Jeffrey矿边坡稳定性历史回顾

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1 引言

Jeffrey mine(杰弗里矿)【Doc2Vec获得语义相似词汇的算法改进(更新4个矿山数据集)；露天矿破坏(open pit failure)---新的算法测试】位于加拿大魁北克省的Asbestos镇，在蒙特利尔的东北方向，1879年开始采矿，在经历了100多年后于2011年关闭，现在已经改造成为一个采矿公园供游人游览。

下图所示的是目前的Jeffrey mine景观和它相邻的Asbestos社区。虽然Jeffrey mine已经关闭，但是它过去经历的一些边坡稳定性问题对于将来开采的其它矿山仍具有一定参考价值，因此本文简要回顾了Jeffrey mine的岩石力学与边坡稳定性研究。

2 岩石力学性质

Jeffrey mine的矿石产品是石棉，邻近的Asbestos因此得名，从以橄榄岩【强度与变形参数值的概率估算---橄榄岩(peridotite)】、云母岩和蛇纹岩【蛇纹岩(Sheared Serpentinite)的岩体参数调查】为主的超基性主岩中进行开采。岩体中有数个厚的剪切带以及较小规模的不连续体相互切割，北坡主要由板岩组成，并且有层理或称叶状结构，呈现出非常强的各向异性特征，取决于试样相对于岩层的方向，板岩的单轴抗压强度为15~50MPa。岩石的强度和变形性质差异很大，变形模量和内摩擦角从非常软弱(E=0.14GPa, fei=23°)到中等和坚硬(E=8.6GPa, f=60°)。

3 边坡稳定性

该矿在开采期间，尤其是矿坑的东南角，在1970年至1986年期间遭受了几次大规模的边坡破坏。1970年的边坡高度为180m，上面有60m的覆盖层(粘土、粉土和砂)。在断裂的蛇纹化的橄榄岩中有一条主要的剪切带，破坏主要发生在这个剪切带上。首先观察到的是覆盖层的滑动，然后是局部的楔形破坏。下图所示的是一些露天矿的楔形破坏模式(非Jeffrey mine)。

1971年发生了一次大的滑坡，滑坡岩石大约为3300万吨，滑坡区的尺寸为高210m，宽610m，深75m，如下图所示[(1979) Rockslides and Avalanches: Basic Principles, and Perspectives in the Realm of Civil and Mining Operations]。整体边坡角为30°，破坏首先发生在弱的剪切区带区域，剪切带破坏导致了边坡上部岩体的破坏，因此增加了边坡坡脚的应力。此外，在坡脚区域的采矿活动也有诱发了边坡破坏，存在的地下水降低了岩石的有效抗剪强度。记录到的移动速度为每月1500mm，最后采取了稳定滑坡的措施：一方面对边坡全面排水；另一方面清除了边坡上部的覆盖层。

1974~1975年，同一地点再次发生了边坡破坏，记录的移动速度为每月1000~1500mm。地下水是滑坡的主要诱发因素。最后通过降水使得边坡移动得到了稳定。至此边坡总共发生了30m的位移。

1982年，在矿区的东南角边坡出现了一个新的岩石运动区，不过这次岩石移动不是发生在剪切带，而是发生在未受扰动的岩石中，边坡高度为390m，岩石移动速度为每月10-30mm。到了1985年，岩石移动速度加快，移动速度高达每月300mm。事实上，边坡可能发生了多次破坏，在两个破坏面上相互滑动【边坡稳定性多模态优化(Multi-Modal Optimization)；多滑动面搜索算法---粒子群搜索(Particle Swarm Search) 和安全系数等值线】。据估计移动的岩石总量在40~50百万吨之间，位移速度显示出与该地区的降水量有很强的相关性，在1986年和1987年的春天，移动速度增加到每月近2000mm。这些破坏的共同特点是相对于边坡的整体尺寸而言，破坏面的位置相对较浅，如下图所示。

此外，除了上部和下部区域外，破坏面与边坡面几乎平行，破坏面似乎不受任何特定地质弱面的控制。倾斜仪的测量结果显示，剪切区(破坏去)的厚度大约有25m，剪切位移集中在4~5m厚的区域，参考：

(1977) Open-Pit Slope Stability Around the World

(1977) Pit Slope Manual Chapter 4 ---Groundwater

(1987) Observed Behaviour of Major Open Pit Slopes in Weak Ultrabasic Rocks

(1988) Performance Monitoring of Large Excavated Slopes in Complex Rock Masses

1976年至1986年期间，对北坡进行了一次大规模的扩建，形成了一个300m高的边坡，整体边坡角为50°，台阶边坡角为55°，由于使用了控制爆破技术以及对台阶进行了加固，因而北坡稳定，只出现了弹性位移。下面是对边坡的简单总结：东南边坡，高度390m, 边坡角30°，UCS低，发生了多处破坏；北坡，高度300m，边坡角50°, UCS为15~50Ma，没有发生破坏。

Jeffrey矿的边坡破坏模块与Aznalcollar矿的边坡破坏模式非常相似(Aznalcollar mine.txt)。

来源：计算岩土力学