瓮福磷矿排土场北侧边坡稳定性分析及控制措施

李再扬

（瓮福（集团)有限责任公司）

近年来，露天矿排土场边坡失稳、滑坡所引发的灾难性事故时有发生，严重威胁着矿山企业安全生产和区域社会经济发展［1］。排土场是露天矿山堆存废石的必要场所，作为一项相对永久性的工程构筑物，其稳定性是矿山正常安全生产的关键因素［2］。对此，诸多学者和专家进行了大量的研究，取到了许多有益的科研成果［3-4］。但是，露天矿山排土场边坡稳定性影响因素复杂，每个排土场边坡都具有其自身不同的特点和不可复制性。在进行排土场边坡稳定性分析和控制措施制定时应具体情况具体分析［5-6］。本研究以瓮福磷矿排土场北侧边坡为例，基于对该排土场边坡稳定性影响因素的分析结果，采用边坡稳定性分析软件和野外实测相结合的研究方法，对该边坡稳定性进行分析，并提出合理的控制措施。

1 工程概况

瓮福磷矿排土场位于贵州省瓮安县境内，西南距贵阳市82.05 km，北距瓮安县城11.24 km，有村级公路、矿山公路和道新高速相通，交通条件便利。

该排土场于2008 年始建并投入使用，排土场为汽车运输—推土机排土方式，水平台阶排弃，台阶高度为30 m，排土场设计堆积废石容量为1.9 亿m3，截至目前，排土场北端坡面已形成+1 070～ +1 100 m、+1 100～1 130 m、+1 130～+1 160 m、+1 160～+1 190 m、+1 190～+1 220 m、+1 220～+1 250 m、+1 250～+1 280 m、1 280～+1 310 m 和+1 310～+1 340 m 共9 个排土台阶，其中+1 310～+1 340 m 台阶为目前主要排土区域，堆高达270 m，排土场现状如图1所示。

2 水文地质及工程地质条件

2.1 气象及水文地质条件

瓮福磷矿排土场地处亚热带季风气候，平均降雨量为1 135.1 mm，最大年降雨量为1 375.4 mm，最大月降雨量为346.6 mm，最大连续降雨量为200.6 mm，最大日暴雨量为146 mm。每年4 月中旬至11 月为雨季，其中又以4—6月雨量最集中，占年降雨量的39.3%～53.8%，且多雷暴雨。

排土场所属区域内河流多属乌江水系，场区内地下水来源于大气降水，沟谷为排泄基准面，沟谷两岸地表冲沟较发育，地下水主要赋存于覆盖层至基岩强、弱风化带及节理裂隙中，主要靠大气降水直接沿地表垂直分散补给。区域内地下水主要补给水源为大气降水渗透。各含水层承受降水的补给后，由于层间受隔水层的阻隔，互不发生水力联系，各自由分水岭地带沿主要构造轴线方向向地势低洼的河谷地区移动。地表无大的地表水体，仅有辣菜冲及南堡沟2条溪流对排土场充水有直接影响。

2.2 工程地质条件

由排土场区域工程地质调查资料和钻探情况知，排土场出露地层（由老至新）为青白口系板溪群，南华系上统南沱组，震旦系下统洋水组和上统灯影组，寒武系下统牛蹄塘组和明心寺组，第四系素填土和粉质黏土。排土场区域地层岩性特征见表1。

3 排土场边坡稳定性影响因素分析

排土场边坡稳定性影响因素主要包括内在因素和外在因素2个方面，其中内在因素主要包括地质因素和排弃物物料性质等，外在因素主要包括水的影响和排弃工艺等［3-4］。

3.1 内在因素

（1）地质因素。排土场区内基岩属稳定的岩石类型，地质构造简单，断裂构造不发育，含水岩系白云岩岩溶发育较弱，溶洞充填率普遍较高。排土场区内除F19、F15、F27、F28 和F51 共5 条断层走向延长大于1 000 m 外，一般小于200 m。排土场区断层破碎带系胶结良好的角砾岩，岩溶发育微弱。排土场区自然地质条件总体稳定。

（2）排弃物物料性质。瓮福磷矿排土场排弃物物料以白云岩废石为主，在白云岩废石层上有一层厚约5 m 的冲洪积和残坡积层，该层为松散物物料堆积层，对排土场边坡稳定影响较大。但是，在排弃物物料重力和运输及推排设备碾压双重作用下，会出现一定程度的沉降和固结，且排弃物物料黏聚力得以部分恢复，排土场稳定性在一定程度上得以提高［5］。

3.2 外在因素

（1）水的影响。排土场为沟谷型，原沟谷溪流方向设置涵洞，排土场沟内积水在上游由排洪涵洞引走；排土场沟内地下水主要为大气降水渗流，排土场沟谷两岸地表冲沟较为发育，地下水主要赋存于覆盖层、基岩层风化带和节理裂隙中，补给方式为大气降水沿地表垂直分散补给。

（2）排弃工艺。排土场为汽车运输—推土机排土方式，水平台阶排弃，台阶设计高度均为30 m，排土场设计堆积废石容量为1.9 亿m3，以1 070～1 100 m开始为第一排弃阶段，随后按30 m段高向上起段。废石排弃工作线设计长度为300 m，按照功能划分为排弃区、平整区和准备区3 个区段，排弃工作平台设计宽度为54 m，台阶坡面角为37°。各台阶排弃末端需保留20 m 安全平台，排土场总体边坡角为25°～28°。

综上所述，瓮福磷矿排土场基岩较为稳定，排土场场地工程地质条件较好，排弃物物料性质松散，在排弃一定时间及车辆碾压后会出现一定程度的沉降和固结，总体稳定性良好。排土场内水源补给分散，排水措施良好，排土场稳定性受水的影响较小。因此，在维护排土场稳定性时，只需对排土场内部滑坡进行预防即可。

3.3 排土场稳定性计算

排土场边坡角、安全平台宽度和台阶高度是影响排土场边坡稳定性的关键因素［3-5］。为了分析瓮福磷矿排土场北端坡面稳定性，以北端坡面A-A剖面（图2）为分析对象，按照排土场边坡角为37°、安全平台宽度为20 m和台阶高度为30 m的现场实际排土参数，采用边坡稳定性分析软件（北京理正软件设计研究所研制）中内置的条分法进行稳定性分析，分析结果表明，排土场北端A-A剖面的安全系数为1.42，满足工程要求，但在+1 160 和+1190 m 这2 个台阶处存在潜在滑动面。

图2 排土场北段坡面A-A剖面

4 野外监测及防治措施

4.1 野外监测

为进一步对该排土场北端坡面稳定性进行分析，在野外采用边坡雷达和GPS 等监测手段对排土场北端坡面进行持续变形监测。监测结果表明，排土场北端坡面中部+1 190 m 平台的3 个监测点累计变形量最大，累计变形量最大值达到326.15 mm；+1 160 m平台的2个监测点累计变形量次之，累计变形量最大值为276.32 mm；其余监测点累计变形量均较小。

4.2 防治措施

通过对边坡稳定性分析软件计算结果和野外监测数据的分析可知，排土场北端坡面的安全系数为1.42，边坡整体稳定性较好，但在+1 160 和+1 190 m这2 个台阶处易发生局部滑动破坏，所以，在这2 个台阶末端保留安全平台时需将宽度由20 m 增大至40 m，以增强排土场边坡稳定性。

此外，为维护排土场边坡长期稳定性，确保排土场边坡安全，还需采取以下措施。

（1）严格按设计施工，对可能存在的断层或软弱结构面等做好标识，实施绕行排土形成夹制作用。同时严格实施土岩分排，将风化岩层尽可能堆存于中间，大块石、渗透性好的岩石排放在表层。

（2）完善边坡监测网，监测、控制排土场变形、位移情况；对排土场进行蠕变监测。对排弃末端形成的排土场边坡进行定期观测，必要时采取一些边坡加固措施，如挡土墙、锚杆等。

5 结语

（1）根据瓮福磷矿排土场北侧边坡实际工程情况，分析了边坡稳定性影响因素，确定了其潜在破坏类型为内部滑坡。

（2）采用边坡稳定性分析软件和野外实测相结合的研究方法，确定该边坡的安全系数为1.42，但在局部区域具有潜在的滑动破坏。对潜在滑动破坏区域平台宽度扩大至40 m，同时建议采取挡土墙、锚杆等加固措施。