采矿边坡的倾倒破坏(Toppling failure)

2 倾倒破坏

2.1 Letlhakane mine

Letlhakane mine是博茨瓦纳(Botswana)的一个钻石矿，于1976年开始开采，主要的岩石类型是强度非常高的玄武岩(basalt)，不过，由于大量的结构不连续，导致岩体强度很低，这也是导致边坡发生倾倒破坏的直接原因[(2001) Pit Slope Design at Orapa Mine]。岩体内存在的拉应力裂纹不断扩大和延伸导致了边坡破坏。2002年该矿引入了GeoMos自动监测系统[(2006) Prediction of slope failure at Letlhakane Mine with the Geomos Slope Monitoring System.]

与Afton矿一样，Brenda矿也是在高强度岩石中发生的不可控制的边坡破坏，主要破坏原因是多组节理切割岩体导致边坡发生了倾倒破坏，而且破坏时没有任何预先警告。下图所示的是Brenda矿的历史遗迹(2022)。

Brenda(布伦达)矿位于BC省Kelowna以西40km的Peachland，主要矿石是铜和钼，主要岩石类型为石英闪长岩，岩石还表现出一些片岩性。矿区内有许多粘土沟，最主要的一组节理是东西走向，与矿坑的长轴方向相同，倾角S70°至80°，平均节理间距约为15~27m。另外两组节理一个是南北走向，倾角向东北方向极倾斜，一个是东西走向，倾角N30°。这两组节理的连续性较差，节理间距很小。南坡完整岩石的单轴抗压强度超过150MPa。气象条件较恶劣，温度变化大，年降雪量高，导致春季径流大。

该矿于1970年开始生产，设计的整体边坡角为45°。自从70年代中期以来，南坡就出现了不稳定迹象。1978年春天，在矿坑的下部出现了破坏，从边坡一直延伸到坑底，高度大约为90 m。这次规模较小的破坏主要是由粘土沟的结构控制引起的，春季的径流可能是引发这次破坏的主要原因。

在1988年南坡的最后开采过程中，观察到了更广泛的不稳定性，南坡的设计坡度为45°，但在开采第一个30m高的台阶后，边坡就出现了崩塌；持续的开采导致了每天约50mm的移动率，但在台阶爆破后移动速度立即增加到每天750mm。于是对南坡下部的边坡采取了削平措施，使得整体边坡角变为40°。同时对边坡进行了降水处理，使得边坡移动暂时得到了控制。1988底南坡的边坡高度大约有200m，测量到的垂直变形在坡顶比在坡下部大，如下图所示。破坏机理被确定为沿着南坡陡峭的、充满沟壑的断层的大规模倾倒。

下图所示的是使用UDEC进行的模拟，三个图分别为节点速度、水平位移和发生破坏的节点[(1990) Toppling and deep-seated landslides in natural slopes], 详细的模拟过程参看[(1989) Numerical Modelling Of Large Scale Toppling]。