某露天采空区内排土场边坡稳定性分析

王天龙

(云南磷化集团工程建设有限公司，云南 昆明 650600)

1 前言

排弃土来源于城市地铁隧道排弃渣土。渣土的性质：第四系全新人工填土层、粉质黏土、黏土及碎石土、部分二叠系基岩(灰岩)。

人工填土层主要成分为黏性土，部分未压实，呈松散状，多数已压实，稍固结。

粉质黏土、黏土呈黄灰色、褐黄色，可塑～硬塑，属于中等压缩性土，地基基本承载力σc=130～150kPa。

碎石土呈灰黄色、黄色，潮湿，粒径20～40mm为主，磨圆度、分选性均较差，碎石成分以泥岩、砂岩为主，孔隙充填粉细砂或黏性土，属于中等压缩性土，地基基本承载力σc=180～200kPa。

排弃土需在空气中晾晒蒸发一段时间，当土体含水率低于8%时，才能堆放在该排土场。该排土场周边2km范围内无居民住宅等敏感点。

2 场址地形特征

该内排土场场址位于青山垭口冲沟内，地势总体南北高东西低，为溶蚀低中山丘陵地貌，整个冲沟呈“V”

以往的行政执法工作中，许多部门是执法与普法“两张皮”，虽然都按照宪法规定落实相关工作，但是各自拥有独立的工作机制，彼此互不干涉，往往有一部分工作内容会重复实施，造成普法和执法资源浪费。重新调整工作机制，在执法中普法，有助于充分整合行政资源，提高行政管理效率。在这方面，徐汇区积极探索以普法工作助力执法的工作机制，进一步整合内部资源，使之形成合力促进普法工作全面开展，在探索过程中，积累了许多值得仿效的实践经验，如：徐汇区文化执法部门积极开展的对网吧经营者的针对性普法，以及徐汇区公安分局牵头建立的律师驻所执法机制等[8]。

字型，具体如图1所示。该冲沟地形特征：下游沟身窄、上游沟身宽，纵坡较缓，坡度6°～10°。沟谷宽度120～150m，沟长约1 000m，岸坡较陡，北岸坡度20° ～25°，南岸坡度30° ～40°。区内最高点位于南部，标高约2 244m，最低点位于西部沟床，标高约2 013m，相对高差231m。

图1 拟建排土场现状

上覆土层为残坡积红黏土和碎石填土，土层厚度小、红黏土具弱膨胀性；下伏基岩主要为坚硬的白云岩，岩体微风化，节理裂隙一般发育，岩体工程地质性质较好。地质构造简单，无断裂、褶皱，为岩层单斜构造。地下水埋深较大、基础位于地下水位之上，水文地质条件简单；工程地质条件和地质环境条件中等，场地稳定性较好。

由于采石等工程活动，场区开挖边坡等人工地形多，采石场边坡高度10～70m，一般20～40m，坡度一般60°～70°；建筑场地、料场开挖边坡高一般5～6m，坡度50°～60°。

3 堆排方案的设计参数

(1) 排土场设计堆存渣土(实方)量V=680万m3；库容量V0=850万m3。

图2 排土场堆排形态剖面图

(2) 排土场西边堆置总高98m(标高2 012～2 110m)，东边堆置总高54m(标高2 056～2 110m)。

(3) 堆置段高：除西边顶部段高10m，其余均为20m。

(4) 西边堆排段数：5段；东边堆排段数：3段。

(5) 西边分段安全平台宽度35m；东边分段安全平台宽度30m，平台设返坡i=3%～5%。

(6)台阶坡面角30°，具体设计如图2所示。

(7)西边边坡整体坡面角：17.56°；东边边坡整体坡面角：19.38°。

(8)排土场总占地面积29.89hm2。

为了确保排废过程中，运行管理方便、避免水土流失和排废边坡稳定，同时按照场区的地形、地质条件，尽量减少坝的长度，确定在沟谷下游最狭隘口设置拦渣坝。

(9)拦渣坝坝体几何尺寸

①坝长：约80m；

②外坡坝高：38m；内坡坝高：19m；

③坝顶宽：8.0m；

④坝体前(内)坡坡比1∶1 ；坝体后(外)坡坡比1∶1.5；

⑤钢筋笼块石透水坝(内部干堆块石)；除锈后，内刷2道白色底漆，外刷2道黑色面漆，该坝对排土场(消纳场)起保护作用，防止形成泥石流和滑坡；

⑥该拦渣坝材料为就地取材，采用就近采石场的岩石，石料强度不低于为Mu30，块石最小尺寸不得小于20cm，坝体内部块石以大块为准，但堆实空隙不应大于15cm；

⑦为了增加坝体的稳定性和抗滑力，坝体基础持力层以上的软土和人工填土，均全部淸除处理，坝基应进入稳定基岩或老土层，最小应清理至1.0m深，并将基底清理整平，保证钢筋笼放平稳。坝肩嵌入稳定岩层，嵌入稳定岩层长度≥2.0m；

根据工勘报告，本次计算模型中选用的岩体力学参数见表1。

4 边坡稳定性判别标准

青山垭口排土场(消纳场)工程主要利用两岸坡之间的沟谷进行堆存，有利于渣土堆存，下游关系简单，当库容量较大，边坡高度较高，根据《冶金矿山排土场设计规范》(GB 51119—2015)规定，拟定该排土场安全等级为一级，天然工况：Fs≥1.30；地震工况：Fs≥1.20；降雨工况：Fs≥1.20[2-4]。

表1 边坡岩体物理力学参数取值表

注：括号内的数字为降雨工况下的力学参数。

5 边坡稳定性分析

采用数值分析法FLAC2D7.0软件和极限平衡法GEO-slope软件针对该排土场扩容后的最终边坡进行稳定性分析计算和相互验证[5-6]。

运用上述两种方法进行了天然、地震、降雨三种不同工况下的排土场边坡安全系数的计算，计算结果详见表2和表3。根据工程地质勘察资料，该排土场按照抗震设防烈度8°进行边坡稳定性抗震验算。主沟断面变形破坏滑动面如图3所示，滑动面分布云图如图4所示。

表2 排土场边坡安全系数(极限平衡)

图3 主沟断面变形破坏滑动面图

表3 排土场边坡安全系数(FLAC2D)

图4 主沟断面滑动面分布云图

6 结论

通过以上两种计算方法得出的边坡稳定性安全系数相互验证可知：

(1)该排土场最终边坡潜在的不利滑动面是先穿过堆积体而后沿着基底穿出，边坡安全系数在天然工况下满足Fs≥1.30的要求；在降雨工况下安全系数Fs≥1.20的要求；在7°地震扰动作用下边坡安全系数Fs≥1.20；均达到排土场规范规定的安全等级一级的要求，说明堆排后的最终边坡安全有保障，具备一定的抗风险能力，排土场边坡处于稳定状态，论证了该排土场堆存设计方案具有一定的可行性和可靠性。

(2)为确保排土场总体稳定性能在安全上满足相关规程规范要求以及在施工上操作可行，建议排废采取自下而上，由近而远，由里向外的堆放工艺；采取汽车在排土平台上顺序卸载，然后将靠近边坡临空处的堆积体按每30cm由推土机推平和压实，如此循环，排土台阶逐渐加高；远离边坡以外的堆积体无需碾压，靠其自重慢慢固结压实。