基于SLIDE的某尾礦庫邊坡穩定性分析

朱澤勛，吳 莉

(中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院， 云南昆明 650051)

基于SLIDE的某尾礦庫邊坡穩定性分析

朱澤勛，吳 莉

(中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院， 云南昆明 650051)

以圓弧形滑動面為計算模型，采用A·W·畢肖普條分法，應用SLIDE軟件對某尾礦庫進行靜力穩定性數值分析，得出了此尾礦壩的穩定安全系數，并對尾礦庫的穩定性進行評價。

尾礦庫;穩定性分析;SLIDE;畢肖普(Bishop)圓弧法

1 尾礦庫概況

某礦尾礦庫于1958年建成使用，經過50多年的運營，目前已經堆至2036 m(獨立高程系)，相對于場地東南側合田磷肥廠地面，高差為71 m;相對于場地南部昆明三養肥料有限公司地面，高差為56 m;相對于場地西南部西山區看守所大門地面，高差為50 m。堆積過程中自然形成了3個臺階。

尾礦庫西面邊坡高差 14.48～30.38 m，坡度30.5°～34.1°;渣庫南面邊坡形成 2 個平臺，第一平臺與第二平臺高差約 4.5～6.5 m，坡度約26°～28°;第二平臺至邊坡腳高差約28～29 m，坡度約33.4°～36.5°;渣庫東面邊坡形成 3 個平臺，第一平臺與第二平臺高差約 5.4～6.5 m，坡度約26°～27°，第二平臺與第三平臺高差約28.2～43 m，坡度約21°～38.5°，第三平臺至邊坡腳高差約 21～37 m，坡度約30°～34.5°。

2 尾礦庫靜力穩定性分析

2.1 尾礦庫邊坡堆積體組成及力學參數

該尾礦庫邊坡堆積體由熔煉渣①、污泥①1、生活垃圾①2、人工填土①3層組成，主要成分為熔煉渣、污泥，次要成分為生活垃圾及人工填土，大部分未經碾壓。渣體下伏地層為紅粘土②、②1、②2及灰巖③、③1。

根據野外大型剪切試驗、室內試驗結果，結合該地區工程經驗，得出各巖土層的抗剪強度指標，見表1和表2。

表1 自然條件下邊坡穩定性驗算參數取值

表2 浸水條件下邊坡穩定性驗算參數取值

2.2 邊坡穩定性計算軟件SLIDE

SLIDE軟件是由加拿大RocScience公司研發的評價巖質或土質邊坡安全系數或者失效概率的二維極限平衡程序，滑面可以使用圓弧或者非圓弧形式。程序計算方法基于豎直條分極限平衡分析。該軟件基本特點有:對于給定邊坡，可指定已知滑面或者驅動程序之自動搜索滑面;集成了Bishop，Janbu，Spencer，GLE/Moergenstern－Price和其他一些方法;可考慮多種材料模型(各向異性、非線性摩爾－庫侖等);集成了有限元法，穩態地下水建模、分析和數據解釋程序。該軟件拉裂面的計算模式有干燥和充水兩種。

2.3 渣庫邊坡穩定性計算

該尾礦庫堆積體在重力作用下向臨空方向發生剪切蠕變，變形體后緣發育自地表向深部發展的拉裂，坡體內不存在控制性滑面，滑面的具體位置主要受最大剪應力分布控制，該面以上實際為一自地表向下遞減的剪切蠕變帶。隨著蠕滑的進展，坡面下沉，拉裂面向深部擴展，往往達到潛在剪切面，造成剪切面上剪應力集中。地表水沿拉裂面滲入坡體，從而又促進蠕滑的發展，削弱剪切面的抗剪強度，最后渣土被剪斷而導致滑坡。根據以上分析可知，渣庫邊坡破壞的力學模式屬于蠕滑—拉裂模式，其滑動面一般為圓弧形式。

選用畢肖普(Bishop)圓弧法對該尾礦庫邊坡進行穩定性計算。以尾礦庫最高點為中心呈輻射狀一次選取8個切面做為計算剖面，按表1和表2指標，采用畢肖普(Bishop)圓弧法對尾礦庫邊坡進行自然(干燥)條件下和浸水(充水)條件下穩定性驗算，尾礦庫邊坡各剖面的穩定系數見表3。

表3 尾礦庫邊坡穩定性計算結果

3 尾礦庫邊坡穩定性評價

按《建筑邊坡工程技術規范》GB50330－2002，尾礦庫邊坡安全等級為一級，采用圓弧滑動法計算時，相應的邊坡穩定安全系數為1.30。

該尾礦庫邊坡在自然狀態下，5#、6#剖面穩定性系數 Ks=0.805～0.893，處于不穩定狀態;其余剖面穩定性系數Ks=1.056～1.296，但其穩定性系數均小于1.3，即在自然狀態下，其處于基本穩定狀態，但安全儲備不足。尾礦庫邊坡在浸水狀態下，8#剖面、7#剖面第二至第三平臺邊坡穩定性系數Ks=1.08～1.124，處于基本穩定狀態，但其穩定性系數均小于1.3，安全儲備不足。其余剖面穩定性系數Ks=0.715～1.042，均小于 1.05，即其均處于不穩定狀態。現對各剖面的穩定性分述如下。

(1)1#、2#剖面穿過尾礦庫北西部的渣體開裂段，其所在位置附近邊坡高差14.48～22.67 m，坡度30.5°～34.1°，剖面走向222°～ 236°。邊坡在自然狀態下穩定性系數Ks=1.080～1.135，處于基本穩定狀態，但安全儲備不足。邊坡在浸水狀態下穩定性系數Ks=1.018～1.026，處于不穩定狀態。根據所揭露剖面分析，1#剖面BP6鉆孔縱向上揭露4層污泥層①1，其厚度0.5～2.3 m，呈不均勻分布;2#剖面BP7鉆孔縱向上揭露4層污泥①1，其厚度0.8～2.8 m，中間夾 5.5 m 厚的垃圾層①2，呈不均勻分布。該段邊坡堆積體物質成分分布很不均勻，不連續，力學性質差異大，容易引起不均勻沉降，從而引起堆積體的開裂，一旦在連續降雨或暴雨狀態下，容易沿著渣體開裂面形成邊坡的滑動面。

(2)3#剖面所在位置附近邊坡高差29.00～30.38 m，坡度 32.4°～33.1°，剖面走向 222°。邊坡在自然狀態下穩定性系數Ks=1.078，處于基本穩定狀態，但安全儲備不足。邊坡在浸水狀態下穩定性系數Ks=1.023，處于不穩定狀態。

(3)4#剖面跨過2個平臺，第一平臺與第二平臺高差約6 m，坡度約26°;第二平臺至邊坡腳高差約28 m，坡度約36.5°，剖面走向231°。第一平臺邊坡處于穩定狀態;第二平臺邊坡在自然狀態下穩定性系數Ks=1.056，處于基本穩定狀態，但安全儲備不足。邊坡在浸水狀態下穩定性系數Ks=1.01，處于不穩定狀態。

(4)5#剖面跨過2個平臺，剖面走向184°，第一平臺與第二平臺高差約6.5 m，坡度約28°;第二平臺至邊坡腳高差約28.3 m，坡度約33.4°。第一平臺邊坡處于穩定狀態;第二平臺邊坡在自然狀態下穩定性系數Ks=0.805，在浸水狀態下穩定性系數Ks=0.715，都處于不穩定狀態。

(5)6#剖面處于渣庫的東南方向，主要跨過3個平臺，剖面走向112°，第一平臺與第二平臺高差約6.5 m，坡度約27°;第二平臺與次第三平臺高差約43 m，坡度平均約21°;次第三平臺至邊坡腳高差約21 m，坡度約30°。第一平臺邊坡、次第三平臺至邊坡腳邊坡處于穩定狀態;第二平至次第三平臺邊坡在自然狀態下穩定性系數Ks=0.893，在浸水狀態下穩定性系數Ks=0.833，都處于不穩定狀態。

(6)7#剖面處于渣庫的東南方向，主要跨過3個平臺，剖面走向111°，第一平臺與第二平臺高差約5.4 m，坡度約26°;第二平臺與第三平臺高差約28.2 m，坡度約31°;第三平臺至邊坡腳高差約37 m，坡度約34°。第一平臺邊坡處于穩定狀態;第二平臺至第三平臺邊坡在自然狀態下穩定性系數Ks=1.234，第三平臺邊坡在自然狀態下穩定性系數Ks=1.109，都處于基本穩定狀態，但安全儲備不足。在浸水狀態下第二平臺至第三平臺邊坡在穩定性系數Ks=1.124，處于基本穩定狀態，但安全儲備不足;在浸水狀態下第三平臺邊坡至坡腳邊坡穩定性系數Ks=1.042，處于不穩定狀態，邊坡處于失穩狀態。

(7)8#剖面處于渣庫的東南方向，主要跨過3個平臺，第一平臺與第二平臺高差約5.5 m，坡度約27°;第二平臺與第三平臺高差約38.5 m，坡度約31.4°;第三平臺至邊坡腳高差約 33 m，坡度約34.5°。第一平臺邊坡處于穩定狀態;第二平臺至第三平臺邊坡在自然狀態下穩定性系數Ks=1.118，第三平臺至坡腳邊坡在自然狀態下穩定性系數Ks=1.296，都處于基本穩定狀態，但安全儲備不足。在浸水狀態下，第二平臺至第三平臺邊坡在穩定性系數Ks=1.080，第三平臺至坡腳邊坡穩定性系數Ks=1.20，都處于基本穩定狀態，但安全儲備不足。

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2011－08－18)

朱澤勛(1964－)，男，云南宣威人，工程師，主要從事巖土工程方面的工作，Email:619910377@qq.com。