土体应力场进行耦合分析，同时利用有限元强度折减法对边坡稳定性进行分析；
2、高寒高海拔高陡冻融边坡的滑动模式
（1）矿区地质环境及冻土情况
根据对高寒高海拔高陡赋存环境条件的工程地质勘测，矿区内岩性分布情况分别确定。
（2）第四系或季节性冻土、永冻层边坡的滑坡破坏模式分析
根据高寒高海拔高陡的地质环境条件，在高寒高海拔高陡开采过程中，对于边坡顶部的第四系或季节性冻土、永冻层边坡而言，当温度降至土体的冻结温度以下时，边坡表层土体将首先发生冻结，在冻土与非冻土之间形成一个平缓的、时刻变化的冻结锋面，包括永冻层在内处于冰冻状态；从对取样土体冻胀与融沉特性以及土体在冻结条件下的三轴抗压强度及冻结条件下的c、φ值试验结果进行分析。
（3）岩质边坡冻融循环作用下破坏模式分析
在冻融作用下岩质边坡破坏模式的分析，其破坏模式主要是冻融滑塌，以崩塌为主，深度在2～3m以内，首先从对边坡体温度场的分析出发，分析在不同季节或温度下，边坡体内形成的冻结厚度，再根据因冻结层力学参数的变化，采用常规极限平衡方法或数值耦合方法来分析评价岩质边坡的稳定性，为指导边坡的设计、施工以及边坡防护提供参考；
3、融化和冻结过程边坡稳定性研究
（1）温度场的概念
在热传导的过程中，物体内各点的温度随着各点的位置和时间而变化，因而温度T是位置坐标和时间t的函数：
T=T（x，y，z，t）
在任一瞬时，所有各点的温度值的总体，称为温度场；
一个温度场，如果它的温度随着时间而变，就称之为非稳定温度场或非定常温度场；如果它的温度不随时间而变，就称为稳定温度场或定常温度场，如果温度场随着三个位置坐标而变化，它就称为空间温度场或三维温度场；
（2）热传导微分方程
热传导的基本定律是：热流密度与温度梯度成正比而方向相反，也就是：
其中的比例常数元为导热系数，热传导微分方程的建立，是以热量平衡原理为依据的，即在任意一段时间内，物体的任一微小部分所积蓄的热量，等于传入该微小部分的热量加上内部热源所提供的热量；
所述防治对策包括：
一、监控技术措施研究，监测的具体内容包括：
（1）边坡岩土表面及地下变形的二维或三维位移、倾斜变化的监测；
（2）应力、应变、地声等特征参数的监测；
（3）地震、降水量、气温、地表水和地下水动态和水质变化以及水温、孔隙水压力等环境因素和***、灌溉渗水等人类活动的监测；
监测方法包括：宏观地质观测法、简易观测法、设站观测法、仪器仪表观测法、自动遥测法、声发射/微震监测，所述设站观测法包括：大地测量法、全球定位***（GPS）测量法、近景摄影测量法，仪器仪表观测法包括：械式传动仪表观测法、电子仪表观测法；
监测点保护措施
①每个监测点埋设完成后，应立即检查埋设质量，发现问题，及时整改；
②确认埋好后，埋设人员应及时填写埋设记录，并准确测量初始数据存档，作为施工时监测的参考；项目负责人应进行实地验收，并在埋设记录上签字确认；
③所有预埋监测点的实地位置应做精确记录，露出地坪的应做出醒目标志，并设保护装置；
④加强与现场施工单位的联系，作好双方的配合工作；
⑤详细了解施工动态，预先作好测斜管等预埋件的保护；
监测数据处理及分析
① 数据采集：依据监测方案与有关的规范要求，在现场对监测点进行观测与记录，并将采集的数据录入或传输至计算机；
② 数据整理：每次观测后应立即对原始数据进行校核和整理，包括原始观测值的检验、物理量的计算、填表制图，异常值的剔除、初步分析和整编等，并将检验过的数据保存至数据库管理***；
每次现场监测工作完成后，必须及时进行外业观测成果检查，经平差计算处理后，计算各监测点的水平位移或竖向位移，计算各监测点当期内的沉降量、位移量，填写相应监测成果表，并将成果上报；
实行信息化管理，设专人分别负责监控量测及数据处理。如果监测过程中发现时间-倾斜量变化曲线出现异常，必须分析可能原因，并复测，将信息及时反馈给参建各单位，以采取必要的措施，确保施工安全；
③ 数据分析：采用比较法、作图法和数学、物理模型，分析各监测物理量值大小、变化规律、发展趋势，以便对边坡的安全状态和应采取的措施进行评估决策；
坡体三维位移监测
（1）监测点及测线布置
首先圈定主要的监测范围；估计主要滑动方向，按滑动方向及范围确定测线；选取典型断面，布置测线；再按测线布置相应监测点；
（2）监测网形成
考虑平面及空间的展布，各个测线按一定规律形成监测网；监测网的形成可能是一次也可能分阶段形成；监测网的形成不但在平面，更重要的是体现在空间上的展布，可分别在高寒高海拔高陡各水平的台阶上实施；
（3）局部加深加密测点
在可能形成的滑动区、重点监测部位和可疑点，应视情况加深加密测点；
（4）基准点选取
选取距离合适（网形较好），地势较高、视野开阔、地质条件良好的地方，布设两个监测基准点，基准点附近应没有遮挡、视野开阔，以保证GPS信号的良好接受，应尽量避免将基准点选在附近有高反射面的地点以减少多路径效应的影响，同时避免将基准点选在大功率无线发射台附近；
采用GPRS通讯方式监测站建立以后，还需要把监测站天线采集到的三维数据自动发送到上级监控中心，发送方式选择无线传送的时候，就需要一个GPRS发送器，安装在数据采集器内，通过接口与GPS接收机连接，就构成了完整的“无线监测站”；
防治措施
1、滚石灾害的防护包括：
（1）每隔一定高度设置碎落台；
（2）采取合理的防护措施；
2、边坡截流和防排水措施
高寒高海拔高陡边坡的工程地质水文地质条件，应采取如下边坡的防排水措施，尽量减少或避免地表水、地下水对边坡的稳定产生不利影响：
（1）对影响采坑的地表水，进行改道截流；
（2）对境界外坡面迳流和冻结层上水，应采取修筑截水沟的方式进行拦截，必要时可在坡顶采用排水管集中排放等方式疏干；
（3）对开采境界内大气降水、冻结层下水，随着露天坑的逐渐延深，可采用移动式水泵集中排放；
（4）高寒高海拔高陡建设投产后，须进行地表水、地下水与气象动态长期观测，了解高寒高海拔高陡进程中地下水活动规律，加强矿坑充水因素分析研究；
（5）须加强边坡日常的防排水巡查工作，发现问题应及时处理；
3、边坡加固及边坡安全管理制度的建立包括
（1）边坡加固
对边坡不稳定的局部部位可采取锚杆或预应力锚索等必要的边坡加固措施；
（2）冻融阻隔
① 控制边坡体内水的入渗与地下水：切断水入渗的通道，达到消除冻融循环影响的目的；
② 对危险区域采用冻融效应阻隔：结合边坡巡查、工程地质调查分析，对潜在危险区域采用冻融效应阻隔，一是在冬歇期前合适时间，喷射混凝土覆盖不稳定体表面，在积雪与不稳定体之间形成保护层，达到减少积雪融水渗入节理裂隙的目的，从而阻隔冻融效应的发生；二是可采用在边坡体的坡面上，覆盖30-50cm的笼装废石，起一定的隔阻温度变化缓解边坡冻融的作用。
进一步的，所述边坡可靠性分析结果，根据和的分布区间，以极限平衡分析中各工程地质分区稳定性最差的六个剖面进行边坡可靠性分析：采用边坡稳定性分析软件，按蒙特卡洛方法，循环次数为1000次，安全系数分为：（1）按安全系数最小原则，搜索出的确定性滑面的安全系数；（2）因岩体力学参数的正态分布所造成的离散性，经1000次循环分析后，求得的边坡安全系数的平均值；
依据破坏概率的大小可以将边坡分为5种类型：破坏概率小于5％的边坡评价为稳定；破坏概率在5％～30％之间的边坡评价为基本稳定；破坏概率在30％～50％之间的边坡评价为稳定性一般；破坏概率在50％～80％之间的边坡评价为稳定性差；破坏概率大于80％的边坡评价为稳定性极差；
（1）按安全系数最小原则，搜索出的确定性滑面安全系数即为边坡极限平衡分析时的简化Bishop法安全系数值；剖面安全系数平均值一般情况下比搜索出的确定性滑面安全系数值略高；
（2）根据可靠性分析结果，边坡稳定性差时一般会产生滑坡；边坡基本稳定时，控制好影响边坡稳定性的因素，边坡一般可保持稳定，因此，在选择合理边坡角时，边坡应处于基本稳定～稳定，根据此原则，分析边坡在三种受力情况下，保证边坡的稳定时的各工程地质分区边坡角。
本发明有益效果：本发明通过现场工程地质水文地质调查、工程地质岩体质量评价及沿途参数确定、边坡稳定性分析以及防治对策，这样便能对边坡的岩性条件、岩体结构、水文地质条件、边坡形态、地震和***等进行分析，建立起全面的监控、判断以及防范边坡稳定性标准。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
如图1所示，一种高寒高海拔高陡边坡稳定性监控方法，包括现场工程地质水文地质调查、工程地质岩体质量评价及沿途参数确定、边坡稳定性分析以及防治对策，所述现场工程地质水文地质调查包括：
一、工程地质水文地质补充勘察，一是对地层岩性进行定名及层组划分，了解岩石的破碎情况及层间软弱夹层的性质和位置；二是采取室内岩石物理力学试验样品；
二、工程地质水文地质编录包括：
1、钻孔岩芯工程地质编录
划分工程地质岩组和获取岩石质量指标，描述岩石节理、裂隙发育程度、充填物、粗糙度；
2、钻孔水文地质编录
研究地层的岩性、裂隙发育规律、含水层的透水性和富水性，为确定含水层的厚度、空间分布提供依据；
三、钻孔摄像声波测试及成果整理，获取钻孔中岩体动力参数，评价边坡的稳定性，确定岩体风化带、构造破碎带、裂隙密集带等的位置、厚度，评价岩体的完整性和强度；数字式全景钻孔摄像***是一套全新的先进智能型勘探设备。它集电子技术、视频技术、数字技术和计算机应用技术于一身，从侧视角度对钻孔内孔壁进行无扰动的原位摄像记录并加以分析研究，通过直接对孔壁进行研究，避免了钻孔取芯工程的扰动影响，能够准确的探明钻孔内部的结构面情况，详细的反应出钻孔内部的岩层产状，提供出倾向、倾角等详细数据。应用该技术比钻孔岩芯更能反映钻孔内的实际情况，得到的结果更加可信和直观，一定程度上解决了钻孔工程地质信息采集的完整性和准确性问题，使钻孔摄像技术从以模拟方式下定性观察为主的钻孔电视模式下向前推进了一步，达到了钻孔摄像技术的国际先进水平。
该***具有全景观察的能力，通过巧妙的设计，可同时观测到360°的孔壁情况，还具备实时监视功能；不仅能对整个钻孔的资料进行现场判译和初步分析外，还能够保存下来在室内对破碎地带孔内结构面（如裂隙的宽度、产状）等工程地质较为关心的问题进行测量、计算和分析。目前已在水利、土木、能源、交通、采矿等领域内的地质勘探、工程安全监测及工程质量检测等方面进行了应用，并取得了满意的成果。
硬件部分由全景摄像探头、图像捕获卡、深度脉冲发生器、计算机、录像机、监视器、绞车及专用电缆等组成。
其中全景摄像探头是该***的关键设备，它的内部包含有可获得全景图像的截头
锥面反射镜、提供探测照明的光源、用于定位的磁性罗盘以及微型CCD摄像机。
全景摄像探头采用了高压密封技术，因此，它可以在水中进行探测。
深度脉冲发生器是该***的定位设备之一，它由测量轮、光电转角编码器、深度信号采集板以及接口板组成。深度是一个数字量，它有两个作用：其一是确定探头的准确位置；其二是对***进行自动探测的控制。
软件部分主要用于室内处理分析，其功能特点：
（1）用于室内的统计分析以及结果输出；
（2）单纯的软件***，不单独对硬件进行控制；
（3）图像数据来源于实时监视***的结果；
（4）优化的还原变换算法，保证探测的精度；
（5）具有单帧和连续播放能力；能够对图像进行处理，形成各种结果图像，包括图像的无缝拼接，三维钻孔岩芯图和平面展开图；
（6）具有计算与分析能力，包括计算结构面产状、裂宽等；
（7）能够对探测结果进行统计分析，并建立数据库；
（8）拥有良好的用户界面，便于二次开发。
数字式全景钻孔摄像的技术分析方法
数字式全景钻孔摄像***提供了一种先进的分析方法来处理数字图像数据并获取相关的工程参数，这些结果（如深度、方位、裂隙的位置和几何特征等）都表示在平面展开图上，整个分析也都在该图上进行。当然，这些结果也可以存入数据库中，供将来进一步分析使用。
（1）裂隙的产状
通常假定裂隙是一个空间平面，因此，它可以由空间中的三个不共线的点唯一确定，那么对应发现的裂隙，只要在其平面展开图上选择不在同一直线上的三个点，就能确定裂隙的产状。数字式全景钻孔摄像***提供的分析软件，已提供了这个功能。
为了测量裂隙的产状，需要建立钻孔的三维坐标。通常，假定Z轴为钻孔的中心轴，若钻孔是垂直的，Z轴的正向则垂直向上，而X和Y轴的平面位于地表面，其正向分别指向东和北。基于该坐标***，裂隙产状的测量方法如下：
1） 方法1
在平面裂隙上取三个不共线的点P1、P2、P3，由此可得该平面上的二个向量和，具体表示如下：
，
因此，该平面的法向量可以用下式表示：
为了表示单位法向量，上式可以变为：
若单位法向量的Z分量小于零，则取其相反向量 = {X0, Y0, Z0}，满足：
因此，该裂隙的倾角β可由下式求得：
假定向量= {Xp, Yp}为单位法向量在XY平面上的投影，那么，该裂隙的倾向α可以由下面的公式计算得到：
2） 方法2
平面裂隙在平面展开图上呈现正弦曲线状的图像，其中最小值点的方位表示该裂隙的倾向，而其倾角（β）可以由该正弦曲线的最大和最小值点之间的垂直距离（h）与钻孔直径（d）之比的反正切函数求得，即
数字式全景钻孔摄像***提供的软件有专门的对话框用于确定裂隙的产状，其操作非常简单，只需利用鼠标在平面展开图的裂隙上选择三个点即可。
（2）裂隙的裂宽
裂隙的裂宽可以通过测量位于裂隙相对的二条边上的二个点之间的距离直接得到。整个测量过程在平面展开图中进行，软件给出了专门的对话框。由于平面展开图中的点仍是空间坐标，测得的裂宽是二点的空间距离。
测试流程
数字式全景钻孔摄像***的工作流程：
（1）平整场地，安放绞车；
（2）设备连接；
（3）全景探头进入钻孔，设定初始化；
（4）摄像光源照明孔壁上的摄像区域，孔壁图像经锥面反射镜变换后形成全景图像，全景图像与罗盘方位图像一并进入摄像机；
（5）摄像头摄取的图像数据流由专用电缆传输至位于地面的视频分配器中，进入录像机保存测试过程；
（6）位于绞车上的测量轮通过电子脉冲实时测量探头所处的位置，并通过接口板将深度值置于计算机内的专用端口中，叠加到全景图像中并保存；
（7）下降探头直至整个探测结束；
（8）室内分析。
钻孔声波测试技术
测试目的、依据以及完成工作量
勘探的声波测试主要采用中科智创RSM-SY5（T）非金属声波检测仪，对本矿区内的15个补勘钻孔进行单孔岩体纵波波速测试，通过对比岩石纵波波速，从而确定岩体的完整性指数KV。
岩体完整性指数KV：
KV=（Vpm/Vpr）2
式中：Vpm为岩体弹性纵波速度（km/s）；Vpr为岩石弹性纵波速度（km/s）。
利用岩体完整性指数KV对该边坡岩体质量进行分类处理，结合规范进行岩体参数经验值的确定，为岩体参数取值提供参考依据。
声波测试的依据
利用声波测试确定岩体完整性指数，主要依据如下：
（1）《岩土工程勘察规范》（GBT50021-2001）
（2）《工程岩体试验方法标准》（GBT50266-99）
（3）《水电水利工程岩石试验规程》（DL/T 5368-2007）
（4）《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98）
（5）《水利水电工程边坡工程地质勘察技术规程》（DL/T 5337-2006）
（6）《岩土工程原位测试》徐超等著，同济大学出版社，2005声波测试对矿区内15个补勘钻孔进行了勘察。
声波测试设备及技术分析方法
声波仪是用来测试声波传播速度以及频谱的一种电子装置，大都由接收机、声波发射机和声波换能器（声波探头）三大部分构成，测试仪器为RSM-SY5（T）声波检测仪。
矿区声波测试调查，采用的是单孔测井换能器，是将发射用的圆柱式换能器和接收用的圆柱式换能器用隔音管组装在一起的组合式换能器，做成了一发双收换能器，在钻孔中进行岩体声学测试。
室内岩石声波测试结果
通过对室内加工规整的圆柱体试样进行室内声波测试，从而测定岩石本身的声波纵波速度，矿区各组岩石进行测试的结果如表1所示。
表1 室内岩石声波测试汇总
野外现场岩体声波测试分析
野外声波测试主要是针对板岩和碎裂岩化板岩，通过对上述15个钻孔进行声波测试结果进行汇总，取得其板岩、碎裂岩化板岩的声波纵波波速均值分别为2713m/s和2864m/s，因碎裂岩无法取得其岩石声波速度，因而未对其进行统计。
结合表1室内岩石声波测试结果，从而计算得出，板岩岩体完整性指数为：
KV1=（2713/4219）2=0.41
碎裂岩化板岩岩体完整性指数为：
KV2=（2864/3898）2=0.54。
四、岩石强度点荷载试验及取样，按现场实际钻取的岩性，根据不同位置的钻孔岩性，在现场进行了岩石的点载荷试验及取样；
所述工程地质岩体质量评价及沿途参数确定包括：
一、室内岩石力学试验，在实验室制成标准试样后，进行高寒高海拔高陡的岩土物理力学参数的试验；
二、工程地质岩体质量评价，岩体质量评价的基本方法为岩体分级，岩体分级评价方法有：RQD值分级法、岩体基本质量等级分类表格法、岩体基本质量等级BQ法、CSMR边坡岩体质量分类法、节理岩体的CSIR分级法、Q***分级法、GSI分类法；
RQD值分级法
该方法由美国伊利诺依斯大学的迪尔（Deere）于1967年提出，RQD值为岩芯中长度等于或大于10cm的岩芯累计长度与钻进总长度之比，即：
RQD值反映了岩体被各种结构面切割的程度。由于指标意义明确，可在钻探过程中附带得到，又属于定量指标，因而对于高寒高海拔高陡的总体设计以及巷道支护等的设计有较好的用途。该方法依据RQD值的判据将岩体划分为五级，如表2所示。
表2 RQD分级表
指标 100～90 90～75 75～50 50～25 25～0
分级 I II III IV V
描述 很好 好 较好 差 很差
RQD值也可通过在岩体体积节理数的大小确定，其关系为：
RQD=115-3.5Jv
式中：Jv为岩体体积节理数（条/m3），为所有节理于单位长度上节理数量的总和，且当Jv <4.5时，RQD=100。
根据2.9节所示：板岩RQD值为28.51～97.96%，平均65.21%；碎裂岩化板岩RQD值为2.44～85.42%，平均29.27%。对照表5.1知：板岩和碎裂岩化板岩岩石质量指标RQD分别为较好的和差的。板岩属于较软岩，碎裂岩化板岩属于软岩。
岩体基本质量等级分类表格法
根据上章岩体声波测试分析结果，结合岩体完整程度分类表3，判断该矿区内的板岩和碎裂板岩岩体的完整程度为较破碎。
表3岩体完整程度分类
完整程度 完整 较完整 较破碎 破碎 极破碎
完整性指标 >0.75 0.75～0.55 0.55～0.35 0.35～0.15 <0.15
根据下表4岩体基本质量等级分类，结合表2.7所示的岩石坚硬程度，确定板岩岩体基本质量等级分类属于IV；碎裂岩化板岩岩体基本质量等级分类属于V。
表4岩体基本质量等级分类
岩体基本质量等级BQ法
岩体基本质量分级BQ法为我国岩体质量分级的国标，岩体基本质量分级应根据岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标（BQ）两者相结合，按下表5确定。
表5 岩体基本质量分级
岩体基本质量指标（BQ），根据分级因素的定量指标RC的兆帕数值和KV，按照下式计算：
BQ=90+3RC+250KV
式中：RC—岩石单轴饱和抗压强度，MPa；
KV—岩体完整性指数。
应遵守下列限制条件：
当RC>90KV+30时，应以RC=90KV+30和KV代入计算BQ值。
当KV>0.04RC+0.4时，应以KV=0.04RC+0.4和RC代入计算BQ值。
根据对板岩与碎裂化板岩的声波测试结果，板岩岩石单轴饱和抗压强度RC1=15.09MPa，KV1=0.41，不满足上述两个限制条件，因而板岩岩体基本质量指标BQ1=237.77；碎裂岩化板岩岩石单轴饱和抗压强度RC2=8.044MPa，KV2=0.54，不满足上述两个限制条件，因而碎裂岩化板岩岩体基本质量指标BQ2=249.123。
故，对照表5，板岩和碎裂岩化板岩基本质量级别均为V。
CSMR边坡岩体质量分类法
CSMR分类是岩质边坡的稳定性分类，即根据边坡的岩体质量和影响边坡的各种因素进行综合测评，然后对其稳定性进行分类，半定量地进行稳定性评价。
CSMR分类因素基本上分为两部分：一部分是岩体基本质量（RMR），由岩石强度、RQD、结构面间距、结构面条件及地下水等因素综合确定；另一部分是各种边坡影响因素的修正，包括边坡高度系数（ξ）、结构面方位系数（F1、F2、F3）、结构面条件系数（λ）及边坡开挖方法系数（F4）。采用积差评分模型，其表达式定为：
CSMR=ξ·RMR－λ·F1·F2·F3+ F4
坡高系数按式（5.5）计算：
ξ=0.57+34.4／H
式中：H为边坡高度，m
该高寒高海拔高陡拟开采边坡坡高系数ξ=0.57+34.4/200=0.742。
RMR值是对岩体的5个因素，即岩石的强度（单轴抗压强度或点荷载强度）、RQD值、结构面间距、结构面特征、地下水状况按权重给以评分，再对各因素的评分求和，得到总评分，总评分最高为100分，最低为0分，RMR取值见表6。
表6 RMR分类参数及评分标准表
F1：反映结构面倾向与边坡倾向间关系的系数；F2：与结构面的倾角相关的系数；F3：反映边坡倾角与结构面倾角关系的系数。F1、F2、F3取值见表7。
表7 结构面方向修正
结构面条件系数λ，取值见表8。
表8 结构面条件系数λ
结构面条件 λ
断层、夹泥层 1.0
层面、贯穿裂隙 0.8～0.9
节 理 0.7
开挖方法系数F4，取值见表9。
表9 边坡开挖方法修正
方法 自然边坡 预裂*** 光面*** 常规*** 无控制***
F4 +5 +10 +8 0 -8
通过上述的边坡岩体质量评分和各项边坡工程因素的修正后，求得的CSMR总分，即可根据表10确定边坡岩体类别，半定量地评价岩体质量和稳定性。
表10 根据CSMR评价边坡稳定性
类别 V IV III II I
CSMR 0～20 21～40 41～60 61～80 81～100
岩体质量 很差 差 中等 好 很好
稳定性 很不稳定 不稳定 基本稳定 稳定 很稳定
根据该高寒高海拔高陡的岩土特性可计算该高寒高海拔高陡区域内的RMR值如表11所示，相应的CSMR计算值如表12所示。由表可知：该矿区内的板岩和碎裂岩化板岩岩体质量等级为V级。
表11 高寒高海拔高陡岩体RMR值计算
岩石强度 RQD 结构面间距 结构面条件 地下水条件 总评分
板岩 3 13 8 13 10 47
碎裂岩化板岩 1 8 8 11 10 38
表12 高寒高海拔高陡岩体CSMR值计算
节理岩体的CSIR分级法
Bieniawski（1976）采用主要从南非沉积岩中进行地下工程开挖所得到的数据提出了他的分级法，称为CSIR分级法，多年来该分级法经过许多的实例验证和修改，本次分析采用Bieniawski 1989年的现在通用的版本。该方法采用完整的岩石强度、岩石质量指标（RQD）、节理间距、节理状态和地下水条件等五个分级参数（表13）。分三步进行：首先根据高寒高海拔高陡岩体的性质参照Bieniawski提供的确定各级判据的表格，获得各单个参数的得分值，把单项得分值累加起来可得岩体的总分值，按总分值评价岩体属于哪一级别，得分值越大表示岩体质量越好；第二步是按裂隙产状对不同工程的影响程度修正岩体的总分值；第三步可根据作者建议的岩体工程围岩分类表来预测围岩的自撑时间以及开挖性质等，以此作为设计施工的依据。
表13 节理岩体的岩石力学分类（RMR）表（Bieniawski 1989）
A．分类参数及其指标（分数）
B.节理方向的指标修正
C.根据总指标确定岩体分级
指标 100←81 80←61 60←41 40←21 <20
分级 I II III IV V
描述 很好岩石 好岩石 中等岩石 差岩石 很差岩石
D.岩体分类的意义
根据工程地质水文地质补充勘察时现场统计的RQD值，由下式反算各岩性平均的节理间距（见表14）：
式中：为节理面的密度，是节理间距的倒数；
为阈值：常值，计算时可取另一较大阈值，计算结果取较小值。
表14 各岩性RQD值统计表
根据高寒高海拔高陡露天边坡的工程地质特征及岩体的物理力学性质，对其边坡岩体进行了分类，分类结果如表15所示。经CSIR分级法的分析，高寒高海拔高陡边坡岩体的分类结果表明：自然或饱水状态下，板岩、碎裂岩化板岩均为差岩体。
表15 高寒高海拔高陡边坡岩体的RMR分类结果
Q***分级法
该方法为Norwegian岩土工程研究所的N.Barton等人提出的围岩分类法。Q是岩体质量的简称，它是由RQD值、节理组数Jn、节理面粗糙度Jr、节理面蚀变程度Ja、裂隙水影响因素Jw以及地应力影响因素SRF等六项指标组成，其表达式为：
根据统计分析，岩体质量与Q之间的定量关系如表16所示。
表16 Q值分类表
根据对高寒高海拔高陡露天边坡相关资料的综合分析，选择相适应的参数代入计算Q值的公式中，表17为高寒高海拔高陡边坡岩体的相关参数及计算出的Q值以及岩体质量分类类级。从表知：自然状态下，板岩、碎裂岩化板岩为差的岩体；饱和状态下，板岩为差的岩体，碎裂岩化板岩为很差的岩体。
表17 高寒高海拔高陡边坡岩体的Q值
GSI分类法
GSI（geological strength index）分类方法是目前对岩体力学参数确定较流行的方法，该方法已进行了程序化的处理，该方法是根据野外工程地质调查对工程岩体质量进行评分，在此基础上，运用Hoek-Brown准则求解工程岩体强度的一种方法。
GSI是Hoek教授多年来与世界各地与之合作的地质工程师进行讨论而发展起来的方法，该方法对不同的岩性其评分标准也不尽相同，反映的岩性主要有：典型砂岩、粉砂岩、泥岩、泥质页岩、灰岩、花岗岩、蛇绿岩、片麻岩、片岩、石膏及非均质岩体（复理层）等，对图表中每一部分的用词及结构与表面的组合对应的权均进行了反复推敲，以便反映真实的自然地质条件。
GSI的基本原理为：岩体强度指标的评价中，最基本的参数是对单轴抗压强度（σci）和与岩石摩擦特性有关的材料常数（mi）的评价或测量。Hoek-Brown体系的核心内容就是如何把σci、mi的“实验值”降低至合理的现场值的评价或测量。其中，σci可以通过实验室获得，而物性参数mi可以根据表确定。确定了σci、mi和评分以后，就可估算岩体的力学参数，其理论计算方法为Hoek-Brown破坏准则。
岩体的GSI指标的计算方法有以下三种：
（1）换算法：
岩体的GSI指标与RMR指标间的换算式为：
式中：为Bieniawski于1989年修正的RMR分类法指标，且将地下水参数的指标设为15，不考虑节理方向的指标修正的总和。式中的限制条件为：RMR89>23。
（2）Q＇法：
岩体的GSI指标与Q＇的关系：
式中：Q＇值是按Q***分类方法，其Jw和SRF都设为1后求得的。
（3）图表法：
考虑岩体的地质环境，Hoek—Brown提出了地质强度指标GSI，该指标与岩体的结构特性、表面风化程度及表面粗糙性等有关，且对各类岩体的结构与表面特征间的关系以图的形式表示出。但GSI法确定岩体结构的划分时，岩体结构的描述缺乏定量化，即使在岩体结构的一种形态描述中，由于缺乏定量化，难以细定岩体地质强度指标GSI。为使岩体结构的描述定量化，引入岩体参数Jv（节理数／m3），与Hoek -Brown岩体结构特征的对应关系为：
块状岩体结构 Jv<3；
非常块状岩体结构 Jv＝3～10；
块状/褶曲岩体结构 Jv＝10～30；
碎块状岩体结构 Jv>30。
据此，由节理化岩体的Jv可细定节理化岩体的地质强度指标GSI。补充之后的Hoek-Brown地质强度指标GSI见表18。当使用表18评价岩体的地质强度指标GSI时，可由岩体的结构特征Jv（Jv也可由式RQD=115－3.3Jv反求）和表面条件与表18的斜线相交，就可确定该岩体的地质强度指标GSI。
三、试验参数的工程处理，通过费辛柯法、格吉（Georgi）法、经验折减法、岩体内摩擦角换算法、GSI方法来对岩石参数进行计算；
费辛柯法
该法除考虑不连续面密度（以不连续面间距表示）外，还考虑了岩体的破坏高度，多适用于煤田沉积岩层的软坚硬—较软岩层，其计算岩体内聚力的表达式为：
式中：为岩体内聚力（MPa）；为岩石试块试验的内聚力（MPa）；为岩石的特征系数，由《采矿设计手册》附表查得；为破坏岩体被切割的原岩尺寸，此处取节理间距（m，表14）；为岩体破坏高度，边坡分析中可视为边坡破坏高度（m）。
按费辛柯法弱化后结果如表20所示。
表20 费辛柯法计算结果（自然状态）
格吉（Georgi）法
M.Georgi对片麻岩、大理岩、辉长岩、角闪岩、二长斑岩、安山岩、玄武岩、流纹岩等十五种坚硬的火成岩、变质岩的岩石强度和岩体强度研究后，提出如下经验公式：
式中：为不连续面密度（表14：节理密度，条/m）。
按Gerogi法弱化后结果如表21所示。
表21 Gerogi法计算结果（自然状态）
经验折减法
该法是根据现场工程地质、水文地质和岩石各种力学性质试验的具体情况，将室内试验所得除以某一数值降低若干倍后即出现相应岩体的。本次对降低（）、（）、（）倍后得出相应的结果如表22所示。从表22可看出，值降低（）倍后与前述两种方法接近。
表22 经验折减法计算结果（自然状态）
岩体内摩擦角换算法
作为一种工程近似方法，按一定的折减系数换算岩体的内摩擦角，所得结果如表23所示。
表23 岩体内摩擦角换算结果（自然状态）
GSI方法
1） 破坏准则
经对含有结构面的岩体破坏特性的分析，Hoek-Brown（1980）用试错法提出了节理岩体Hoek-Brown破坏准则，又经多次的修改（1985，2002）发展为节理岩体通用的Hoek-Brown破坏准则：
式中：和为分别为破坏时的最大和最小有效应力；为原岩试样的单轴抗压强度；mb为Hoek-Brown常数；a和s为常数，取决于岩体的性质。
岩土工程中常用的Mohr包络线，经统计分析与曲线拟合，等效Mohr包络线方程为：
式中：A和B为材料常数； 为法向有效应力；为岩体的抗拉强度，可由下式确定：
对岩块（石），可简化为：
即岩石破坏时的主应力关系由单轴抗压强度和常数mi确定。
又式（5.14）可重写为：
根据岩石的三轴试验结果，岩石的单轴抗压强度、常数mi和相关系数r2值可由下式确定：
式中： ，；n为试样的个数。
岩体的特性参数可由下式确定：
式中：D为取决于***与应力释放等开挖扰动程度的弱化因子，其值为0～1，从无扰动时到扰动最大时。
设，可得岩体的单轴压缩强度：
2） 变形模量Em
从70’s以来，许多的学者提出了一系列基于岩体分类指标来确定岩体变形与强度的方法，如Q法（Barton et al，1974）、RMR法（Bieniawsi，1976、1989）、GSI法（Hoek et al，1995、1997；Bieniawski， 1978；Barton， 1983；Serafim & Pereira， 1983；Trueman， 1988）等等。随着岩石力学的不断发展，确定岩体变形模量的公式也不断得到发展。
2006年，Hoek and Diederichs又对岩体变形模量的公式做了如下修正：
（1）仅靠GSI和D值来求取：
（2）通过完整岩石弹性模型来求取：
当没有完整岩石弹性模量的试验值时，可以通过以下经验公式估值：
其中：MR的值可以通过专用的表格查得。
3、抗剪强度参数
在岩土工程中经常用到Mohr-Coulomb破坏准则，其表达式为：
而Mohr-Coulomb破坏准则按最大与最小主应力的线性关系可表示为：
式中：k为和间线性关系的斜率，为岩体的抗压强度，而岩体的内摩擦角和粘结力由下式计算：
通过一系列三轴试验值，岩体内摩擦角和粘结力可由下式计算。参数A和B值计算如下：
对法向应力与切向应力之间的关系形式为：
式中：
等效Mohr包络线，可写为下式形式：
式中：，
和值，则按线性回归可得A和B值：
式中：T为在线性回归中数据对的总数。
以上岩体强度参数采用专门编制的软件计算，其结果见表24。
表24 GSI法计算结果
砾砂土物理力学参数的折减
砾砂土物理力学参数按试验结果乘以0.7和0.8的系数进行折减，结果如表25所示。
表25 砾砂土物理力学参数的拆减结果（自然状态）
经上述几种弱化方法处理后，综合考虑各岩组、的取值范围如表26所示，饱水状态参数对比如表27所示。
表26 各岩组、取值综合对比（自然状态）
表27 各岩组饱水状态参数对比
备注：根据室内试验结果，板岩软化系数，0.591；碎裂岩化板岩软化系数，0.411。
高寒高海拔高陡边坡岩土体物理力学参数采用值
通过对高寒高海拔高陡边坡岩土体物理力学参数试验结果的上述工程处理，综合选取的岩土体物理力学参数如表28所示（第四系饱水状态参数按经验系数折减）。
表28 高寒高海拔高陡边坡岩土体力学参数
备注：第四系饱水状态粘结力取自然状态的0.3～0.4，内摩擦角取自然状态的0.5～0.6，饱水容重参照《工程地质手册》经验取值；碎裂岩力学参数介于碎裂岩化板岩与第四系之间，根据经验选取。
边坡稳定性分析
a、影响因素的敏感性分析，影响边坡稳定性的因素有很多，根据高寒高海拔高陡的具体情况，分析考虑了以下5种因素：
（a）边坡高度（H）；
（b）粘结力（c）；
（c）内摩擦角（φ）；
（d）边坡角（α）；
（e）岩体容重（γ）；
按高寒高海拔高陡的赋存条件、采矿工艺、室内岩石力学试验等，在理论和实践分析的基础上把5个影响因素的各水平值控制在适当范围内，试验中每个因素取5个水平；如表29，表1中有5个因素，每个因素5个水平值，可选用L25（55）表，试验方案及结分析表30所示。
表29 边坡稳定性计算试验因素方案表
表30 边坡稳定性计算方案与结果分析表
为克服这种偏差，在取值范围内，部分影响因素采用随机序列构造试验的水平取值，边坡安全系数的计算公式：
通过以上公式得出影响高寒高海拔高陡边坡稳定性因素的主次为：边坡角α＞粘结力c＞内摩擦角φ＞边坡高度H＞岩体容重γ，即边坡角、粘结力、内摩擦角对边坡稳定性的影响最为显著，边坡高度、岩体容重次之。边坡高度取决于矿体的赋存条件及地形条件，因此，在一定的边坡高度下，要慎取边坡角和岩体参数；
各影响因素与边坡安全系数间的关系曲线如图1～5所示。从图知：边坡安全系数的大小与边坡高度、边坡角和岩体容重成负相关关系，安全系数随边坡高度、边坡角和岩体容重的增加而降低；边坡的安全系数与粘结力、内摩擦角成正相关的关系，安全系数随它们的增加而增加。图1～5反映的是边坡安全系数随各影响因素变化的趋势，可为高寒高海拔高陡边坡设计提供依据，做到有的放矢。
图1 边坡高度与边坡安全系数关系图
图2 粘结力与边坡安全系数关系图
图3 内摩擦角与边坡安全系数关系图
图4 边坡角与边坡安全系数关系图
图5 岩体容重与边坡安全系数关系图
b、赤平投影定性分析，根据结构面与坡面的组合关系，对边坡的稳定性进行初步的定性分析，即判断边坡的危险结构面组合；根据高寒高海拔高陡边坡分区结果，将高寒高海拔高陡边坡分为A、B、C、D、E、F六个区域；根据钻孔成像测试成果的统计分析，板岩和碎裂岩化板岩结构面的优势产状均为一组，将A、B、C、D、E、F六个区域边坡面的产状分别与板岩和碎裂岩化板岩结构面的优势产状作出相应的赤平投影图，以便得到不同工程地质分区边坡面与岩体结构面的组合关系，分析不同岩体结构面对各分区边坡稳定性的影响；分析结果如表31所示，从表得知：
（1）E区边坡中的板岩优势结构面走向与坡面走向夹角处于0～30°间，属不稳定边坡；
（2）F区边坡中的板岩和碎裂岩化板岩优势结构面走向与坡面走向夹角均处于60～90°间，属稳定边坡；
（3）其它分区边坡中的板岩和碎裂岩化板岩优势结构面走向与坡面走向夹角均处于30～60°间，属基本稳定边坡。
岩体结构面与边坡的组合仅是影响边坡稳定性的因素之一，非决定性因素。因此，上述分析结果仅反映岩体结构面与边坡的组合定性影响边坡稳定性的程度，并不能反映其它因素对边坡稳定性的影响，也不能作为边坡稳定性分析的最终结果。
表31 边坡稳定性的赤平投影分析结果
c、边坡破坏模式分析，边坡稳定性分析时，判定边坡破坏模式主要是考虑岩性、岩体结构面类型、优势结构面产状和边坡结构参数等因素及其关系，对岩质边坡主要依据是岩体结构与边坡的组合关系，主要遵循以下原则：
（1）根据已有的工程地质水文地质资料，尽量找出“确定面”或“特征面”，即为坡体内不连续面或软弱夹层、破碎带、岩层控制面等相互连通、与边坡临空面构成的形状、位置、大小都已确定的潜在剪切面，这类潜在剪切面主要受控于工程地质和力学特征，高寒高海拔高陡边坡体中发育较破碎的碎裂岩化板岩和呈半松散状的软弱夹层碎裂岩，从岩体优势结构面赤平投影分析来看，主要可能存在的破坏模式为平面破坏：A、C、E三个工程地质分区内，边坡岩体优势结构面倾向于边坡临空面，优势结构面倾角与碎裂岩化板岩、碎裂岩岩层倾角大小相近，由于岩体优势结构面倾角较缓，且矿区褶皱构造发育，边坡整体虽不可能沿平面滑动，但是局部台阶可能会产生平面破坏；
（2）按节理裂隙组数、产状或岩体强度来考虑边坡破坏模式，有下列条件之一者，均可判定为圆弧型破坏模式：
①均匀松散介质、冲积层、大型岩层破碎带；
②有三组或多组产状各异的软弱结构面存在，且不与边坡面同向；
③强风化碎裂结构的岩体；
④某些强度很低的岩石边坡；
岩质边坡潜滑面的形状一般来说不会是很严格的圆弧形，经验已表明：大量滑坡实测的滑动面都可近似地表示为垂直裂隙加圆弧型，高寒高海拔高陡边坡表层为第四系砾砂土层，下伏板岩、碎裂岩化板岩、碎裂岩，矿化带赋存于矿化破碎蚀变构造岩带中，总体走向呈北西—南东向，倾向南西，矿体倾角30°～70°，作为矿体的顶底板围岩的板岩、碎裂岩化板岩受该矿化破碎蚀变构造岩带的控制，故其优势结构面产状经统一简化为一组主控结构面，但其结构面的产状分布较凌乱，反映岩体的结构面组数应较多，且两种岩性均为差的岩体，强度值很低，碎裂岩呈半松散状，较前两种岩性强度值更低，因此，高寒高海拔高陡边坡的滑动模式可考虑为垂直裂隙加圆弧型；
（3）采用先进的数值模拟分析技术，根据边坡体内最大剪应变和剪切破坏区的发展状况与趋势，来确定或验证边坡体的滑动模式，如在第九章的弹塑性有限元分析的结果知：高寒高海拔高陡边坡的破坏模式可选为圆弧+顺层型滑动；
d、极限平衡与可靠性分析，其中极限平衡分析包括以下步骤：
（1）分析剖面，根据边坡工程地质分区、补勘钻孔及其它钻孔的布置情况，对大场高寒高海拔高陡边坡的剖面进行极限平衡分析，分析剖面主要是依据高寒高海拔高陡境界终了图、补勘钻孔编录成果，且在原有地质剖面上切取而成，
（2）坡体受力计算分析，极限平衡分析考虑三种受力情况：
I：自重状况；
II：自重+地震状况；
III：自重+地下水稳定渗流场状况；
根据矿区防治水建议，开挖一层截水沟拦截场外全部坡面迳流及冻结层上水，因此，受力状况III地下水位采用冻结层下水水位，影响半径计算公式参照承压—无压大井法公式：，
式中：R 为影响半径（m）；S为水位降深，为冻结层下水最高水位至坡底的最大垂高（m）；K为渗透系数，取冻结层下水平均值0.003m/d；
（3）边坡稳定性分析步骤与合理边坡角的确定
（a）采用极限平衡法分析方法进行稳定性分析计算，极限平衡法分析方法主要有：瑞典条分法（或Fellenius法）、简化Bishop法、Janbu简化法和Spencer法；
因为简化Bishop法分析精度高且计算速度快，最能反映边坡稳定性的实际状态，故此次将Bishop法作为稳定性分析计算的主要方法；
（b）每个剖面先进行三种受力情况及不同边坡角的整体稳定性分析，找到各工程地质分区临界稳定状态的最小边坡角，分析采取一面坡的形式；
（c）根据不同工程地质分区各剖面的分析结果，确定各分区的合理边坡角；
（d） 边坡极限平衡分析结果分析结果如表32所示；根据分析结果，分别绘制各剖面在不同受力情况下安全系数与边坡角的关系图，分析结果图以10-10´剖面为例，如图6～24所示。
从分析结果表、图可知：
表32 各剖面整体稳定性的安全系数计算结果
A区：
B区：
C区：
D区：
E区：
F区：
图6 1-1´剖面各受力情况下边坡稳定性与边坡角关系图
图7 3-3´剖面各受力情况下边坡稳定性与边坡角关系图
图8 5-5´剖面各受力情况下边坡稳定性与边坡角关系图
图9 2-2´剖面各受力情况下边坡稳定性与边坡角关系图
图10 4-4´剖面各受力情况下边坡稳定性与边坡角关系图
图11 7-7´剖面各受力情况下边坡稳定性与边坡角关系图
图12 10-10´剖面各受力情况下边坡稳定性与边坡角关系图
图13 12-12´剖面各受力情况下边坡稳定性与边坡角关系图
图14 14-14´剖面各受力情况下边坡稳定性与边坡角关系图
图15 6-6´剖面各受力情况下边坡稳定性与边坡角关系图
图16 8-8´剖面各受力情况下边坡稳定性与边坡角关系图
图17 9-9´剖面各受力情况下边坡稳定性与边坡角关系图
图18 11-11´剖面各受力情况下边坡稳定性与边坡角关系图
图19 13-13´剖面各受力情况下边坡稳定性与边坡角关系图
图20 15-15´剖面各受力情况下边坡稳定性与边坡角关系图
图21 16-16´剖面各受力情况下边坡稳定性与边坡角关系图
图22 18-18´剖面各受力情况下边坡稳定性与边坡角关系图
图23 17-17´剖面各受力情况下边坡稳定性与边坡角关系图
图24 19-19´剖面各受力情况下边坡稳定性与边坡角关系图
（1）随着边坡角的增大，边坡安全系数呈逐渐降低的趋势；
（2）地震作用使边坡的安全系数较自重状况下降低18.95～22.65%，地下水作用使边坡的安全系数较自重状况下降低13.20～25.42%，地震作用对边坡稳定性的影响程度较地下水大，只有当边坡岩体很破碎时，地下水作用对边坡稳定性的影响程度才比地震作用更大；
可靠性分析其基本原理为：产生[0，1]之间均匀分布抽样的随机数，根据随机变量的不同分布规律，通过变换、舍选等方法，在产生符合随机变量概率分布的一组随机数，将其代入边坡极限平衡分析状态函数中，分别得到n个极限状态函数的随机数，如果在这n个随机数中有m个不同于1，则当n足够大时，根据大数定理，此时的频率已近似于概率，可得结构的失效概率为：，从而可以求出Z的均值和标准差，并计算可靠指标及Z的概率分布函数，从边坡安全系数定义出发；
边坡的可靠性（R）可定义为：在估计影响边坡稳定性的参数的基础上，计算其大于1的安全系数的概率，即为该边坡可保持稳定的可靠性概率，显然边坡失稳或破坏概率为（1-R）；
边坡岩体的安全系数是影响边坡稳定性各因素的函数，为了确定边坡安全系数的概率分布，就必须找出影响边坡稳定各因素的分布形式。高寒高海拔高陡边坡可能的破坏模式已确定，由边坡稳定性影响因素敏感度的正交极差分析可知：对边坡稳定性影响最为明显的参数为和值，因此，高寒高海拔高陡不同边坡角下边坡稳定性概率分析主要考虑表征岩体抗剪强度特征的和值的分布函数；
根据前人对抗剪强度参数的试验和研究结果，和值均近似服从正态分布，特别是值，其正态分布规律十分明显，因此，只要求出和的数学期望和方差，就可确定其正态分布函数，当然，确定一个量的数学期望及方差亦需要一定数量的实测值，在实测值不足其统计数量有限的情况下，可取潜在滑动面上各类岩体或结构面强度的加权平均值作为强度的数学期望值，即：
式中：、分别为和的加权平均值；
、分别为计算剖面各条块滑面抗剪强度参数；
是各条块岩体自重；
是各条块滑面长度；
大量的计算分析表明，在一定下条件下，用岩体强度的加权平均值得出的安全系数与按各条块不同岩性的强度值得出的安全系数是很相近的；
和值的方差或实测值中误值和可由下式确定：
式中：和分别是和实测值的变异系数，在实测数据不足情况下，按试验规程，变异系数可取0.2；
根据误差理论，一量的观测值的平均值加、减其三倍方差区间内，包括了此量实测值的99.5%以上，故取[，]，[，]为和变量的分布区间；
所述边坡可靠性分析结果，根据和的分布区间，以极限平衡分析中各工程地质分区稳定性最差的六个剖面进行边坡可靠性分析：采用边坡稳定性分析软件，按蒙特卡洛方法，循环次数为1000次，安全系数分为：（1）按安全系数最小原则，搜索出的确定性滑面的安全系数；（2）因岩体力学参数的正态分布所造成的离散性，经1000次循环分析后，求得的边坡安全系数的平均值；
依据破坏概率的大小可以将边坡分为5种类型：破坏概率小于5％的边坡评价为稳定；破坏概率在5％～30％之间的边坡评价为基本稳定；破坏概率在30％～50％之间的边坡评价为稳定性一般；破坏概率在50％～80％之间的边坡评价为稳定性差；破坏概率大于80％的边坡评价为稳定性极差；根据表35～40的边坡可靠性分析结果，可以得知：
（1）按安全系数最小原则，搜索出的确定性滑面安全系数即为边坡极限平衡分析时的简化Bishop法安全系数值；剖面安全系数平均值一般情况下比搜索出的确定性滑面安全系数值略高。
（2）根据可靠性分析结果，边坡稳定性差时一般会产生滑坡；边坡基本稳定时，控制好影响边坡稳定性的因素，边坡一般可保持稳定。因此，在选择合理边坡角时，边坡应处于基本稳定～稳定。根据此原则，在三种受力情况下，各工程地质分区采用如下边坡角时，可保证边坡的稳定：
A区，≤43°；
B区，≤46°；
C区，≤42°；
D区，≤45°；
E区，≤39°；
F区，≤38°。
表35 3-3´线剖面边坡的可靠性分析结果（A区）
表36 4-4´线剖面边坡的可靠性分析结果（B区）
表37 10-10´线剖面边坡的可靠性分析结果（C区）
表38 9-9´线剖面边坡的可靠性分析结果（D区）
表39 18-18´线剖面边坡的可靠性分析结果（E区）
表40 19-19´线剖面边坡的可靠性分析结果（F区）
e、边坡台阶的平面破坏分析包括以下步骤：
（1）倾角换算
从赤平投影分析结果来看，边坡岩体内优势结构面的走向均与边坡面的走向斜交，故在进行边坡平面破坏分析时，需要将优势结构面的真倾角投影到边坡面的倾向方向上，结构面在坡面倾向方向上的倾角换算公式为：
式中：、为结构面的倾向和真倾角；
为坡面倾向；
为结构面在坡面倾向方向上的倾角；结构面倾角换算结果如表41所示：
表41 优势结构面倾角换算结果
（2）边坡平面破坏初步判断
根据边坡稳定性的极限平衡与可靠性分析结果，初步确定的A、C、E区稳定的边坡角为43°、42°、39°，故不管边坡设计采用几个台阶并段，并段台阶的边坡角均大于1～6组优势结构面换算后的倾角，依据破坏面倾角必须小于坡面倾角才能发生平面破坏的原理，初步可判断高寒高海拔高陡A、C、E区边坡台阶均可能会发生平面破坏；
（3） 边坡平面破坏的分析
以安全系数为指标进行边坡平面破坏的定量分析，安全系数的计算采用极限平衡的原理，分两种情况进行计算：坡顶或坡面是否存在张裂缝：
无张裂缝时，安全系数计算公式为：
有张裂缝时，安全系数计算公式为：
式中：为安全系数；为边坡高度；为边坡角度；为破坏面倾角；为水平地震加速度；为岩体容重；为水的容重；为破坏面以上岩石楔形体的重量； 为楔形体的底面积；为破坏面上由水压力引起的浮托力；为水在拉裂缝中引起的水平力；为沿滑动面的粘结力；为滑动面的内摩擦角；为锚固***施加的作用力；为锚杆的倾角；
平面破坏分析结果
本次平面破坏分析主要考虑单个台阶和两个台阶并段两种情况，且单个台阶坡面角与两个台阶并段后的坡面角相同，并考虑到坡顶有张裂缝存在。计算结果如表42～44所示：
表42 A区结构面边坡台阶平面破坏分析结果
表43 C区结构面边坡台阶平面破坏分析结果
表44 E区结构面边坡台阶平面破坏分析结果
f、基于强度折减的二维有限元模拟分析，包括以下步骤：
1、二维有限元分析的基础
（1）二维有限元的基本思路
有限元是根据物理的近似，用网格将连续体划分成有限数目的单元体，这些单元体之间在结点处互相铰接，形成离散结构，用这些离散结构来代替原来的连续体结构，在满足相邻单元间变形的相容条件、作用于单元上的力的平衡条件、各单元的位移与单元材料的力学性质相对应这三个条件的情况下，将荷载移置作用于离散结构的结点上，成为结点荷载，其应力应变关系为：
式中：为单元应力； 为弹性矩阵；为单元应变。
由虚位移原理和应力应变关系，可建立结点荷载与结点位移之间的关系，即用位移表示的结点平衡方程组：
式中：为刚度矩阵；为结点位移列阵；为结点荷载列阵；为单元弹性矩阵；为单元应变矩阵；
解方程组可得到位移场，进而可推出应变和应力的分布，这就是有限元的基本思路，它实际上是微分方程的一种数值解法；
（2）弹塑性屈服准则
根据高寒高海拔高陡边坡岩石的特征，采用摩尔—库仑屈服准则，其表达式如下：
式中：为内摩擦角；为粘结力；
，，
（3） 弹塑性应力应变关系
介质整体的弹塑性应力应变关系为：
式中为弹塑性矩阵；
为硬化系数，对于理想弹塑性分析，=0；
为屈服函数对应力分量的偏导数向量， 可表示为：
式中：为有效应力，且
；
根据高寒高海拔高陡边坡的工程地质特征、边坡稳定性的极限平衡与可靠性分析结果，选取具有典型意义的能反映边坡稳定性的10-10´、18-18´和19-19´三个剖面作为分析剖面（边坡角分别为42°、39°和38°），并分别建立了M1、M2和M3三个有限元分析模型，进行平面应变分析，主要分析极限平衡与可靠性分析结果中稳定的最陡边坡在自重应力场作用下的稳定性状况。
模型边界条件为：坡面为自由面，边坡两侧端面水平方向固定，底部垂直方向固定，原岩应力场为自重应力场。
采用最大拉应力判据，结合Mohr-Coulumb屈服准则来确定边坡开挖后的应力、位移、可能出现的拉剪破坏范围等，以此来分析高寒高海拔高陡边坡的稳定性状况。
分析程序采用加拿大岩土工程分析软件Phase2，是专用于地下或地表边坡工程开挖中的应力和位移的2D有限元分析软件，可用于包括脆弱岩石的复杂隧道支护问题、地下发电站洞室开挖与支护、采矿开采与充填、边坡开挖模拟等问题的分析。在进行分析时的载荷按程序自动分级施加，解方程时用Gaussian消除法求解，最大重复次数为500次，累计误差为0.001。
有限元模拟计算结果及分析
1、M1（10-10´剖面）模型分析结果
（1）应力分析
边坡岩体的应力大小随深度的增加而增大，越接近坡面主应力值越小，其方向从坡体深部的垂直方向，逐渐转为浅部的顺坡方向，且在坡体的下部受开采台阶的影响，其应力的扰动状态较大。
（2）位移分析
M1模型开挖坡体的位移主要是向采坑临空面移动，位移较大处为边坡中下部的碎裂岩中，最大值为0.144m。
（3）塑性破坏区分析
M1模型坡体的塑性破坏区主要为拉应力和剪切破坏区。拉应力破坏区主要分布在坡顶的第四系上部、下伏板岩的顶部和中上部坡面附近，破坏区最大深度从坡顶向下延伸约40m，垂直坡面向边坡体内延伸约10m；剪切破坏区主要分布在第四系下伏板岩的上部及坡底，破坏区最大深度板岩上部向下延伸约87m，坡底最大延伸长度约25m。
（4）安全系数
强度折减法计算的安全系数为F=1.42，与极限平衡的分析结果（F=1.381）相近，显示的滑面位置基本相同，符合一般规律，结果可靠。
（5）滑坡机理分析
M1模型强度折减法计算，从强度折减系数F取值为1.0、1.37、1.4、1.42、1.43、1.44、1.48和1.75的情况下计算出边坡内最大剪应变和剪切破坏区的发展趋势来看，初始阶段坡底存在剪切破坏区，随着折减系数的增大（1.37～1.44），边坡中下部的碎裂岩中产生剪切破坏并逐步向破体内延伸，剪切破坏区发展至坡顶后边坡产生局部的滑坡。滑面形状上部为近圆弧型，下部沿碎裂岩与板岩的接触面顺层滑出，滑动模式为“圆弧+顺层型滑动”。
当折减系数增大至1.48～1.75时，坡底破坏区向上发展，与坡体中上部破坏区贯通后边坡产生整体破坏。滑面形状上部为近圆弧型，下部沿碎裂岩化板岩与板岩的接触面顺层滑出，滑动模式为“圆弧+顺层型滑动”。
2、M2（18-18´剖面）模型分析结果
（1）应力分析
边坡岩体的应力大小随深度的增加而增大，越接近坡面主应力值越小，其方向从坡体深部的垂直方向，逐渐转为浅部的顺坡方向，且在坡体的下部受开采台阶的影响，其应力的扰动状态较大。
（2）位移分析
M2模型开挖坡体的位移主要是向采坑临空面移动，位移较大处为边坡中下部的碎裂岩和碎裂岩化板岩中，最大值为0.096m。
（3）塑性破坏区分析
M2模型坡体的破坏区主要为拉应力和剪切破坏区。拉应力破坏区主要分布在坡顶的第四系和下伏板岩中，边坡中上部坡面附近及坡顶碎裂岩顶部有小范围拉应力破坏区存在，破坏区最大深度从坡顶向下延伸约18m，垂直坡面向边坡体内延伸约9m；剪切破坏区主要分布在第四系下伏板岩、碎裂岩上部、坡体中部板岩和坡底，不连续，破坏区最大深度从第四系下伏板岩向下延伸约74m，坡底最大延伸长度约25m。
（4）安全系数
强度折减法计算的安全系数为F=1.48，与极限平衡的分析结果（F=1.416）相近，显示的滑面位置基本相同，符合一般规律，结果可靠。
（5）滑坡机理分析
模型强度折减法计算从强度折减系数F取值为1.0、1.37、1.4、1.48、1.49、1.5、1.52和1.75的情况下计算出边坡内最大剪应变和剪切破坏区的发展趋势来看，初始阶段坡底存在剪切破坏区，随着折减系数的增大（1.37～1.75），坡底剪切破坏区在碎裂岩中沿碎裂岩与碎裂岩化板岩的接触面向坡体内发展，然后破坏区沿碎裂岩化板岩与板岩的接触面向上发展至坡顶，此时边坡发生整体破坏。滑面形状上部为近圆弧型，下部沿接触面顺层滑出，滑动模式为“圆弧+顺层型滑动”。
3、M3（19-19´剖面）模型分析结果
（1）应力分析
边坡岩体的应力大小随深度的增加而增大，越接近坡面主应力值越小，其方向从坡体深部的垂直方向，逐渐转为浅部的顺坡方向，且在坡体的下部受开采台阶的影响，其应力的扰动状态较大。
（2）位移分析
M3模型开挖坡体的位移主要是向采坑临空面移动，位移较大处为边坡中部的碎裂岩中，最大值为0.101m。
（3）塑性破坏区分析
M3模型坡体的破坏区主要为拉应力和剪切破坏区。拉应力破坏区主要分布在坡顶的第四系表层（约7m）和第四系下伏碎裂岩化板岩的表层（约10m）；剪切破坏区主要分布在第四系下伏碎裂岩化板岩、板岩和坡底，破坏区最大深度从第四系下伏碎裂岩化板岩向下延伸约60m，坡底最大延伸长度约19m。
（4）安全系数
强度折减法计算的安全系数为F=1.60，与极限平衡的分析结果（F=1.426）相近，显示的滑面位置基本相同，符合一般规律，结果可靠。
（5）滑坡机理分析
M3模型强度折减法计算，从强度折减系数F取值为1.0、1.37、1.56、1.60、1.61、1.62、1.65和1.75的情况下计算出边坡内最大剪应变和剪切破坏区的发展趋势来看，初始阶段坡底存在剪切破坏区，随着折减系数的增大（1.37～1.75），坡底剪切破坏区向坡体内发展，当破坏区向上并发展至坡顶时，边坡发生整体破坏。滑面形状为近圆弧型，滑动模式为“圆弧型滑动”。
2 、强度折减法基本原理
强度折减系数法的基本原理是将边坡强度参数：粘结力和摩擦角的值同时除以一个折减系数，得到一组新的值，然后作为新的资料参数输入，再进行试算，当计算不收敛时，对应的值被称作坡体的最小稳定安全系数，此时边坡达到极限状态，发生剪切破坏，同时可得到边坡的破坏滑动面，表达式如下：
，
3、二维弹塑性有限元分析
（1）岩体力学参数
根据高寒高海拔高陡高寒高海拔高陡边坡岩体的分布特点，考虑四种岩性即板岩、碎裂岩化板岩、碎裂岩和第四系；
（2）计算模型与分析软件
根据高寒高海拔高陡边坡的工程地质特征、边坡稳定性的极限平衡与可靠性分析结果，选取具有典型意义的能反映边坡稳定性的剖面作为分析剖面，其边坡角分别为42°、39°和38°，并分别建立了三个有限元分析模型，进行平面应变分析，主要分析极限平衡与可靠性分析结果中稳定的最陡边坡在自重应力场作用下的稳定性状况；
模型边界条件为：坡面为自由面，边坡两侧端面水平方向固定，底部垂直方向固定，原岩应力场为自重应力场。
采用最大拉应力判据，结合Mohr-Coulumb屈服准则来确定边坡开挖后的应力、位移、可能出现的拉剪破坏范围，以此来分析高寒高海拔高陡边坡的稳定性状况；
g、边坡冻融影响分析，包括以下步骤：
1、冻融边坡滑动模式分析
冻土划分为以流动、滑动和崩塌为主的土体运动三类，后演变有蠕变型斜坡、以及兼有滑动和坍塌两种变形的滑塌型斜坡失稳现象，其发育按地貌可以划分为冰缘碎屑的流动、滑动及普通冻土区的热融滑塌，而冻土斜坡失稳可以分为正冻土滑坡和正融土滑坡两种类型，正融土滑坡包括融冻泥流、热融滑塌两种类型；正冻土滑坡包括蠕变强滑坡和崩塌型滑坡两种类型；热融滑塌是多年冻土区特有的边坡失稳形式，滑动规模和速度远比一般滑坡小，但在多年冻土地区普遍存在。冻融的反复作用，将影响寒区边坡的稳定性。（见表45）。
表45 寒区边坡水文类型
在正冻滑坡中，冻结滞水型滑坡是寒区边坡滑坡的独特的类型，正融滑坡也分为两种类型：融冻泥流和热融滑塌，而对于冻融滑坡，则主要由岩质边坡的崩塌及石屑的滑动造成；这是由于岩体长期的冻融损伤、强度劣化的结果，影响交通和采矿工程的安全。
表层崩塌的破坏模式是岩质边坡长期冻融作用的主要表现形式。而对于土质边坡，在融化的过程中，土体的含水量增大，强度降低；夏季的降雨量集中，冻融作用使得上部土体由于水分迁移而含水量增大，渗透性增大。多种因素的综合作用，降低了寒区土质边坡的稳定性。对于岩石边坡在冻融循环下的破坏，主要是因为地形、地质等内在因素和降雨、热变形以及冻融作用等外在因素相互作用的结果。刘泉声等研究了岩石冻融破坏机理，认为岩石基本冻融破坏模式为：片落模式和裂纹模式。
一般在严寒的冬天岩石崩塌事故是比较少的，原因是在低温下岩石强度比常温情况要高，同时低温情况下地下水及地表水的活动都受到限制。进入融化期，积雪和冻结岩石发生融化，岩石崩塌容易发生。这些地区岩石边坡主要表现为表层破坏。对于高含水量、含大量软弱结构面的岩体，这种作用表现很明显。当然，也有较大规模的滑坡，这主要是由于岩石边坡表层冻结造成地下水位上升，裂隙面上水压力增加，从而诱发边坡破坏。进入融化期，积雪和冻结岩体发生融化，岩石崩塌容易发生，这些地区岩石边坡主要表现为表层破坏。长期反复的冻结融解作用使得边坡稳定性降低，产生崩塌。
寒区冻岩土边坡和普通边坡不同，冻岩土土体参数都是温度的函数，它是随着环境温度的变化时刻改变的。寒区边坡稳定性受多种因素的影响，主要可分为内部因素和外部因素。内部因素包括：组成边坡的岩土体类型及性质、边坡形态、地下水等；外部因素包括：气候条件、坡体植被、人类工程活动等。寒区冻土边坡的稳定性分析不仅包括传统的分析方法，近年来随着计算机水平的快速发展，边坡失稳的数值计算方法也悄然兴起并逐步得到蓬勃发展，主要是将温度场、渗流场与岩土体应力场进行耦合分析，同时也利用有限元强度折减法对边坡稳定性进行分析。
2、高寒高海拔高陡冻融边坡的滑动模式
（1）矿区地质环境及冻土情况
根据对高寒高海拔高陡赋存环境条件的工程地质勘测，矿区内岩性分布比较单一，第四系覆盖层厚度5.65～20.65m，基岩主要以粉砂质板岩及泥质板岩为主，占90%以上，局部发育砂岩、碎裂岩化砂岩，高寒高海拔高陡矿化带赋存于矿化破碎蚀变构造岩带中，总体走向呈北西—南东向，倾向南西，矿体倾角30°～70°不等，呈舒缓波状形态，矿体围岩岩性为变砂岩、粉砂质板岩、碎裂岩化粉砂质板岩、砂岩；
矿区冻土层广泛分布，按其年内及年际间的变化特点，分为季节性冻土及中纬度高海拔型多年冻土，季节性冻土的厚度，据浅井揭露，第四系松散堆积物冻结深度为2.70m，丘陵山区略有增厚，可达3.10m，且随季节而变化，多年冻土的上限为多年冻土区季节性融化层的最大深度，据钻孔多年冻土观测装置成果：矿区多年冻土层底板埋深为20.85m，厚度为17.75m；
矿区南侧有大场沟通过，地下水主要补给水源为大气降水，以多年冻土为稳定隔水层，冻结层水广布，按地下水含水介质、赋存条件将矿区地下水划分为松散岩类冻结层水和基岩类冻结层水两大类型，其中松散岩类冻结层水又分为松散岩类冻结层上水及松散岩类冻结层下水，基岩类冻结层水又分为基岩类冻结层上水及基岩类冻结层下水；
（2）第四系或季节性冻土、永冻层边坡的滑坡破坏模式分析
根据高寒高海拔高陡的地质环境条件，在高寒高海拔高陡开采过程中，对于边坡顶部的第四系或季节性冻土、永冻层边坡而言，当温度降至土体的冻结温度以下时，边坡表层土体将首先发生冻结，在冻土与非冻土之间形成一个平缓的、时刻变化的冻结锋面，包括永冻层在内处于冰冻状态；从对砾砂土的土体冻胀与融沉特性以及土体在冻结条件下的三轴抗压强度及冻结条件下的c、φ值试验结果来看：高寒高海拔高陡的土体属弱冻胀性土、属弱融沉土；土体强度随冻结温度的降低，其c、φ值有所提高，说明冻土边坡在封冻期内，随温度的降低，边坡的稳定性是处于越来越稳定的状态，可不考虑该边坡在封冻期的稳定性；
然而随暖季的到来，季节性冻土层从地表开始融化，直至融化层达到最大深度，在融冻期内，高含冰量的表层冻土随着外界气温的升高而进入融化期，开始发生融化，融化后的土体抗剪强度很低，而融化土体下部的冻结层或永冻层为一个近似的不透水层，上部融解的水分不能够下渗，造成上部土体含水量处于饱和状态，在冻结层与融化土体的冻融交界面处，水分沿交接面流动，严重时土体变成流动状态，在条件成熟时边坡土体就会沿冻融交界面发生坍塌，最终形成融冻泥流和热融滑塌等灾害，冻融滑塌较易发生在边坡的浅层且破坏性较小，分析时可看成是长度与深度之比为无限大的浅层滑坡，这些破坏形式都是由于下卧永冻层冰热稳定性得不到保障，冻土上限下降，冻土融化，改变季节融化层土体水分条件，土体饱水，进而导致土体力学性能急剧下降，使斜坡失稳；
对高寒高海拔高陡在暖节的这种灾害是应加以注意的，除对边坡顶部的第四系土体易发生热融滑塌外，其下的永冻层应受热融化，将原本的永冻层稳定隔水层边界破坏，使得以其上的冻结层上水下渗入边坡内，加速该部分边坡的破坏；
因此，对该部分边坡应采用必要的疏干排水措施以及冻融效应隔阻措施，如在边坡***30m以外设截水沟，减少地下水向高寒高海拔高陡坑的***；边坡体上设排水孔及排水沟，疏干坡体内地下水；在开挖后的坡体上覆盖30～50cm的废石或加混凝土挡墙，隔阻温度对边坡产生的热融破坏；
（3）岩质边坡冻融循环作用下破坏模式分析
在冻融作用下岩质边坡破坏模式的分析，其破坏模式主要是冻融滑塌，以崩塌为主，深度在2～3m以内，首先从对边坡体温度场的分析出发，分析在不同季节或温度下，边坡体内形成的冻结厚度，再根据因冻结层力学参数的变化，采用常规极限平衡方法或数值耦合方法来分析评价岩质边坡的稳定性，为指导边坡的设计、施工以及边坡防护提供参考；
3、融化和冻结过程边坡稳定性研究
（1）温度场的概念
在热传导的过程中，物体内各点的温度随着各点的位置和时间而变化，因而温度T是位置坐标和时间t的函数：
T=T（x，y，z，t）
在任一瞬时，所有各点的温度值的总体，称为温度场；
一个温度场，如果它的温度随着时间而变，就称之为非稳定温度场或非定常温度场；如果它的温度不随时间而变，就称为稳定温度场或定常温度场，如果温度场随着三个位置坐标而变化，它就称为空间温度场或三维温度场；
（2）热传导微分方程
热传导的基本定律是：热流密度与温度梯度成正比而方向相反，也就是：
其中的比例常数元为导热系数。热传导微分方程的建立，是以热量平衡原理为依据的，即在任意一段时间内，物体的任一微小部分所积蓄的热量（即温度升高所需要的热量），等于传入该微小部分的热量加上内部热源所提供的热量。取一微小六面体dxdydz，假定该六面体的温度在dt时间内由T升高到。温度由于升高了，它所积蓄的热量是，其中是物体的密度。c是比热容。在同一时间dt内，由六面体左面传qxdydzdt，由右面传出的热量为。因此传入的净热量，即。同理，由其它两个面传入的净热量分别为和。这样传入该六面体的净热量总共是：
若该六面体的内部有热源，其强度为W，则该热源在时间dt内所提供的热量为
Wdxdydzdt。于是我们由热量平衡原理可以得到：
；
4、边坡冻融影响的极限平衡分析
（1）分析剖面选择有代表性的三个剖面，即：C区，10-10´剖面；E区，18-18´剖面；F区，19-19´剖面。
（2）冻融后岩土体粘结力取自然状态的33.8～40.5%（计算时取1/3），内摩擦角取自然状态的0.5～0.6（计算时取0.5）；冻融层厚度取3m。
（3）分析仅考虑边坡在自重状况下的整体稳定性，即受力I。
（4）分析结果如表46所示，分析结果图以10-10´剖面为例。
从分析结果表可知：冻融后边坡整体安全系数较冻融前下降5.65～13.73‰，冻融对边坡整体稳定性有一定的影响。
表46 冻融前后边坡安全系数对比
（5）计算参数
温度场计算所需的参数主要为密度、比热、导热系数、线性膨胀系数，一般土的线性热膨胀系数约为1.5×10-5/℃，基岩的线性膨胀系数约为1.0×10-5/℃；
所述防治对策包括：
一、监控技术措施研究，监测的具体内容包括：
（1）边坡岩土表面及地下变形的二维或三维位移、倾斜变化的监测；
（2）应力、应变、地声等特征参数的监测；
（3）地震、降水量、气温、地表水和地下水动态和水质变化以及水温、孔隙水压力等环境因素和***、灌溉渗水等人类活动的监测；
监测方法包括：宏观地质观测法、简易观测法、设站观测法、仪器仪表观测法、自动遥测法、声发射/微震监测，所述设站观测法包括：大地测量法、全球定位***（GPS）测量法、近景摄影测量法，仪器仪表观测法包括：械式传动仪表观测法、电子仪表观测法；
（1）宏观地质观测法
宏观地质观测法就是利用常规地质调查方法对崩塌、滑坡等宏观变形迹象及其发展趋势进行调查、观测，以达到科学预报的目的。
宏观地质观测法以地裂缝、地面鼓胀、沉降、坍塌、建筑物变形特征及地下水变异、动物异常等现象为主要观测对象。这种方法不仅适用于各种类型斜坡地质灾害的监测，而且监测内容丰富，获取的前兆信息直观且可信度高。结合仪器监测资料进行综合分析，可初步判定滑坡体所处的变形阶段及中短期变形趋势，作为临崩、临滑的宏观地质预报判据。此方法即简易经济，又便于掌握和普及推广，适合群测群防。宏观地质法可提供崩塌、滑坡预报的可靠信息。即使已采用先进的观测仪器和自动遥测技术，该方法也是不可缺少的。
（2）简易观测法
简易观测法是在斜坡变形体及建筑物裂缝处设置骑缝式简易观测标志，使用长度量具直接测量裂缝变化与时间关系的一种简易观测方法。主要方法及监测内容有：
1）在崩滑体裂缝处设骑缝式简易观测桩，监测裂缝两侧岩土体相对位移的变化。
2）在建筑物裂缝上设简易玻璃条、水泥砂浆片或贴纸片。
3）在岩石裂缝面上用红油漆画线用标记。
4）在陡壁软弱夹层出露处设简易观测桩等，定期测量裂缝长度，宽度和深度变化及裂隙延伸的方向等。
该方法监测内容比较单一，观测精度相对较低，劳动强度较大，但是操作简易，直观性强，观测数据可靠，适合于交通不便、经济困难的山区普及推广应用。即使在有精密仪器观测的条件下，进行一些简易观测也是必要的，以便将结果相互检验核对。
（3）设站观测法
设站观测法是在斜坡地质灾害调查与勘探的基础上，在可能造成严重灾害的边坡危岩、滑坡变形区设立线状或网状分布的变形观测站点，同时在变形区影响范围以外的稳定地区设置固定观测站，利用经纬仪、水准仪、测距仪、摄影仪及全站型电子速测仪、GPS接收机等定期监测变形区内网点的三维位移变化。设站观测是一种行之有效的临测方法。
1）大地测量法
用来进行大地测量的方法很多，其突出的优点就是能够精确地测定斜坡变形破坏的范围和绝对位移量，同时测量量程不受限制，可以观测到斜坡变形破坏的全过程，掌握斜坡整体不同阶段的变形状态，为评价斜坡的稳定性提供可靠依据。
大地测量法技术成熟、精确度高、监控面广、资料可靠，设站观测灵活。它在斜面坡监测中占有主导地位，但有时也受到地形通视条件的限制和气象条件的影响，外业量大，周期较长。
2）全球定位***（GPS）测量法
GPS的基本原理是用GPS卫星发送的导航定位信号进行空间后方交会测量，确定地面待测点的三维坐标。GPS用于斜坡变形监测的优点是选点限制小；观测不受天气状况影响，可进行全天候观测；观测点的三维坐标可以同时测定，对运动的观测点还能精确测出它的速度；观测精度比较高。此方法特别适合地形条件复杂、建筑物密集、通视条件差的滑坡的三维位移监测，缺点是监测的位移精度偏低。
3）近景摄影测量法
把近景摄影仪安置在两个不同位置的固定测点，同时对滑坡区观测点摄影构成立体相片，利用立体坐标仪量测相片上各观测点的三维坐标并随时进行比较，可获得斜坡岩土体的变形位移资料。在精度方面，近景摄影测量法可以满足崩滑体处于速度、剧变阶段的监测要求，即适合于危岩临空陡壁裂缝变化或滑坡地表位移量变化速度较大时的监测。但这种方法受地形条件限制大、内业工作繁杂、专业化程度较高，故在崩塌、滑坡的位移监测中并未广泛应用。
（4）仪器仪表观测法
仪器仪表观测法主要有测缝法、测斜法、重锤法、沉降观测法、电感电阻位移法、电桥测量法、应力应变测量法、地声法、声波法等，该法主要用以监测危岩体滑坡的变形位移、应力应变、地声变化等。
用精密仪器仪表可对变形斜坡进行地表及深部的位移、倾斜、裂缝变化及地声、应力应变等物理参数与环境影响因素进行监测。按所采用的仪表可分为：（i）机械式传动仪表观测法（简称机测法）和（ii）电子仪表观测法（简称电测法）两类。其共性是监测的内容丰富、精度高、灵敏度高、测程可调、仪器便于携带。
1）机械式传动仪表观测法
机测法是在边坡变形部位埋设测座，采用有百分表、千分表、游标刻度、水准气泡、齿轮传动装置的仪表在实地直接观测的一种方法。它的观测结果直观、可靠，适用于斜坡变形的中、长期监测。
2）电子仪表观测法
电测法是将电子元件制作的传感器（探头）埋设于边坡变形部位，利用电子仪表接受传感器的信号来进行观测。其技术比较先进，监测内容比机测法丰富，仪表灵敏度高，易于遥测，适用于斜坡变形的短期或中期监测。
（5）自动遥测法
自动遥测法***可进行远距离无线传输观测，它自动化程度高，可全天候连续观测，省时、省力、安全，是今后滑坡监测技术的发展方向。
但自动遥测法也存在着某些缺陷，如传感器质量不过关、仪器的长期稳定性差、运行中故障率较高等，遇有恶劣的环境条件（如雨、风、地下水侵蚀、锈蚀、雷电干扰、瞬时高压），遥测数据时有中断。
（6）声发射/微震监测
声发射、微震监测技术是高寒高海拔高陡地质灾害监测中较先进的一种监测方法，近年来在国外高寒高海拔高陡应用中发展较快。早在上世纪六十年代末期，声发射技术就已成功地应用于露天高寒高海拔高陡边坡的岩体稳定性监测中，并且已证明是一种非常有用的监测工具。
对于一个具体的危岩或滑坡，应针对其地形地貌、变形机理及地质环境等特征，选择理想的监测方案或多种方法的有机结合，做到既经济安全，又实用可靠。
边坡加固
高寒高海拔高陡滑坡加固的目的是在开采期限内安全、经济地采出设计境界内的矿石，加固设计应安全可靠，且经济合理。根据不同的工程地质水文地质条件、岩性、滑坡模式与规模、边坡服务年限等，应采取不同的加固措施。一般金属非金属高寒高海拔高陡露天边坡加固方法可分为四大类：削坡、压坡脚、增大或保持边坡岩体强度和人工建造支挡物。
边坡加固的本质在于提高滑体抗滑力，少数方法（如削坡减重）可以减小下滑力。而排水既可提高抗滑力，又能减少水压力。各种方法及其作用和适用条件见表47。
表47 露天边坡滑坡加固方法
控制***
地震作用产生很大地震附加力，使边坡承受的惯性力发生改变，引起边坡形态、产出状态及水文地质条件等发生改变。据研究：采场***会使边坡的安全系数降低10%甚至更多，是造成边坡破坏的最主要的触发因素之一。因此，建议高寒高海拔高陡在临近边坡形成处采取如预裂***等控制***技术措施，以减小其对边坡稳定性的不利影响。
边坡日常安全管理制度
（1）地质工作的管理
在采场开采过程中，充分利用已揭露的边坡岩体，进行边坡工程地质水文地质的调查、分析、研究，及时掌握边坡工程地质水文地质的变化情况，并对下部开采的边坡地质情况进行预测，以指导生产，同时为防治不稳定边坡滑体及时提供地质信息。
（2）监测工作的管理
监测工作包括地下水位、***和边坡位移监测。通过水位观测，收集地下水位、水压、水流量，及时掌握地下水和边坡位移的动态，总结地下水位和边坡位移的变化规律，准确判断边坡的状态，预测预报边坡的稳定性，为边坡维护和安全生产服务；通过***对边坡影响的监测，实时调整边坡***参数。
监测管理工作应设置专人负责，配置相应的仪器，规定测试规则、时间、测试分析、成果管理方式、奖惩制度等。
（3）采矿工作中的边坡日常管理
采矿日常管理包括采矿工艺管理的各个环节。采矿中的日常生产管理，制定管理制度，结合生产实际，在生产部门设置专人管理，做到有人监管，管理到位。
1）采矿工艺管理：生产部门应严格按照设计的采矿方法、采矿顺序、采矿量进行采矿，不能随意更改设计，不得超挖、欠挖，严禁采用不合理的采掘工艺甚至滥采滥挖破坏岩体的自身结构强度，破坏边坡岩体，影响整个采场的安全生产；当岩体发生变化时，应根据监测结果，与技术部门一起讨论，及时调整采矿工艺。
2）***管理：生产部门应严格按照设计的***工艺、参数和允许***药量进行生产，并根据***监测的结果，及时调整***参数。对边坡稳定性影响较大的***应采取相应的措施，如靠帮***时应该采用预裂***、缓冲***、多段微差***等控制***技术，协调靠帮***与生产***时间和空间上的关系，尽量降低***对边坡的影响，保证采场作业的安全。
3）边坡的维护管理：在高寒高海拔高陡服务年限内，生产形成边坡后，边坡的维护是保证边坡稳定不可或缺的工作，边坡维护包括日常维护和特殊维护。
日常维护主要是定时对整个采场边坡进行巡视，发现浮石、危石和潜在的滑体及时处理，保证坡面的基本平整及整个边坡的安全。对于有可能产生落石、滚石的位置，除了要经常察看，及时处理外，在危险地段应设置落石拦截设施，避免落石危及高寒高海拔高陡生产安全。对截、排水沟进行日常维护、清淤，及时修复破坏的水沟，确保水沟完好畅通。坡面覆盖破损的地方应及时修补，以防扩大，危及总体边坡稳定。
特殊维护工作是指一般维护不能解决，需实施大型工程的维护。如当地下水位过高时，需增加排渗工程，坡面有明显出水点的地方需增加排水措施；采场出现滑坡或潜在滑坡时，应采取加固、削坡、压坡等技术进行治理，保证整个边坡的安全使用。
边坡的维护工作需要专门的施工队伍，建议高寒高海拔高陡设置独立机构或在基建队伍中设置专门的管理部门。
监测点保护措施
①每个监测点埋设完成后，应立即检查埋设质量，发现问题，及时整改；
②确认埋好后，埋设人员应及时填写埋设记录，并准确测量初始数据存档，作为施工时监测的参考；项目负责人应进行实地验收，并在埋设记录上签字确认；
③所有预埋监测点的实地位置应做精确记录，露出地坪的应做出醒目标志，并设保护装置；
④加强与现场施工单位的联系，作好双方的配合工作；
⑤详细了解施工动态，预先作好测斜管等预埋件的保护；
监测的目的主要包括：
（1）保证施工安全。通过及时、准确的现场监测结果判断边坡结构变形情况，并及时反馈，提前预防，保证采矿施工安全。
（2）预判采矿引起的边坡变形趋势。根据变形的发展趋势，及时提供预警信息；决定是否采取有效措施，并为确定经济合理的保护措施提供依据。
无线监测***的优点
（1）自动化测量避免了人为误差，提高了测量的精度，也避免了人工测量在危险处的安全隐患。
（2）每个监测点配置一套微型无线发射***，点与点之间无线连接，既省去安装成本，也更适应于高寒高海拔高陡环境，不会导致因为线破坏而影响正常监测工作。
（3）长期监测中能省去大量的人员费用。
（4）保证数据的实时性，为消除隐患提供及时的科学依据。
监测内容
采矿施工期对边坡进行的跟踪监测内容包括：①坡顶水平位移监测；②部分台阶水平位移监测；③坡顶竖向位移（沉降）监测；④部分台阶竖向位移监测。
监测工程应投入的设备主要有：①数字式测斜仪；②数字式位移计；③自动化采集***；④电源***；⑤仪器保护设备。
监测点测量方法
（1）水平及竖向位移监测点安装
水平位移安装方法：在准备好的测点上，按附件安装尺寸分别钻四个孔径为8～10mm的孔，利用膨胀螺丝把测斜仪固定在测点上。
竖向位移安装方法：在准备好的测点上，按附件安装尺寸分别钻二个孔径为8～10mm的孔，利用膨胀螺丝把位移计的上端部分固定在测点上，在位移计的正下方至本层台阶以下（10cm）钻孔，然后装上位移计的延长杆至钻孔位置，用水泥把延长杆最下头固定在钻孔里，安装过程中应注意保持位移计本体与延长杆方向上的一致性。
水平及竖向位移监测点的仪器采用定点成熟的技术产品，大场金矿边坡具体监测数量与位置要根据高寒高海拔高陡的实际情况进行针对性的设计。
监测数据处理及分析
① 数据采集：依据监测方案与有关的规范要求，在现场对监测点进行观测与记录，并将采集的数据录入或传输至计算机；
② 数据整理：每次观测后应立即对原始数据进行校核和整理，包括原始观测值的检验、物理量的计算、填表制图，异常值的剔除、初步分析和整编等，并将检验过的数据保存至数据库管理***；
每次现场监测工作完成后，必须及时进行外业观测成果检查，经平差计算处理后，计算各监测点的水平位移或竖向位移，计算各监测点当期内的沉降量、位移量，填写相应监测成果表，并将成果上报；
实行信息化管理，设专人分别负责监控量测及数据处理。如果监测过程中发现时间-倾斜量变化曲线出现异常，必须分析可能原因，并复测，将信息及时反馈给参建各单位，以采取必要的措施，确保施工安全；
③ 数据分析：采用比较法、作图法和数学、物理模型，分析各监测物理量值大小、变化规律、发展趋势，以便对边坡的安全状态和应采取的措施进行评估决策；
坡体三维位移监测
（1）监测点及测线布置
首先圈定主要的监测范围；估计主要滑动方向，按滑动方向及范围确定测线；选取典型断面，布置测线；再按测线布置相应监测点；
（2）监测网形成
考虑平面及空间的展布，各个测线按一定规律形成监测网；监测网的形成可能是一次也可能分阶段形成；监测网的形成不但在平面，更重要的是体现在空间上的展布，可分别在高寒高海拔高陡各水平的台阶上实施；
（3）局部加深加密测点
在可能形成的滑动区、重点监测部位和可疑点，应视情况加深加密测点；
（4）基准点选取
选取距离合适（网形较好），地势较高、视野开阔、地质条件良好的地方，布设两个监测基准点，基准点附近应没有遮挡、视野开阔，以保证GPS信号的良好接受，应尽量避免将基准点选在附近有高反射面的地点以减少多路径效应的影响，同时避免将基准点选在大功率无线发射台附近；
采用GPRS通讯方式监测站建立以后，还需要把监测站天线采集到的三维数据自动发送到上级监控中心，发送方式选择无线传送的时候，就需要一个GPRS发送器，安装在数据采集器内，通过接口与GPS接收机连接，就构成了完整的“无线监测站”；
防治措施
1、滚石灾害的防护包括：
（1）每隔一定高度设置碎落台；
（2）采取合理的防护措施；
2、大场沟改道截流等边坡的防排水措施
高寒高海拔高陡边坡的工程地质水文地质条件，应采取如下边坡的防排水措施，尽量减少或避免地表水、地下水对边坡的稳定产生不利影响：
（1）对影响采坑的地表水，进行改道截流，大场沟流经1号境界西南侧，影响采区边坡的稳定性，对河流进行改道，新河道与露天境界距离不小于30m；需加强长期观测，防止地表水对矿坑产生影响；
（2）对境界外坡面迳流和冻结层上水，应采取修筑截水沟的方式进行拦截，必要时可在坡顶采用排水管集中排放等方式疏干；
（3）对开采境界内大气降水、冻结层下水，随着露天坑的逐渐延深，可采用移动式水泵集中排放；
（4）高寒高海拔高陡建设投产后，须进行地表水、地下水与气象动态长期观测，了解高寒高海拔高陡进程中地下水活动规律，加强矿坑充水因素分析研究；
（5）须加强边坡日常的防排水巡查工作，发现问题应及时处理；
3、边坡加固及边坡安全管理制度的建立包括
（1）边坡加固
高寒高海拔高陡边坡台阶存在平面破坏的可能，碎裂岩化板岩及碎裂岩较破碎，岩体强度低，再加上一些断层破碎带穿插于边坡体内，从边坡稳定性的二维有限元分析结果可知，边坡很容易在碎裂岩化板岩及碎裂岩中产生顺层滑动，因此，在边坡体局部存在碎裂岩的极易诱发滑坡的危险区，应采取锚杆或预应力锚索等必要的边坡加固措施；
（2）冻融阻隔
① 控制边坡体内水的入渗与地下水：切断水入渗的通道，达到消除冻融循环影响的目的；
② 对危险区域采用冻融效应阻隔：结合边坡巡查、工程地质调查分析，对潜在危险区域采用冻融效应阻隔，一是在冬歇期前合适时间，喷射混凝土覆盖不稳定体表面，在积雪与不稳定体之间形成保护层，达到减少积雪融水渗入节理裂隙的目的，从而阻隔冻融效应的发生；二是可采用在边坡体的坡面上，覆盖30-50cm的笼装废石，起一定的隔阻温度变化缓解边坡冻融的作用；
二、合理边坡角的确定，有利于边坡稳定的因素有：
（1）以往的地质探勘工作网度密，形式多样，资料较详实；
（2）通过边坡的工程地质水文地质补充勘察，对边坡岩性的分布、岩体节理裂隙发育的程度及水文地质条件等有了更深刻的了解；
（3）边坡岩性较单一，降雨量少；
（4）边坡垂深不大；
（5）矿区服务年限短。
不利于边坡稳定的因素有：
（1）边坡岩体强度低，各岩组岩层厚度变化较大；
（2）边坡体中较破碎的碎裂岩化板岩和呈半松散状的软弱夹层碎裂岩发育且厚度较大，有诱发滑坡的可能；
（3）A、C、E三个工程地质分区局部台阶有产生平面破坏的可能；
（4）矿区内发育有几条位置及性质不明的断层；
（5）矿区属地震烈度VIII度区，地震对边坡稳定性的影响很大；
（6）冻融作用对边坡稳定性的影响。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种高寒高海拔高陡边坡稳定性监控方法，其特征在于：包括现场工程地质水文地质调查、工程地质岩体质量评价及岩体力学参数确定、边坡稳定性分析以及防治对策，所述现场工程地质水文地质调查包括：
一、工程地质水文地质补充勘察，一是对地层岩性进行定名及层组划分，了解岩石的破碎情况及层间软弱夹层的性质和位置；二是采取室内岩石物理力学试验样品；
二、工程地质水文地质编录包括：
1、钻孔岩芯工程地质编录
划分工程地质岩组和获取岩石质量指标，描述岩石节理、裂隙发育程度、充填物、粗糙度；
2、钻孔水文地质编录
研究地层的岩性、裂隙发育规律、含水层的透水性和富水性，为确定含水层的厚度、空间分布提供依据；
三、钻孔摄像声波测试及成果整理，获取钻孔中岩体动力参数，评价边坡的稳定性，确定岩体风化带、构造破碎带、裂隙密集带等的位置、厚度，评价岩体的完整性和强度；
四、岩石强度点荷载试验及取样，按现场实际钻取的岩性，根据不同位置的钻孔岩性，在现场进行了岩石的点载荷试验及取样；
所述工程地质岩体质量评价及岩体力学参数确定包括：
一、室内岩石力学试验，在实验室制成标准试样后，进行高寒高海拔高陡的岩石物理力学参数的试验；
二、工程地质岩体质量评价，岩体质量评价的基本方法为岩体分级，岩体分级评价方法有：RQD值分级法、岩体基本质量等级分类表格法、岩体基本质量等级BQ法、CSMR边坡岩体质量分类法、节理岩体的CSIR分级法、Q***分级法、GSI分类法；
三、试验参数的工程处理，通过费辛柯法、格吉(Georgi)法、经验折减法、岩体内摩擦角换算法、GSI方法来对岩石参数进行计算；
所述边坡稳定性分析包括以下步骤：
a、影响因素的敏感性分析，影响边坡稳定性的因素有很多，根据高寒高海拔高陡的具体情况，分析考虑了以下5种因素：
(a)边坡高度(H)；
(b)粘结力(c)；
(c)内摩擦角(φ)；
(d)边坡角(α)；
(e)岩体容重(γ)；
按高寒高海拔高陡的赋存条件、采矿工艺、室内岩石力学试验等，在理论和实践分析的基础上把5个影响因素的各水平值控制在适当范围内，试验中每个因素取5个水平。
各因素在不同水平的值，若按一固定增加或减少顺序以一定步长变化，做试验时易产生***的顺序偏差，为克服这种偏差，在取值范围内，部分影响因素采用随机序列构造试验的水平取值，边坡安全系数的计算公式：
根据计算大小排序，得出影响因素顺序；
b、赤平投影定性分析，根据结构面与坡面的组合关系，对边坡的稳定性进行初步的定性分析，即判断边坡的危险结构面组合；根据高寒高海拔高陡实际边坡进行分区结果，可以分成多个不同的区域；根据钻孔成像测试成果的统计分析，将优势产状和分区区域边坡面的产状分别作出相应的赤平投影图，以便得到不同工程地质分区边坡面与岩体结构面的组合关系，分析不同岩体结构面对各分区边坡稳定性的影响；
c、边坡破坏模式分析，边坡稳定性分析时，判定边坡破坏模式主要是考虑岩性、岩体结构面类型、优势结构面产状和边坡结构参数等因素及其关系，对岩质边坡主要依据是岩体结构与边坡的组合关系，主要遵循以下原则：
(1)根据已有的工程地质水文地质资料，尽量找出“确定面”或“特征面”，即为坡体内不连续面或软弱夹层、破碎带、岩层控制面等相互连通、与边坡临空面构成的形状、位置、大小都已确定的潜在剪切面，这类潜在剪切面主要受控于工程地质和力学特征；
(2)按节理裂隙组数、产状或岩体强度来考虑边坡破坏模式，有下列条件之一者，均可判定为圆弧型破坏模式：
①均匀松散介质、冲积层、大型岩层破碎带；
②有三组或多组产状各异的软弱结构面存在，且不与边坡面同向；
③强风化碎裂结构的岩体；
④某些强度很低的岩石边坡；
(3)采用先进的数值模拟分析技术，根据边坡体内最大剪应变和剪切破坏区的发展状况与趋势，来确定或验证边坡体的滑动模式；
d、极限平衡与可靠性分析，其中极限平衡分析包括以下步骤：
(1)分析剖面，根据边坡工程地质分区、补勘钻孔及其它钻孔的布置情况，对高寒高海拔高寒高海拔高陡边坡的剖面进行极限平衡分析，分析剖面主要是依据高寒高海拔高陡境界终了图、补勘钻孔编录成果，且在原有地质剖面上切取而成，
(2)坡体受力计算分析，极限平衡分析考虑三种受力情况：
I：自重状况；
II：自重+地震状况；
III：自重+地下水稳定渗流场状况；
(3)边坡稳定性分析步骤与合理边坡角的确定
(a)采用极限平衡法分析方法进行稳定性分析计算，极限平衡法分析方法主要有：瑞典条分法(或Fellenius法)、简化Bishop法、Janbu简化法和Spencer法；
因为简化Bishop法分析精度高且计算速度快，最能反映边坡稳定性的实际状态，故此次将Bishop法作为稳定性分析计算的主要方法；
(b)每个剖面先进行三种受力情况及不同边坡角的整体稳定性分析，找到各工程地质分区临界稳定状态的最小边坡角，分析采取一面坡的形式；
(c)根据不同工程地质分区各剖面的分析结果，确定各分区的合理边坡角；
e、边坡台阶的平面破坏分析包括以下步骤：
(1)倾角换算
从赤平投影分析结果来看，边坡岩体内优势结构面的走向均与边坡面的走向斜交，故在进行边坡平面破坏分析时，需要将优势结构面的真倾角投影到边坡面的倾向方向上，结构面在坡面倾向方向上的倾角换算公式为：tgβf＝tgβ′f·cos(αi-αf)
(2)边坡平面破坏初步判断
(3)边坡平面破坏的分析
以安全系数为指标进行边坡平面破坏的定量分析，安全系数的计算采用极限平衡的原理，分两种情况进行计算：坡顶或坡面是否存在张裂缝：
无张裂缝时，安全系数计算公式为：
有张裂缝时，安全系数计算公式为：
f、基于强度折减的二维有限元模拟分析，包括以下步骤：
1、二维有限元分析的基础
(1)二维有限元的基本思路
有限元是根据物理的近似，用网格将连续体划分成有限数目的单元体，这些单元体之间在结点处互相铰接，形成离散结构，用这些离散结构来代替原来的连续体结构，在满足相邻单元间变形的相容条件、作用于单元上的力的平衡条件、各单元的位移与单元材料的力学性质相对应这三个条件的情况下，将荷载移置作用于离散结构的结点上，成为结点荷载，其应力应变关系为：
{σ}＝[D]{ε}
由虚位移原理和应力应变关系，可建立结点荷载与结点位移之间的关系，即用位移表示的结点平衡方程组：
[K]{δ}＝{R}
[K]＝∑[Ke]
解方程组可得到位移场，进而可推出应变{ε}和应力{σ}的分布，这就是有限元的基本思路，它实际上是微分方程的一种数值解法；
(2)弹塑性屈服准则
根据高寒高海拔高陡边坡岩石的特征，采用摩尔—库仑屈服准则，其表达式如下：
式中：为内摩擦角；c为粘结力；
I1＝(σ1+σ2+σ3)＝3σm
sx＝σx-σm，
sy＝σy-σm，
sz＝σz-σm
(3)弹塑性应力应变关系
介质整体的弹塑性应力应变关系为：
d{σ}＝[D]epd{ε}
式中[D]ep为弹塑性矩阵；
H'为硬化系数，对于理想弹塑性分析，H'＝0；
为屈服函数对应力分量的偏导数向量，可表示为：
2、强度折减法基本原理
强度折减系数法的基本原理是将边坡强度参数：粘结力和摩擦角的值同时除以一个折减系数，得到一组新的值，然后作为新的资料参数输入，再进行试算，当计算不收敛时，对应的值被称作坡体的最小稳定安全系数，此时边坡达到极限状态，发生剪切破坏，同时可得到边坡的破坏滑动面，表达式如下：
3、二维弹塑性有限元分析
(1)岩体力学参数
(2)计算模型与分析
根据高寒高海拔高陡边坡的工程地质特征、边坡稳定性的极限平衡与可靠性分析结果，选取具有典型意义的能反映边坡稳定性的剖面作为分析剖面，其边坡角根据实际情况定，并分别建立了对应得多个有限元分析模型，进行平面应变分析，主要分析极限平衡与可靠性分析结果中稳定的最陡边坡在自重应力场作用下的稳定性状况；
模型边界条件为：坡面为自由面，边坡两侧端面水平方向固定，底部垂直方向固定，原岩应力场为自重应力场；
g、边坡冻融影响分析，包括以下步骤：
1、冻融边坡滑动模式分析
冻土划分为以流动、滑动和崩塌为主的土体运动三类，后演变有蠕变型斜坡、以及兼有滑动和坍塌两种变形的滑塌型斜坡失稳现象，其发育按地貌可以划分为冰缘碎屑的流动、滑动及普通冻土区的热融滑塌，而冻土斜坡失稳可以分为正冻土滑坡和正融土滑坡两种类型，正融土滑坡包括融冻泥流、热融滑塌两种类型；正冻土滑坡包括蠕变强滑坡和崩塌型滑坡两种类型；
在正冻滑坡中，冻结滞水型滑坡是寒区边坡滑坡的独特的类型，正融滑坡也分为两种类型：融冻泥流和热融滑塌，而对于冻融滑坡，则主要由岩质边坡的崩塌及石屑的滑动造成；
冻融作用使得上部土体由于水分迁移而含水量增大，渗透性增大，对于岩石边坡在冻融循环下的破坏，主要是因为地形、地质等内在因素和降雨、热变形以及冻融作用等外在因素相互作用的结果，岩石基本冻融破坏模式为：片落模式和裂纹模式，需要对温度场、渗流场与岩土体应力场进行耦合分析，同时利用有限元强度折减法对边坡稳定性进行分析；
2、高寒高海拔高陡冻融边坡的滑动模式
(1)矿区地质环境及冻土情况
根据对高寒高海拔高陡赋存环境条件的工程地质勘测，矿区内岩性分布情况分别确定。
(2)第四系或季节性冻土、永冻层边坡的滑坡破坏模式分析
根据高寒高海拔高陡的地质环境条件，在高寒高海拔高陡开采过程中，对于边坡顶部的第四系或季节性冻土、永冻层边坡而言，当温度降至土体的冻结温度以下时，边坡表层土体将首先发生冻结，在冻土与非冻土之间形成一个平缓的、时刻变化的冻结锋面，包括永冻层在内处于冰冻状态；从对取样土体冻胀与融沉特性以及土体在冻结条件下的三轴抗压强度及冻结条件下的c、φ值试验结果进行分析；
(3)岩质边坡冻融循环作用下破坏模式分析
在冻融作用下岩质边坡破坏模式的分析，其破坏模式主要是冻融滑塌，以崩塌为主，深度在2～3m以内，首先从对边坡体温度场的分析出发，分析在不同季节或温度下，边坡体内形成的冻结厚度，再根据因冻结层力学参数的变化，采用常规极限平衡方法或数值耦合方法来分析评价岩质边坡的稳定性，为指导边坡的设计、施工以及边坡防护提供参考；
3、融化和冻结过程边坡稳定性研究
(1)温度场的概念
在热传导的过程中，物体内各点的温度随着各点的位置和时间而变化，因而温度T是位置坐标和时间t的函数：
T＝T(x，y，z，t)
在任一瞬时，所有各点的温度值的总体，称为温度场；
一个温度场，如果它的温度随着时间而变，就称之为非稳定温度场或非定常温度场；如果它的温度不随时间而变，就称为稳定温度场或定常温度场，如果温度场随着三个位置坐标而变化，它就称为空间温度场或三维温度场；
(2)热传导微分方程
热传导的基本定律是：热流密度与温度梯度成正比而方向相反，也就是：
q＝-λ▽T
其中的比例常数元为导热系数，热传导微分方程的建立，是以热量平衡原理为依据的，即在任意一段时间内，物体的任一微小部分所积蓄的热量，等于传入该微小部分的热量加上内部热源所提供的热量；
所述防治对策包括：
一、监控技术措施研究，监测的具体内容包括：
(1)边坡岩土表面及地下变形的二维或三维位移、倾斜变化的监测；
(2)应力、应变、地声等特征参数的监测；
(3)地震、降水量、气温、地表水和地下水动态和水质变化以及水温、孔隙水压力等环境因素和***、灌溉渗水等人类活动的监测；
监测方法包括：宏观地质观测法、简易观测法、设站观测法、仪器仪表观测法、自动遥测法、声发射/微震监测，所述设站观测法包括：大地测量法、全球定位***(GPS)测量法、近景摄影测量法，仪器仪表观测法包括：械式传动仪表观测法、电子仪表观测法；
监测点保护措施
①每个监测点埋设完成后，应立即检查埋设质量，发现问题，及时整改；
②确认埋好后，埋设人员应及时填写埋设记录，并准确测量初始数据存档，作为施工时监测的参考；项目负责人应进行实地验收，并在埋设记录上签字确认；
③所有预埋监测点的实地位置应做精确记录，露出地坪的应做出醒目标志，并设保护装置；
④加强与现场施工单位的联系，作好双方的配合工作；
⑤详细了解施工动态，预先作好测斜管等预埋件的保护；
监测数据处理及分析
①数据采集：依据监测方案与有关的规范要求，在现场对监测点进行观测与记录，并将采集的数据录入或传输至计算机；
②数据整理：每次观测后应立即对原始数据进行校核和整理，包括原始观测值的检验、物理量的计算、填表制图，异常值的剔除、初步分析和整编等，并将检验过的数据保存至数据库管理***；
每次现场监测工作完成后，必须及时进行外业观测成果检查，经平差计算处理后，计算各监测点的水平位移或竖向位移，计算各监测点当期内的沉降量、位移量，填写相应监测成果表，并将成果上报；
实行信息化管理，设专人分别负责监控量测及数据处理。如果监测过程中发现时间-倾斜量变化曲线出现异常，必须分析可能原因，并复测，将信息及时反馈给参建各单位，以采取必要的措施，确保施工安全；
③数据分析：采用比较法、作图法和数学、物理模型，分析各监测物理量值大小、变化规律、发展趋势，以便对边坡的安全状态和应采取的措施进行评估决策；
坡体三维位移监测
(1)监测点及测线布置
首先圈定主要的监测范围；估计主要滑动方向，按滑动方向及范围确定测线；选取典型断面，布置测线；再按测线布置相应监测点；
(2)监测网形成
考虑平面及空间的展布，各个测线按一定规律形成监测网；监测网的形成可能是一次也可能分阶段形成；监测网的形成不但在平面，更重要的是体现在空间上的展布，可分别在高寒高海拔高陡各水平的台阶上实施；
(3)局部加深加密测点
在可能形成的滑动区、重点监测部位和可疑点，应视情况加深加密测点；
(4)基准点选取
选取距离合适(网形较好)，地势较高、视野开阔、地质条件良好的地方，布设两个监测基准点，基准点附近应没有遮挡、视野开阔，以保证GPS信号的良好接受，应尽量避免将基准点选在附近有高反射面的地点以减少多路径效应的影响，同时避免将基准点选在大功率无线发射台附近；
采用GPRS通讯方式监测站建立以后，还需要把监测站天线采集到的三维数据自动发送到上级监控中心，发送方式选择无线传送的时候，就需要一个GPRS发送器，安装在数据采集器内，通过接口与GPS接收机连接，就构成了完整的“无线监测站”；
防治措施
1、滚石灾害的防护包括：
(1)每隔一定高度设置碎落台；
(2)采取合理的防护措施；
2、边坡截流和防排水措施
高寒高海拔高陡边坡的工程地质水文地质条件，应采取如下边坡的防排水措施，尽量减少或避免地表水、地下水对边坡的稳定产生不利影响：
(1)对影响采坑的地表水，进行改道截流；
(2)对境界外坡面迳流和冻结层上水，应采取修筑截水沟的方式进行拦截，必要时可在坡顶采用排水管集中排放等方式疏干；
(3)对开采境界内大气降水、冻结层下水，随着露天坑的逐渐延深，可采用移动式水泵集中排放；
(4)高寒高海拔高陡建设投产后，须进行地表水、地下水与气象动态长期观测，了解高寒高海拔高陡进程中地下水活动规律，加强矿坑充水因素分析研究；
(5)须加强边坡日常的防排水巡查工作，发现问题应及时处理；
3、边坡加固及边坡安全管理制度的建立包括
(1)边坡加固
对边坡不稳定的局部部位可采取锚杆或预应力锚索等必要的边坡加固措施；
(2)冻融阻隔
①控制边坡体内水的入渗与地下水：切断水入渗的通道，达到消除冻融循环影响的目的；
②对危险区域采用冻融效应阻隔：结合边坡巡查、工程地质调查分析，对潜在危险区域采用冻融效应阻隔，一是在冬歇期前合适时间，喷射混凝土覆盖不稳定体表面，在积雪与不稳定体之间形成保护层，达到减少积雪融水渗入节理裂隙的目的，从而阻隔冻融效应的发生；二是可采用在边坡体的坡面上，覆盖30-50cm的笼装废石，起一定的隔阻温度变化缓解边坡冻融的作用；
2.根据权利要求1所述的一种高寒高海拔高陡边坡稳定性监控方法，其特征在于：所述边坡可靠性分析结果，根据c和的分布区间，以极限平衡分析中各工程地质分区稳定性最差的六个剖面进行边坡可靠性分析：采用边坡稳定性分析软件，按蒙特卡洛方法，循环次数为1000次，安全系数分为：(1)按安全系数最小原则，搜索出的确定性滑面的安全系数；(2)因岩体力学参数的正态分布所造成的离散性，经1000次循环分析后，求得的边坡安全系数的平均值；
依据破坏概率的大小可以将边坡分为5种类型：破坏概率小于5％的边坡评价为稳定；破坏概率在5％～30％之间的边坡评价为基本稳定；破坏概率在30％～50％之间的边坡评价为稳定性一般；破坏概率在50％～80％之间的边坡评价为稳定性差；破坏概率大于80％的边坡评价为稳定性极差；
(1)按安全系数最小原则，搜索出的确定性滑面安全系数即为边坡极限平衡分析时的简化Bishop法安全系数值；剖面安全系数平均值一般情况下比搜索出的确定性滑面安全系数值略高；
(2)根据可靠性分析结果，边坡稳定性差时一般会产生滑坡；边坡基本稳定时，控制好影响边坡稳定性的因素，边坡一般可保持稳定，因此，在选择合理边坡角时，边坡应处于基本稳定～稳定，根据此原则，分析边坡在三种受力情况下，保证边坡的稳定时的各工程地质分区边坡角。
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