稀土是全球的战略性矿产资源。离子型稀土矿是世界范围内中重稀土的重要来源,主要分布于我国南方。目前,原地浸矿由于成本低、回收率高、污染小等特点成为离子型稀土的主要开采工艺。但我国南方离子型稀土矿滑坡事件数量逐年增多,原地浸矿工艺是重要诱因之一。因此,开展原地浸矿对离子型稀土矿边坡稳定性的影响及加固方法研究对预防滑坡灾害发生,保障矿区安全高效运行具有重要意义。本文以我国南方某离子型稀土矿边坡为工程实例,采用Midas-GTS软件分析了注液强度、注液时间、注液孔间距、注液孔深度,等浸矿条件的变化对坡体稳定性的影响规律。在此基础上,提出了聚氨酯高聚物微型抗滑桩对浸矿作用下的离子型稀土矿边坡加固方法,分析了不同桩位、桩长、桩间距对坡体的加固效果。最后,通过浸矿作用下的边坡模型试验,对比分析了坡体加固前后的稳定性及浸矿液渗流速度,为高聚物微型抗滑桩加固方法的工程应用提供了试验数据支撑。主要结论如下: (1)原地浸矿作用前,边坡处于稳定状态,坡体孔隙水压和有效应力呈由坡面向坡底逐渐增大趋势,最大剪应变区域位于坡顶下方全风化层,最大位移出现在坡中表层及全风化层。原地浸矿作用后,坡体孔隙水压整体上升,有效应力整体下降,最大剪应变区域转变至坡面中部下方的全风化花岗岩与半风化花岗岩交界处,位移整体增大,最大位移区域向坡脚方向移动,边坡安全系数降低,稳定性下降。 (2)随着注液强度、注液时间、注液孔深度的增大,注液孔间距的减小,坡体最大负孔隙水压数值、负孔隙水压区域和有效应力降低;剪应变数值、最大剪应变区域、位移和最大位移区域增大,边坡安全系数减小,稳定性降低。4种因素敏感性排序为注液强度>注液时间>注液孔间距>注液孔深度。浸矿参数取2.3 m/d注液强度、1.5 m孔间距、2.0 m孔深时,浸矿效率最高,浸矿液渗流速度为2.09 m/d,该条件下边坡处于基本稳定状态,考虑实际边坡的稳定性可能受降雨等外在因素影响,需对边坡进行加固。 (3)采用高聚物微型抗滑桩对浸矿作用下的边坡进行加固后,坡体塑性区域范围缩小,剪应变、位移范围及数值整体减小,安全系数增大,稳定性显著提高。综合考虑矿区安全和工程成本,最优桩位、桩长、桩间距分别为:50 m、17 m、3.5 m。该条件下浸矿液的渗流速度及分布格局、坡体孔隙水压数值及分布格局与加固前基本一致,表明该加固方法在提升边坡稳定性的同时不影响浸矿效率和工程周期。 (4)原地浸矿作用下边坡模型试验表明:随着注液强度、注液时间的增大,坡体湿润线下移速度加快,孔隙水压上升速率提高,位移增大,坡面破坏程度加剧,最终引发失稳。使用高聚物微型抗滑桩加固后,坡体位移大幅减小,坡面破坏程度显著降低,湿润线下移速度、孔隙水压数值及变化趋势与未加固阶段基本一致。进一步印证了该加固方法能够显著提升浸矿作用下离子型稀土矿边坡稳定性,同时不会影响浸矿效率和工程周期,是一种适用于原地浸矿过程中离子型稀土矿边坡的加固方法。