基于Bishop法的戈壁平地堆型排土場穩定性分析

李 浩 張海磊 嚴文炳

（①新疆白銀礦業開發有限公司 富蘊 836100 ②西北礦冶研究院 白銀 730900

③甘肅省深井高效開采與災變控制工程實驗室 白銀 730900）

0 前言

Bishop法是工程上最常用的一種能對邊坡穩定性進行定量分析的方法，該法為各種非圓弧滑動分析及土條分界面上條間力的計算提供了有利條件，國內鄭穎人院士等學者利用Bishop法及其一系列改進方法開展廣泛的邊坡穩定性分析工作，取得了豐碩的研究成果[1]。

礦山排土場由松散的剝離物組成，穩定性差，季節性災害比較明顯，排土工程一直是露天礦安全生產的薄弱環節[2-3]。為保證礦山安全生產，有必要開展系統的排土場穩定性分析工作。

1 礦山排土場現狀概述

新疆索爾庫都克銅礦排土場為典型的戈壁平地型排土場，通過3Dmine軟件建模發現：索爾庫都克銅礦排土場坡腳東西跨度為最大為710m，南北坡腳最大跨度為1150m，最大排土高度71m；西幫局部形成748m、760m水平的最終臺階；南幫形成780m、815m、830m水平的工作臺階及南部排土公路；東幫主要為低品位礦石堆場，堆高為746m水平；折返式排土公路向南北均衡分配排土；排土場四周建有坡腳攔石壩，具體見圖1。

通過圖1可以看出：西幫有局部滑移，將原來最終臺階淹沒破壞，經過自沉降、滑移等逐漸趨于穩定狀態；東幫控制相對較好，坡腳砂土層仍呈現地形起伏的現象；南幫有排棄公路，對排土壓實作用比較大，邊坡角相對穩定一些。

以每隔100m劃分一個剖面的方式，將排土場劃分為五個縱剖面圖、十一個橫剖面。對各剖面邊坡角、坡面角、排土場跨度及排土高度等進行統計分析得：

（1）排土場東幫平均邊坡角為16.8°，西幫平均邊坡角為21.3°，南幫平均邊坡角為25.6°，北幫平均邊坡角為21.3°，排土場整體邊坡角小于設計排棄物自然安息角。表1給出了各橫剖面邊坡角。

（2）部分邊坡坡面角較大，如橫6、橫7剖面西側坡面角均大于40°，過大的坡面角會造成邊坡局部破壞，引起邊坡小范圍失穩，現場踏勘發現，排土場橫5、橫6、橫7剖面西側邊坡或坡頂均出現不同程度的小規模破壞現象等，具體包括隆起、地基推移、坡頂裂縫等。

表1 排土場各橫剖面參數

2 排土場穩定性分析方法

如圖2所示，Bishop法假定各土條底部滑動面上的抗滑最小安全系數均相同，即等于整個滑動面的平均最小安全系數，取單位長度邊坡按平面問題計算，即可得Bishop法計算邊坡穩定最小安全系數的普遍公式。

圖2 Bishop法計算簡圖

Bishop證明：若忽略土條兩側的剪切力，所產生的誤差僅為1%。

3 排土場穩定性分析

本次索爾庫都克銅礦排土場穩定性分析主要依靠GeoStudio2012軟件完成。根據排土場各橫剖面輪廓圖和排土場各類巖土體物理力學參數，建立排土場各剖面有限元計算模型，通過軟件內置的Bishop法計算程序即可得出如圖3所示的排土場安全系數。各橫剖面安全系數具體計算結果見表2。

圖3 橫5剖面東側邊坡安全系數

表2 Bishop法計算的各橫剖面邊坡安全系數

設定此次用于評價的排土場最小安全系數K應不低于1.30。由表2可知：

（1）排土場的整體安全系數都大于1.3，說明排土場邊坡在整體上是穩定的。

（2）排土場臨界滑移面位于邊坡中下部，滑面長度30-200m不等。

（3）排土場東側邊坡的安全系數普遍高于西側邊坡的安全系數。

（4）排土場高度越高，邊坡安全系數越低；隨著排高的不斷增加，礦山應采取必要措施進一步增強排土場穩定性。

4 結論

⑴由于排土場邊坡工程的復雜性，排土場邊坡穩定評價不能依賴于單一方法，未來下一步采用多種方法進行綜合性分析。

⑵索爾庫都克銅礦排土場監測系統于2017年10月建成，監測數據分析發現，除部分正在進行排廢作業點附近的監測點有微弱水平位移外，排土場整體穩定性較好。