现场调查结果表明，岩质台阶边坡破坏模式主要为平面滑动和楔形体滑动两种形式。根本原因在于台阶边坡上发育的构造节理、风化裂隙以及边坡降阶造成的人工卸荷裂隙等形成的结构面，当这些结构面及其组合与台阶坡面角之间形成不利组合并打破极限平衡时便产生台阶边坡滑坡。因此，确定优势结构面及其组合形成的楔形体与台阶坡面角之间的相对合理关系，便成为岩质台阶边坡优化的主要途径。从以往工程经验看，利用赤平投影来分析结构面与台阶坡面的组合关系，不失为一种简单有效的方法。但单平面滑动破坏，直接用调查时统计的结构面进行分析更为直接明了。

（1）基于平面滑动破坏的台阶坡面角优化

根据本矿区160个节理点381组结构面归并后统计见表6－5。统计时先划分为四个片区：1区为北采坑东帮F8断层北东，以1剖面为代表，边坡倾斜方向为261°；2区为北采坑南东，F8南西，F6北东片区，边坡主要倾斜方向261°，以2剖面为代表；3区为南采坑南东，倾斜方向318°，以3剖面为代表；4区为整个南北采坑西帮，向东倾斜。统计时参考国内部分专家对铁路、水利水电工程边坡与结构面的关系，边坡倾向与结构面倾向夹角＜30°为顺向，30°～150°为斜向，＞150°为反向。台阶坡面角优化时主要考虑结构面与边坡呈顺向者，参见表6－6。具备平面滑动必须至少满足2个条件，一是结构面与台阶坡面为顺向，二是结构面倾角小于拟设台阶坡面角。优化的目的在于适当调整坡面角，尽可能减少结构面的剪出数量，但又不至于明显降低边坡整体坡角和大幅增加剥离量。

表6－5　各区边坡设计参数与结构面关系特征一览表

表6－6　各区顺向结构面基本特征一览表

从表6－6结合工程地质分区及拟设运输平台高程和边坡现状可知：1区台阶坡面角优化余地不大，第6组优势结构面倾角大于坡面角，不具备滑移条件；第5组略大于坡面角可以不考虑；包括层面在内的2、3、4组结构面是重点防范对象。2区一半以上的结构面倾角远小于拟设定的台阶坡面角，优化空间较小意义不大。3区不具备进一步优化台阶坡面角的条件，1、2、3组结构面均为防范对象，尤其是2组。4区有7组顺向结构面倾角大于等于台阶坡面角，部分地段新鲜岩体具备一定的优化空间，可以酌情考虑把台阶坡面角提高到65°～68°。

根据上表的节理统计，用软件［44］很容易就能作出1、2、3区和4区节理等密度和走向玫瑰花图、倾向玫瑰花图，见图6－17、6－18。

图6－17　东帮1、2、3区节理等密度和走向玫瑰花图、倾向玫瑰花图

（2）基于楔形体破坏的台阶坡面角优化

楔形体破坏，可以说是露采矿山边坡比较常见的一种破坏模式，其主要由两组倾向相反的优势结构面所控制，结构面产状的不同控制了楔形体的大小，结构面交线产状的倾向控制了楔形体的滑动方向，而交线倾向和倾角与台阶坡面倾向和倾角的大小关系则是决定了该楔形体能否滑动的必要条件。与平面滑动模式一样，本文采取结构面交线方向与台阶坡面倾向之间的夹角30°（±15°）为顺向，容易滑动，＞150°为反向不会滑动，介于30°～150°之间为斜向不易滑动来定性判断并进行优化。

图6－18　西帮（4区）节理等密度和走向玫瑰花图、倾向玫瑰花图

已有研究结果［92］和工程实践均证实，不同的结构面组合可能形成相同或相近的楔形体交线产状，通过适当调整传统的方法步骤，即可求出矿区特定范围内所测量统计的结构面两两组合，求出对应的楔形体产状，直接对这些楔形体交线产状进行分析，继而评价结构面对边坡的稳定性影响。分析时既可以用C语言编程求出露采边坡相对较大范围内结构面组成的楔形体交线产状后进行优选，范围较小时，也可以直接利用Excel软件自带功能按照公式输入直接求取交线产状来优选。本项目由于可能形成楔形体滑坡的分区范围较小可直接用电子表格来进行优选。(www.daowen.com)

优选结果参见表6－7至表6－10。

表6－7　1区结构面楔形体交线产状特征一览表

表6－8　2区结构面楔形体交线产状特征一览表

续表6－8

表6－9　3区结构面楔形体交线产状特征一览表

表6－10　4区结构面楔形体交线产状特征一览表

续表6－10

由上表可知：①顺向结构面相互之间两两组合形成的楔形体一般不满足楔形体在台阶边坡坏的边界条件；②部分顺向结构面与结构面走向在顺向范围内的反向结构面之间可以组成顺向滑动的楔形体；③反向结构面相互之间两两组合形成的楔形体难于满足楔形体在台阶破坏的边界条件，但部分结构面走向在顺向范围内的反向结构面之间可以组成满足台阶边坡破坏的边界条件的楔形体；④斜向结构面之间、顺向结构面与斜向结构面之间两两组合形成的楔形体比较容易满足楔形体在台阶边坡破坏的边界条件。

根据矿山现状剥采实际拟定的后续岩石台阶坡面角为63°～64°，结合上表各区结构面组合形成的楔形体交线产状与边坡台阶产状关系可知，1区和2区结构面形成的楔形体交线倾角多远小于台阶坡面角，稍微降低或提高台阶坡面角来优化坡面角减少台阶破坏的意义不大；3区约有40%左右的结构面组合形成的楔形体交线倾角大于拟设定的边坡台阶坡面角，在新鲜岩体地段适当提高台阶边坡角，不影响台阶边坡的稳定性，台阶边坡角具有一定的优化空间；4区是结构面组合形成的楔形体交线倾角满足边坡破坏最多的片区，也是现状发育楔形体滑坡的片区，绝大多数结构面交线倾角＜50°，仅有少量倾角＞65°，通过优化台阶坡面角来提高台阶边坡稳定性的空间和意义不大。