某鐵礦排土場邊坡穩定性分析與整治

孫　鵬　賀　義　鄭偉強　鄭　敏　王　凱

(廣東省冶金建筑設計研究院)

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某鐵礦排土場邊坡穩定性分析與整治

孫鵬賀義鄭偉強鄭敏王凱

(廣東省冶金建筑設計研究院)

摘要以廣東某露天鐵礦排土場為例，通過對排土場情況進行綜合分析，發現排土場邊坡一直處于不穩定狀態，根據消除最危險滑動面的原則，采取降坡和加固邊坡等措施，整治后再分析，直至邊坡處于穩定狀態。建議礦山企業加強排土場邊坡的穩定性分析與整治，并采取完善的措施確保生產安全。

關鍵詞排土場邊坡簡化畢肖普法Autobank7穩定性降坡

廣東某露天鐵礦在建設生產之初未進行合理的規劃與生產，隨著近幾年礦山生產的規范化及礦區采礦范圍的不斷擴大，采礦邊坡已經逐步擴幫至原有排土場附近。雖然礦山及時停止了該排土場的堆放工作并另選排土場，但是該排土場已堆置大量棄土，并形成了較大的堆置高度，對礦山的生產造成了極大的安全隱患。

在對礦山二次規劃時，經研究，該排土場的堆土可以燒制建筑用磚，為此，在附近建成一座制磚廠，為了爭取充分的堆土消耗時間，本次針對排土場邊坡的穩定性進行分析，提出合理的整治方案與生產建議，保證礦山生產安全。

1排土場概況

排土場位于礦區北側，部分與礦區臺階相連通。現堆置標高為+130～+220 m，堆置高度約90 m，邊坡安全等級為Ⅲ級，已經形成10個排土臺階。臺階最大坡面角為58°，其他基本上都在50°左右，坡面角較陡，臺階最高20 m(僅有一個臺階)，其他為10 m左右。排土場頂部排土形成約2%的反坡，靠山側已修建完成一條截水溝，在+180，+175和+145 m 平臺建有排水溝，現排土場截排水系統較完整，截排水性能良好。

在進行邊坡分析前，首先對堆體與基巖取樣，并進行土工試驗，得出堆體及地基巖土參數(表1)。

2排土場邊坡穩定性分析方法

邊坡穩定性分析的第一要務是判定潛在的破壞機理即可能的破壞模式。破壞模式是對邊坡工程巖體力學行為的概括，因此，破壞模式的準確判定是計算結果有效性的基本保證[1-2]。本研究區域邊坡總高度為90 m，堆體為土質，且無控制邊坡穩定性的不利地質構造即不連續面，故沒有構成平面破壞、楔形破壞、傾倒破壞等破壞方式的潛在破壞因素，因此，本次分析采用適用于土質邊坡并且為圓弧形破壞的分析方法[3]。根據國際通用慣例，采用屬于極限平衡分析法的簡化畢肖普法。

表1　排土場堆體巖土力學參數

簡化畢肖普法不考慮條塊間剪力，但不意味著條間剪力實際為0，而是其某種組合式為0[4]；假定條塊間的合力是水平的，可以給出相當精確的結果，但限于圓弧形滑動面；需用迭代求解，但收斂很快。在坡角附近部分滑動面有負傾角的場合，適合于土質和軟巖中圓弧形破壞面的總應力分析和有效應力分析。因此，本次研究選用簡化畢肖普法是合理的。

本次研究采用河海大學開發的Autobank7計算軟件，其提供的計算方法包括瑞典圓弧法、簡化畢肖普法、摩根斯頓-普賴斯法等，能夠考慮圓弧、非圓弧、軟弱夾層滑動面、上部荷載、非線性砂性土質等復雜情況及地震加速度荷載作用，并提供指定滑動面安全系數計算、指定范圍安全系數計算、最危險滑動面搜索計算功能。

3現狀邊坡穩定性分析

經過現場踏勘，選取最具代表性的B-B′剖面進行研究。B-B′剖面堆置高度最高，坡面角最陡，達58°，且坡面正面對已經形成的采場工作采坑，經過對比，該剖面為排土場的最不穩定剖面，且安全隱患最大。

該區抗震設防烈度為Ⅵ度，設計基本地震加速度值為0.05 g。采用簡化畢肖普法對B-B′剖面進行計算(圖1)，可得考慮地震因素時安全系數為0.91，不考慮地震因素時安全系數為0.93，邊坡處于不穩定狀態。

圖1　現狀邊坡穩定性計算剖面

4邊坡整治及穩定性分析

該部分整治工程涉及+158～+200 m。先對最危險滑動面平臺進行降坡，再進行穩定性分析，如果安全系數達標且最危險滑動面理想，則整治工作完成，如果安全系數不達標或者安全系數達標但是最危險滑動面太大則繼續進行整治，直至最終達到理想效果。

將+196～+200 m標高內的尖滅小平臺(+198 m平臺)消除，在降低排土臺階的坡面角的同時，也給下部臺階整治降坡創造了部分空間。對+158，+167，+184，+194 m臺階進行降坡，下部臺階整治過程中坡面角控制在35°左右，局部不得大于40°。臺階坡面角減小的同時，安全平臺的寬度也相應增大，在排土場現有條件下達到理想效果?，F狀邊坡與整治邊坡對比見圖2。整治后邊坡穩定性計算剖面見圖3。

圖2　現狀邊坡與整治邊坡對比

根據計算結果可知，整治后邊坡考慮地震因素時安全系數為1.12，不考慮地震因素時安全系數為1.16?！斗敲郝短斓V邊坡工程技術規范》(GB 51016—2014)中規定Ⅲ級邊坡不計地震力時安全系數為1.20～1.15，如計地震力時安全系數應不小于1.10；《露天礦邊坡勘察規范》(YBJ 13—1989)規定，不計地震力時安全系數一般可采用1.30～1.10，計地震力時安全系數不應小于1.10。根據以上標準規范，整治后邊坡處于穩定狀態。

圖3　整治后邊坡穩定性計算剖面

5保障措施

鑒于邊坡穩定的時效性，即隨著時間的進行及引起邊坡失穩因素的作用，穩定的邊坡也會存在安全系數不斷降低直至失穩的狀況，本次整治主要的目的是為排土場內堆體二次利用爭取更多的時間，同時保障礦山的生產安全，除了針對邊坡進行整治，還提出相應的保障措施。

(1)邊坡整治后穩定性得到加強，但是仍存在滑坡的可能，可針對最危險滑動面采取一些加固措施，如設置抗滑樁、建設擋土墻等。

(2)加強排土場邊坡監測工作，派專兼職安全人員對排土場邊坡進行定期檢查，發現安全隱患應立即停止工作，待安全隱患排除后方可進行正常生產工作。對每次檢查的邊坡情況進行記錄，以便日后更好地治理。

(3)編寫排土場邊坡失穩的應急預案。

(4)停止礦山采礦范圍內北側擴幫工作，待排土場二次利用完成后再進行擴幫。

(5)爆破作業時，設備、人員撤出排土場邊坡危險區域，爆破作業前后針對邊坡進行安全檢查。

6結論

通過對某排土場邊坡的穩定性分析及整治，為排土場棄土的二次利用提供了有利條件，并有效保證了礦山的安全生產。針對早期沒有經過合理規劃的礦山在以后擴大生產范圍時很容易發生排土場位于采場頂部的情況，尤其當堆土存在很久并且廢棄的情況下，礦山的管理者和生產技術人員往往會忽略其帶來的安全隱患，隨著排土場擴幫工作的不斷進行，排土場穩定性會越來越差，如果不及時處理采取措施，很容易引起安全事故。因此，礦山應當定時針對所屬排土場邊坡進行分析與整治，并再次合理規劃，在保證安全生產的同時，爭取棄土的二次利用。

參考文獻

[1]陳希哲．土力學地基基礎 [M]．4版．北京：清華大學出版社，2007．

[2]夏元友,李梅．邊坡穩定性評價方法研究及發展趨勢[J].巖石力學與工程學報，2002,21(7):1087-1090．

[3]徐鼎平．某露天鐵礦冰磧土臺階邊坡可靠性分析[J]．巖土工程技術，2007，21(1):11-14．

[4]朱大勇．簡化Bishop法嚴格性的論證[J]．巖石力學與工程學報,2007,26(3):455-458．

(收稿日期2016-01-29)

孫鵬(1987—)，男，助理工程師，510080 廣東省廣州市越秀區中山二路35號。