最前沿的三维极限平衡分析：Rocscience Slide3在宾汉峡谷矿的应用

在露天矿运营中，位移监测对于保障安全和运营连续性至关重要。当监测到异常位移时，需借助岩土模型评估是否需要调整采矿作业。本案例介绍了Rocscience Slide3在力拓肯尼科特公司（RTK）的宾汉峡谷矿（Bingham Canyon Mine）中的应用，用于反演边坡位移并进行预测分析，从而确保作业持续安全高效运行。这是RTK内部完成的第一个大型三维极限平衡（LE）建模项目，由Jeffrey Telfer和Forrest Schumacher撰写。

地质背景

宾汉峡谷矿是一个斑岩型铜-钼-金矿床，位于盐湖城西南的奥克尔山脉。分析区域“Upper Ohio不稳定体”位于采矿速率高、台阶更替快的回采区域内。该多台阶滑移体沿Pepperpike层面断层发生剪切破坏，侧向释放面受制于稳定的正交节理系。层面倾角介于30多度至40多度之间，走向与边坡方向存在超过50度的交角。

图1：Upper Ohio不稳定体-宾汉峡谷矿摄像头视图（2019年） 

图2：Upper Ohio区域地质背景的三维模型视图，朝东南方向

挑战

通过多种地表和地下监测手段检测到了边坡移动。由于移动程度、位置接近关键基础设施，以及其对采矿活动的敏感性，迫切需要深入分析岩土材料假定参数，并构建详细的边坡稳定性模型，以判断采矿活动是否可以继续进行。

建模过程

RTK内部对岩体、构造地质和水文地质条件进行了全面评估，以理解Upper Ohio不稳定体的破坏机制（详细技术内容见“工程地质”部分）。由于结构评估显示为具楔形特征的运动模式，因此选择三维极限平衡法（LE）进行分析。

反演分析

使用Slide3对该不稳定体进行建模，目标安全系数（FS）设定为1.0–1.1。起始岩体参数来自初期可行性设计研究。

表1：GHB岩体强度参数

表2：Pepperpike断层面的莫尔-库仑强度参数

Pepperpike断层面材料初始参数是在发现位移后，基于详细分析得到的。起初假设边坡为干燥条件，源于地下水观测结果。

最初的材料参数假设导致计算出的破坏面安全系数偏高（FS>1.3），与实际不符。降低材料参数后，得到更合理的FS值。

图3：初始反演结果。假设边坡干燥，岩体及节理强度取基准值，安全系数为1.30，偏高

分析还考虑了前述正交节理组，这更准确地刻画了破坏机制：右侧为Pepperpike断层面释放，左侧为正交节理组。为了得到更合理的FS，进一步降低了材料强度：

• 提高D因子以降低岩体强度；

• 对无泥带断层去除黏聚力，以降低结构面强度。

同时进行含水分析。根据建模期间获取的爆破孔资料，表明边坡内存在地下水。最终，利用实测数据建立了水位线，并将其用于模型中，稳定性分析得到FS=1.09。

图4：Pepperpike断层反演分析，采用实测水位线

预测分析

将上述实测水位模型用于后续的预测分析，探讨削坡、设置支墩和消压等边坡减灾措施的效果。

当时已开展边坡削坡工作，监测表明边坡对此响应良好，因此未采取其他措施。

图5：预测方案-从坡顶削坡以降低边坡荷载

图6：预测方案-在坡脚设置填筑支墩以提供抗力

内部建模的优势

RTK团队发现，拥有能进行边坡稳定性建模的内部岩土工程师团队极具价值与效率优势。内部团队熟悉材料参数，能快速识别不确定性来源，并可与其他部门更高效地协作，这在外部咨询团队中较难实现。

Rocscience建模资源

为了确保地质工程建模结果真实可靠，工程师必须掌握建模软件的正确用法。为此，Rocscience提供了每款软件的全面教程，并设有标准化及定制课程。如需更专业的项目支持，还可选择“专家建模”服务。定制课程或专家建模能帮助团队快速掌握特定类型的建模方法。

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