台阶坡面角

台阶坡面与水平面的夹角

台阶坡面角(angle of bench slope)是指台阶坡面与水平面的夹角。其值与矿岩性质、岩层的倾角、倾向、构造、穿孔爆破方法和台阶存在时间等因素有关。台阶坡面角又分工作台阶坡面角和最终台阶坡面角。后者小于前者。台阶坡面角对工作帮坡角和最终边坡角有一定影响。中国金属矿山的台阶坡面角一般为65°~70°。

研究必要性

露天边坡稳定性研究的实质就是确定经济合理的最终边坡角。最终边坡角由台阶高度、台阶宽度及台阶坡面角组合而成，其中产能确定了穿爆设备选型及台阶高度。

台阶坡面角的大小，直接影响最终边坡角的大小及边坡稳定性。应用关键词“台阶坡面角”及“边坡稳定性”检索了近20年发表的有关论文，并未发现台阶坡面角取值范围的相关研究。过去通常根据设计规范或主观经验定性地确定台阶坡面角，常常发生尽管最终边坡角较缓，但因台阶坡面角取值过大而发生滑坡的现象，因此，有必要研究台阶坡面角的取值范围。

确定方法

确定最终边坡角的常用方法有经验类比法、极限平衡法、数值分析法等。其中，经验类比法叫仅通过对比分析相似条件下的边坡工程，主观选取相应的边坡构成参数，缺少对边坡的系统性分析，误差较大，设计中往往偏保守，极限平衡法用需要事先假定滑动面的位置和形状，对岩质边坡的适用性不强；数值分析法一般应用三维有限单元法(ANSYS)、二维或三维弹塑性有限元法(PHASE2)及有限差分法(FLAC）。有限元和有限差分法考虑了边坡体的应力应变关系，都可较真实的仿真露天开挖的全过程，克服了各类极限平衡方法必须事先查清是否存在或假定存在滑动面的弱点，但除ABAQUS外一般有限元程序不能直接计算安全系数。ANSYS软件建模较为方便、快捷叫，但求解速度慢，且不适用于求解大变形和位移不连续问题，而有限差分法(FLAG-3D)考虑边界灵活，弥补了有限元法的上述不足，还可借助ANSYS建模及输出计算结果，且可验算安全系数。

总结

随着台阶坡面角的增大和平台宽度的减小最终边坡角逐步增大.最终边坡角过陡会使露天边坡处于受拉状态的台阶坡面过多，在长期重力及爆破震动作用下受拉区易发生拉伸疲劳破坏，从而增加了边坡维护费用；反之，会增大剥离量。应用FLAG-3D研究确定了各部位台阶坡面角的取值范围及最终边坡角，得出如下主要结论：

(1)该露天矿南北剖面附近凹陷露天台阶坡面角宜取60°~64°，山坡露天台阶坡面角宜取60°~63°；

(2)该露天矿南北剖面附件经济合理的山坡露天、凹陷露天顶帮、底帮最终边坡角分别取45°16′、44°37′、46°8′；

(3)锚索、锚杆加固可降低拉应力值，减小甚至消除局部拉应力区，改善边坡受力状态.锚索加固网度一般按3m×3m，锚杆加固网度一般取1m×1m~1.5m×1.5m。其中，锚索长度取9m，锚杆长度取约2.5m。

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