图片由KAZ Minerals提供
Bozshakol铜矿由KAZ Minerals运营，是哈萨克斯坦规模最大的矿业项目之一。为了实现长期稳定性、优化矿石回收率并减少不确定性，岩土工程团队需要一种有效的解决方案来应对矿山边坡复杂的地质条件。在本案例研究中，我们将探讨如何利用Slide3这一先进的三维边坡稳定性分析软件，在矿山生命周期内的边坡设计审查中优化矿坑设计、降低风险并提高安全性。如需详细信息，请参阅由Bekzad Rakhmetov、Almas Abzhanov、Bayuprima Adiyansyah、Danila Gorokhov、Artemiy Zamorin和Kenessary Smagulov以及Neil Bar撰写的原始会议论文。Bozshakol铜矿位于中亚造山带，其主要地质特征包括寒武纪-奥陶纪的侵入杂岩和贯穿矿区的一系列断层。区域内以砂岩及中基性火山岩（如熔岩和凝灰岩）为主，其上覆盖有晚寒武纪至早奥陶纪时期的碎屑沉积物。矿区周围是缓缓起伏的丘陵、封闭的集水区和湖泊，这些地形特征影响地表径流，并使边坡稳定性更具挑战性。 现场加工设施每年可处理3000万吨矿石，铜品位平均为0.33%，矿山预计剩余寿命约为40年。撰写会议论文时，露天矿坑深约200米，长约4.5公里，宽约1.8公里，未来矿坑边坡高度预计将超过400米。图1. Bozshakol铜矿露天矿坑的照片（图片由Kaz Minerals提供）
岩土工程团队利用初步可行性研究的数据，确定了可靠的边坡稳定性参数。这些数据为理解地质条件提供了基础，但为了优化边坡设计并有效管理风险，还需要补充更多数据。 团队开展了额外的调查工作，包括钻探21个金刚石岩心钻孔和65个反循环钻孔，并进行了以下关键工作：地质力学测试
岩土面测绘
摄影测量
超过2,000项实验室测试
这些综合数据显著提高了对矿山复杂地质条件的了解，支持了更安全和高效的设计决策。图2. 岩体模型（左）和地质结构模型（右），展示通过可行性研究和多项岩土调查确定的岩土区域。
矿山边坡稳定性面临的主要挑战包括评估断裂带和软弱地层（如粘土和风化岩层）的失稳风险，以及管理可能影响稳定性的孔隙水压力。随着矿山开发的推进，对先进建模工具的需求日益显现，以便更准确地预测边坡行为并识别潜在的失稳机制。 为此，引入了Slide3，用于进行全面的三维极限平衡分析（LEM）。这一工具帮助团队对复杂的地质结构特征进行建模、评估孔隙压力影响，并优化边坡角度。Slide3先进的三维极限平衡分析功能，使团队能够准确模拟地质复杂性，并就边坡设计做出明智决策。软件被用于分析多种潜在失稳机制，包括：
通过这些分析，岩土工程团队优化了边坡角度，并通过准确模拟地质行为减少了不确定性。这种数据驱动的方法为整个矿山生命周期的安全性和效率提供了强有力的支持。图3. 使用Slide3中的Bishop方法揭示了一种平面滑移机制，其安全系数（FoS）为0.709
利用Slide3，Bozshakol安全优化了矿坑边坡角度Slide3的分析对Bozshakol矿坑边坡设计产生了直接影响。三维极限平衡模型（LEM）显示，许多边坡的安全系数（FoS）超过了1.3，因此团队能够在坚固岩层中安全地加大边坡倾角。 然而，分析还识别出9个关键风险区域，这促使团队进行针对性的调整。例如，Slide3对北部边坡下部结构控制失稳的分析帮助团队稳定了FoS低至0.70的边坡，成功降低了即将发生失稳的风险。通过这种平衡优化方法，Slide3不仅提高了矿山的安全性，还使设计能够更好地适应复杂地质条件，为Bozshakol矿山生命周期内的可持续运行奠定了基础。图4. 使用Slide3识别出的9个关键风险区域。
作为边坡优化的一部分，在新鲜岩石单元中实施了宽岩土护堤，以降低落石风险，同时促进斜坡的安全陡化。在富含粘土的地层中，Slide3建议采用更保守的坡度设计，从而有效管理材料固有的低强度和高风险。孔隙压力控制是确保边坡稳定的另一个关键环节。Slide3的建模建议部署水平排水管以减少风化壳和粘土单元中的孔隙压力。这种方法帮助团队应对地下水位波动，维持了边坡的长期稳定性。Slide3的精细建模能力将复杂的岩土工程挑战转化为实际可行的解决方案。其详细的分析洞察支持了有针对性的干预措施，使团队在不牺牲安全性的前提下实现了边坡优化与稳定性提升。从初步可行性研究到运营阶段，团队对Bozshakol铜矿的岩土状况理解大幅提升，这得益于持续的数据采集、实验室测试和实时的边坡性能监测。Slide3不仅提供了三维建模和稳定性评估，还通过以下措施加强了整体的地质管理策略：
这些措施共同帮助团队制定了可靠的设计决策，为矿山的长期安全性和效率提供了保障。关于Slide3的常见问题解答
Slide3提供先进的三维极限平衡分析（LEM），能够综合评估简单和复杂的边坡失稳情况。Slide3可分析以下失稳机制：
平面滑移、楔形滑移和球形滑移；
复杂滑移机制，包括椭球形和样条曲线滑移；
结构控制失稳（如断层、弱层和节理面导致的失稳）；
旋转滑移与平移滑移，适用于多种岩土工程场景。
3.Slide3如何评估孔隙压力对边坡稳定性的影响？Slide3可通过以下方法引入孔隙压力数据：
使用渗压计数据网格化建模；
水位线和Ru系数方法；
模拟静水压力与超静孔隙压力。
此外，可将RS3的地下水渗流分析结果直接导入Slide3，生成孔隙压力网格，适用于快速水位下降和长时间降雨等条件的分析。 Slide3的详细稳定性评估可以帮助工程师在保持足够安全系数的前提下，设计陡峭的边坡。这意味着减少剥离比，降低废石处理量，同时更高效地进入矿石区。通过优化坡度几何，Slide3不仅最大限度地减少覆盖层，还提升了矿石的暴露率，在确保边坡安全的同时提高了采矿效率。5.Slide3在主动边坡风险管理中扮演何种角色？Slide3可在开挖前和开挖过程中创建详细的岩土工程模型，通过评估不同荷载条件下的潜在失稳机制，设计出能够最小化风险的边坡。它可以模拟随时间变化的孔隙压力增加或材料性能退化的影响，提前制定缓解策略，如：此外，Slide3的灵敏度分析选项可用于研究材料参数变化对安全系数的影响，帮助决策者制定更全面的风险应对方案。
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