某铁矿排土场边坡稳定性分析与整治

孙　鹏　贺　义　郑伟强　郑　敏　王　凯

(广东省冶金建筑设计研究院)



某铁矿排土场边坡稳定性分析与整治

孙鹏贺义郑伟强郑敏王凯

(广东省冶金建筑设计研究院)

摘要以广东某露天铁矿排土场为例，通过对排土场情况进行综合分析，发现排土场边坡一直处于不稳定状态，根据消除最危险滑动面的原则，采取降坡和加固边坡等措施，整治后再分析，直至边坡处于稳定状态。建议矿山企业加强排土场边坡的稳定性分析与整治，并采取完善的措施确保生产安全。

关键词排土场边坡简化毕肖普法Autobank7稳定性降坡

广东某露天铁矿在建设生产之初未进行合理的规划与生产，随着近几年矿山生产的规范化及矿区采矿范围的不断扩大，采矿边坡已经逐步扩帮至原有排土场附近。虽然矿山及时停止了该排土场的堆放工作并另选排土场，但是该排土场已堆置大量弃土，并形成了较大的堆置高度，对矿山的生产造成了极大的安全隐患。

在对矿山二次规划时，经研究，该排土场的堆土可以烧制建筑用砖，为此，在附近建成一座制砖厂，为了争取充分的堆土消耗时间，本次针对排土场边坡的稳定性进行分析，提出合理的整治方案与生产建议，保证矿山生产安全。

1排土场概况

排土场位于矿区北侧，部分与矿区台阶相连通。现堆置标高为+130～+220 m，堆置高度约90 m，边坡安全等级为Ⅲ级，已经形成10个排土台阶。台阶最大坡面角为58°，其他基本上都在50°左右，坡面角较陡，台阶最高20 m(仅有一个台阶)，其他为10 m左右。排土场顶部排土形成约2%的反坡，靠山侧已修建完成一条截水沟，在+180，+175和+145 m 平台建有排水沟，现排土场截排水系统较完整，截排水性能良好。

在进行边坡分析前，首先对堆体与基岩取样，并进行土工试验，得出堆体及地基岩土参数(表1)。

2排土场边坡稳定性分析方法

边坡稳定性分析的第一要务是判定潜在的破坏机理即可能的破坏模式。破坏模式是对边坡工程岩体力学行为的概括，因此，破坏模式的准确判定是计算结果有效性的基本保证[1-2]。本研究区域边坡总高度为90 m，堆体为土质，且无控制边坡稳定性的不利地质构造即不连续面，故没有构成平面破坏、楔形破坏、倾倒破坏等破坏方式的潜在破坏因素，因此，本次分析采用适用于土质边坡并且为圆弧形破坏的分析方法[3]。根据国际通用惯例，采用属于极限平衡分析法的简化毕肖普法。

表1　排土场堆体岩土力学参数

简化毕肖普法不考虑条块间剪力，但不意味着条间剪力实际为0，而是其某种组合式为0[4]；假定条块间的合力是水平的，可以给出相当精确的结果，但限于圆弧形滑动面；需用迭代求解，但收敛很快。在坡角附近部分滑动面有负倾角的场合，适合于土质和软岩中圆弧形破坏面的总应力分析和有效应力分析。因此，本次研究选用简化毕肖普法是合理的。

本次研究采用河海大学开发的Autobank7计算软件，其提供的计算方法包括瑞典圆弧法、简化毕肖普法、摩根斯顿-普赖斯法等，能够考虑圆弧、非圆弧、软弱夹层滑动面、上部荷载、非线性砂性土质等复杂情况及地震加速度荷载作用，并提供指定滑动面安全系数计算、指定范围安全系数计算、最危险滑动面搜索计算功能。

3现状边坡稳定性分析

经过现场踏勘，选取最具代表性的B-B′剖面进行研究。B-B′剖面堆置高度最高，坡面角最陡，达58°，且坡面正面对已经形成的采场工作采坑，经过对比，该剖面为排土场的最不稳定剖面，且安全隐患最大。

该区抗震设防烈度为Ⅵ度，设计基本地震加速度值为0.05 g。采用简化毕肖普法对B-B′剖面进行计算(图1)，可得考虑地震因素时安全系数为0.91，不考虑地震因素时安全系数为0.93，边坡处于不稳定状态。

图1　现状边坡稳定性计算剖面

4边坡整治及稳定性分析

该部分整治工程涉及+158～+200 m。先对最危险滑动面平台进行降坡，再进行稳定性分析，如果安全系数达标且最危险滑动面理想，则整治工作完成，如果安全系数不达标或者安全系数达标但是最危险滑动面太大则继续进行整治，直至最终达到理想效果。

将+196～+200 m标高内的尖灭小平台(+198 m平台)消除，在降低排土台阶的坡面角的同时，也给下部台阶整治降坡创造了部分空间。对+158，+167，+184，+194 m台阶进行降坡，下部台阶整治过程中坡面角控制在35°左右，局部不得大于40°。台阶坡面角减小的同时，安全平台的宽度也相应增大，在排土场现有条件下达到理想效果。现状边坡与整治边坡对比见图2。整治后边坡稳定性计算剖面见图3。

图2　现状边坡与整治边坡对比

根据计算结果可知，整治后边坡考虑地震因素时安全系数为1.12，不考虑地震因素时安全系数为1.16。《非煤露天矿边坡工程技术规范》(GB 51016—2014)中规定Ⅲ级边坡不计地震力时安全系数为1.20～1.15，如计地震力时安全系数应不小于1.10；《露天矿边坡勘察规范》(YBJ 13—1989)规定，不计地震力时安全系数一般可采用1.30～1.10，计地震力时安全系数不应小于1.10。根据以上标准规范，整治后边坡处于稳定状态。

图3　整治后边坡稳定性计算剖面

5保障措施

鉴于边坡稳定的时效性，即随着时间的进行及引起边坡失稳因素的作用，稳定的边坡也会存在安全系数不断降低直至失稳的状况，本次整治主要的目的是为排土场内堆体二次利用争取更多的时间，同时保障矿山的生产安全，除了针对边坡进行整治，还提出相应的保障措施。

(1)边坡整治后稳定性得到加强，但是仍存在滑坡的可能，可针对最危险滑动面采取一些加固措施，如设置抗滑桩、建设挡土墙等。

(2)加强排土场边坡监测工作，派专兼职安全人员对排土场边坡进行定期检查，发现安全隐患应立即停止工作，待安全隐患排除后方可进行正常生产工作。对每次检查的边坡情况进行记录，以便日后更好地治理。

(3)编写排土场边坡失稳的应急预案。

(4)停止矿山采矿范围内北侧扩帮工作，待排土场二次利用完成后再进行扩帮。

(5)爆破作业时，设备、人员撤出排土场边坡危险区域，爆破作业前后针对边坡进行安全检查。

6结论

通过对某排土场边坡的稳定性分析及整治，为排土场弃土的二次利用提供了有利条件，并有效保证了矿山的安全生产。针对早期没有经过合理规划的矿山在以后扩大生产范围时很容易发生排土场位于采场顶部的情况，尤其当堆土存在很久并且废弃的情况下，矿山的管理者和生产技术人员往往会忽略其带来的安全隐患，随着排土场扩帮工作的不断进行，排土场稳定性会越来越差，如果不及时处理采取措施，很容易引起安全事故。因此，矿山应当定时针对所属排土场边坡进行分析与整治，并再次合理规划，在保证安全生产的同时，争取弃土的二次利用。

参考文献

[1]陈希哲．土力学地基基础 [M]．4版．北京：清华大学出版社，2007．

[2]夏元友,李梅．边坡稳定性评价方法研究及发展趋势[J].岩石力学与工程学报，2002,21(7):1087-1090．

[3]徐鼎平．某露天铁矿冰碛土台阶边坡可靠性分析[J]．岩土工程技术，2007，21(1):11-14．

[4]朱大勇．简化Bishop法严格性的论证[J]．岩石力学与工程学报,2007,26(3):455-458．

(收稿日期2016-01-29)

孙鹏(1987—)，男，助理工程师，510080 广东省广州市越秀区中山二路35号。