某渣場力學參數反分析及穩定性分析的探討

龐 鑫

（攀鋼集團礦業有限公司設計研究院，四川 攀枝花 617063）

1 引言

某渣場位于攀枝花市某工業園區的山溝中，渣場沿山溝長約300m，寬約110m，占地面積約30000m2。

渣場擋攔渣壩墻于2011年4月完成施工圖設計并進行施工，2011年5月主壩施工完成。

設計的沖溝中心的壩高為24－26m，壩頂寬度為4m，壩底寬度為14.6m為梯形。外側坡面為1∶0.15，內側坡面為1∶0.22，下部3.5m為C25混凝土，上部為C15毛石混凝土。現狀沖溝中心的壩體出露地表21.6m，內側垂直。

在沖溝兩側的設計壩高為21－24m，壩頂寬度為3.5m，壩底寬度為12.6m，為梯形。外側坡面為1∶0.15內側坡面為1∶0.20，下部3.5m為C25混凝土擋墻，上部為C15毛石混凝土。現狀沖溝北側壩體出露地表9.8m，南側壩體出露地表9.5m，壩體內側垂直。

堆積子壩內外壩坡坡比均為1∶1.75。

2011年7月渣場內開始堆渣，渣土處于軟塑至流塑狀態，天然含水量在52%至87.9%之間，呈飽和至過飽和狀態。至2012年5月堆渣壩高28m時，在主壩擋墻上部又用商品混凝土加高了2.8m，此時主壩頂高1120.4m的內側土體向壩的外側位移0.8cm，中間臺地1119m的內側的土體向壩的外側位移3cm，渣場場地存在較為嚴重的隱患。

2 渣場潛在破壞模式分析

滑坡破壞模式主要有:渣場內部滑坡、沿地基軟弱層滑坡、沿地基接觸面滑坡三種類型。

對于該渣場，已清基至強風化石英閃長巖；而渣場排棄物料可視為均質體，其邊坡滑移潛在滑動面可近似為圓弧面；故渣場破壞模式主要為渣場內部的圓弧形破壞。

3 計算方法的選擇

作為邊坡穩定性分析的手段之一的極限平衡分析方法很多，主要有瑞典圓弧法（Fillenius法）、Bishop法、Janbu法、Spencer法、Morgenstern法、Sarma法和余推力法等。

本次排土場邊坡滑動模式主要為土場內部的圓弧型滑動，因此穩定性計算選用瑞典圓弧法［《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330－2002）］和余推力法［《金屬非金屬礦山排土場安全生產規則》（GB16423－2006）］分別進行計算，以保證計算的準確性和可靠性。

4 穩定性計算影響因素

（1）水力學因素

渣場溝谷屬金沙江水系，但此沖溝中旱季無水流，僅在雨季因降雨山溝中才有少量流水，由于渣場的使用在渣場下部有地下水分布，因此還有地下水流出。

地下水只對溝谷表面第四系沉積物起不利影響。

（2）動力學因素

地震的影響，采用擬靜力法，按7度地震烈度設防，震動對排土場穩定性綜合影響系數取0.025。

（3）荷載組合

計算正常運行工況（自重）運行條件。

5 計算參數取值

根據該工程巖土工程勘察報告（詳勘階段）提供穩定性分析計算巖土力學指標取值如表1。

6 穩定性計算與結果

6.1 現狀穩定性計算

根據所確定的計算方法、邊坡潛在破壞模式、考慮因素及力學參數，應用理正巖土計算軟件計算。選擇垂直渣場邊坡的1－1′、2－2′、3－3′剖面，自動搜索最危險滑動面的方法進行穩定計算。計算簡圖如圖1、2、3，計算結果見表2，表3，表4。

表1 巖土體的主要物理力學指標選取

圖1 1－1′剖面穩定性計算簡圖

圖2 2－2′剖面穩定性計算簡圖

圖3 3－3′剖面穩定性計算簡圖

表2 現狀穩定性計算結果

結果表明:

現狀堆場1－1′、2－2′、3－3′剖面在自然狀態下的穩定性系數均小于1.0，說明現狀堆場是不穩定的。但實際并未發生變形破壞，故而說明力學指標選取不當，有必要通過參數反算修正。

6.2 參數反算

由以上計算可知，渣場處于不穩定狀態。但通過現場調查，實際渣場處于極限平衡狀態。因此，勘察報告所提供的渣場巖土體物理力學指標值已不符合實際情況。根據渣場現狀情況，進行參數反算（取極限平衡狀態穩定性系數1.0，先確定C反算φ，再確定φ反算C），得出的指標值見表3。

表3 巖土體的主要物理力學指標反算結果

由反算所得指標進行穩定性復核，結果見表4。

表4 現狀穩定性復核結果

結果表明:

現狀堆場1－1′、2－2′、3－3′剖面在自然狀態下均處于極限平衡狀態。采用修正后的力學參數參與穩定性計算的結果與實際相符，說明反算參數與真實參數接近。

7 穩定性預測與分析

考慮到渣場目前還具有一定的棄渣空間，可在現狀基礎上按20m、30m、40m、50m寬度設置平臺，其后設置堆渣子壩。子壩的內外壩坡坡比均為1∶2，高度5m，壩頂寬度3m，共設置6級子壩。以此來分析渣場是否具備繼續棄渣的條件。

（1）剖面選取

選用渣場典型剖面1－1′作為穩定性計算剖面。

（2）指標選取

采用表3反算指標進行穩定性計算。

（3）穩定性計算

采用表3指標值，計算機自動搜索最危險滑面，進行剖面穩定性計算，穩定性計算簡圖見圖4、5、6、7，計算結果見表5。

圖4 留20m寬平臺穩定性計算簡圖

圖5 留30m寬平臺穩定性計算簡圖

圖6 留40m寬平臺穩定性計算簡圖

圖7 留50m寬平臺穩定性計算簡圖

表5 穩定性預測結果

結果表明:

堆場設置30m以上寬平臺后堆積6級子壩在自然狀態下1－1′剖面的穩定性系數大于1.0，說明渣場存在加高擴容的可能。

但是，必須在對現狀渣場進行處理，在保證渣場具有足夠穩定性儲備的前提下考慮進行加高擴容。

8 結語

（1）根據勘察報告提供的物理力學指標進行穩定性計算，其結果與實際不符合，表明勘察報告所選取的力學指標不合適。

（2）根據實際情況，通過參數反算，以反算參數進行穩定性計算，其結果與實際相符，表明反算參數接近真實參數。

（3）根據反算參數對預計渣場加高擴容后的穩定性進行計算，結果表明，渣場存在加高擴容的可能。

［1］中華人民共和國建筑部.GB50330－2002，建筑邊坡工程技術規范［S］.中國建筑工業出版社，2002.

［2］國家安全生產監督管理局.AQ2005－2005，金屬非金屬礦山排土場安全生產規則［S］.煤炭工業出版社出版，2005.