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1、露天矿排土场边坡稳定性分析【完整版】(文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用,可编辑放心下载）青 岛理工大学学报 第 卷第 期 露天矿排土场边坡稳定性分析陈久利，王宁，袁永才山东省临沭县建筑设计院，临沭 ；青岛理工大学 土木工程学院，青岛 摘要：针对安太堡露天矿内排土场边坡，介绍了边坡的工程概况和地质条件结合边坡工程的具体特点，首先运用 软件，对不同工况下边坡强 度 稳 定 性进行比照分析，进而对位移监测数据开展趋势进行了研 究结果说明：排土场边坡的变形处于不断开展的过程中，在降雨或地震的作用下排土场边坡稳定系数明显降 低，可能滑动面扩大，特别是在降雨条件下局部危险滑动面可能发生贯穿，边
2、坡存在整体失稳的可能通过 研 究，可为排土场边坡综合治理措施的制定提供依据关键词：露天矿；排土场；边坡稳定性；变形开展中图分类号：文献标志码：文章编号： ， ， ，；，：， ， ， ， ， ， ：；露天矿坑边坡及排土场边坡，由于地质构造、采矿活动等原因极易诱发滑坡、塌陷、地面变形等地质灾害随着露天开采的进行，露天矿边坡的高度不断增大，高陡露天矿边坡的稳定性是许多专家学者都关 心的问题，国内外专家学者针对露天矿边坡的稳定性做了大量的研究工作我国露天矿数量众多，分布广泛，各区域露天矿边坡地层条件和稳定性差异较大王东等结合平庄西 露天矿工程实例，基于强度折减理论，模拟了顶帮高陡边坡失稳的动态过程，确
3、定了滑坡模式，同时计算了边坡的稳定性芮勇勤等针对布沼坝露天矿西北帮潜滑体边坡变形开展，找出了地质结构、采矿工程与收稿日期：基金工程：国家自然科学基金资助工程；国家住房和城乡建设部科技工程作者简介：陈久利 ，男，山东临沭人高级工程师，主要从事建筑设计方面的研究：青 岛 理 工 大 学 学 报第 卷自然因素的主控作用，进行了潜滑体边坡变形、破坏岩组划分，并利用 模拟分析了潜滑体边坡受多种因素作用下的变形、破坏规律与特征白锋堂等研究和分析了平朔东露天矿首采区非工作帮的边坡稳 定性影响因素及滑坡的成因，根据山西省特有的第三系红黏土物理力学指标性质及地质构造，运用极限平衡法对红黏土天然状态下与饱和水状态
4、下的边坡稳定性进行了数值模拟分析吴西臣等从工程地质条 件、水文地质条件及人类工程活动等方面入手，对山西平朔煤炭工业公司安家岭露天矿北帮边坡发生滑坡 的成因机理进行了分析王旭春等根据安太堡露天矿西北帮边坡工程实践，探讨了进行边坡稳定性分析 的 个关键问题，并采用极限平衡方法进行了该边坡稳定性的计算和分析，并研究了岩体黏聚力、内摩擦角和容重等参数对边坡稳定性影响的敏感性，探讨了边坡稳定性规律，提出了相应的加固措施本文针对井东煤矿东部排土场边坡，基于地质勘察资料，从边坡的地形地貌和工程地质条件出发，研究了排土场边坡在不同影响条件下的强度稳定性，并通过分析坡表位移监测数据随时间的开展趋势研究 了排土场
5、边坡的变形稳定性，可为边坡进一步综合防治措施的制定提供理论依据工程地质概况工程概况中煤山西井东煤矿井田位于平朔矿区安太堡露天矿西北部，主要由平朔煤炭工业公司安太堡边帮区和朔州市平鲁区井东煤矿整合合并而成井田最高处海拔标高为 ，位于井田的东北部，最低处海拔标高 ，位于井田南缘现有露天矿己开采未回填的坑底，高差最大达 井田南部为安太堡露天矿露天开采后残留的未回填矿坑，已不复存在原始地表，矿坑底部向四周的地势自下而上呈台阶状分布，安太堡露天矿现排土场分布于矿坑外侧矿坑底部南北向距离约 ，东西向距 离约 ，矿坑底部总面积约达 台阶状地势主要位于矿坑北部，自下而上间隔 一个台 阶，宽度约为 井东煤矿东部
6、排土场为露天矿堆砌物堆砌形成，边坡高度约为 ，坡度约为，上部为材料堆放 场，下方为重要的运煤道路，使用时间较长，边坡的稳定直接关系着道路运输的平安排土场长期自然暴露，受风吹日晒、雨水冲刷等自然营力的作用，造成坡体表层岩体结构松散、强度降低，随时存在局部边坡塌滑的可能在长时间的雨水冲刷和风化作用下，排土场边坡外表已产生多处较大的张拉裂缝和大量冲 沟，有些张拉裂缝局部已贯穿至排土场上部平台雨季来临时，排土场边坡直接受暴雨冲刷的作用和雨水 下渗等自然因素影响，这将会进一步降低边坡稳定性，导致滑坡的发生地质条件概况山西中煤井东煤矿井田位于山西省平朔矿区安太堡露天矿西北部，本井田东有洪涛山，北西 有西石
7、山脉，南与朔县平原相接井田内山丘连绵，沟壑纵横，植被稀少，属于山西黄土高原朔平台地之低 山丘陵，全区多为黄土覆盖，区内黄土台地曾经受强烈的冲蚀切割作用，加之区内植被稀疏，形成梁、垣、峁 等黄土高原地貌景观沟谷发育，呈“字形，切割深度 区内地形根本呈北高南低之趋势，中部 高，两边低本区为大陆性高原高寒干旱性气候，季风气候极为典型，夏季凉爽，春冬季风大，风沙严重，年平均气温 ，绝对最高温度 ，绝对最低温度 ，一般日温差也在 以上；冻结日 期最早为 月 日，解冻日期最晚为次年的 月 日冻土深度一般在 左右，最大为 ， 无霜期年降雨量为 ，年平均降雨量为 ，最高为 ， 最低为 降雨多集中在每年 月，占
8、全年降水量的 ，有时达 ，日最大降水量 ，连续最长降水时间年蒸发量在 之间，一般为 ，从 月，月蒸发量可达 ，一般年蒸发量是降水量的 倍左右边坡强度稳定性分析运用通用的 软件进行边坡强度稳定性分析， 软件使用极限平衡方法分析边坡稳定性，可得到危险滑动面和可能的滑动区域通过对不同工况下边坡稳定性状态进行比照分析，可以得到不同影第 期陈久利，等：露天矿排土场边坡稳定性分析响因素对边坡稳定性的影响程度针对东部排土场的特点，为得到东部排土场边坡在不同影响因素作用下边坡危险滑动区域的分布范围和开展特点，对以下 种工况分别进行稳定性分析：边坡在排水条件下强度稳定性分析；边坡在饱水条件下强度稳定性分析；边坡
9、在地震作用下强度稳定性分析边坡稳定性计算模型选择垂直于东部排土场边坡走向的剖面表边坡岩土体物理力学参数取值岩性名称容重 黏聚力 内摩擦角排土场填土进行稳定性分析，该剖面可以较好地 反 映 东部排土场边坡的变形特点和滑动趋 势，故 选 取该剖面作为边坡稳定性分析的计 算 剖 面 根据工程地质勘察资料，对排土场边 坡 填 土 性质进行简化，土体物理力学参数按 表 进 行取值，边坡强度稳定性分析模型如 图 所 示图边坡强度稳定性分析模型边坡在排水条件下强度稳定性分析通过修建排水沟、截水沟、吊沟和地下仰斜疏干孔等排水设施，可以有效减少雨水的入渗，实现边坡排 水，从而改善坡体稳定状况东部排土场边坡在理想
10、的排水条件下，即不设置地下水位线的情况下，计算所 得最危险滑动面和可能滑动区域如图 所示图东部排土场边坡在排水条件下的危险滑动面及可能滑动区域由图 可以看出，边坡在排水条件下，基于极限平衡法计算所得的稳定系数为，略小于，这说明在采取排水措施后，东部排土场边坡根本处于极限平衡状态但是，稳定系数较小，边坡在仅采取排水措 施的情况下，强度储藏明显缺乏，且不满足标准要求?岩土工程勘察标准? 条规定，边坡稳定系数的取值，对重要工程宜取故东部排土场边坡除采取排水措施外，还应该采取其他的综合防治措施通过分析不同稳定系数的危险滑动面，可以看出在排水条件下，东部排土场边坡存在局部滑塌的可能，且随着平台级数的增加
11、，边坡稳定系数逐渐提高东部排土场边坡在排水条件下最危险的滑动面位于 第一级土坡，即图中所示的滑动面第二级土坡的稳定系数为，第三级土坡的稳定系数为可以 看出，在排水条件下，东部排土场边坡存在局部滑塌的可能，但滑动区域并没有连通，最危险滑动面面积也 较小，这说明东部排土场边坡在排水条件下不会发生整体滑坡，但存在着局部滑塌的可能青 岛 理 工 大 学 学 报第 卷边坡在饱水条件下强度稳定性分析不断变化的气象条件，特别是随机性较大的降雨条件是边坡变形开展的重要影响因素，连续的暴雨更 是触发滑坡的危险因素高强度降雨较易使边坡产生流滑破坏且冲蚀现象较为明显，而低雨强长历时的降 雨较易使边坡深层土体的孔隙水
12、压力增加，因此较易产生滑动型破坏且滑坡体的规模也较大该地区降雨集中在每年的 月，雨水的渗入不仅降低了岩土体的物理力学性能，还会带动岩土体 发生移动，雨水的动力作用是发生滑坡的触发因素在持续降雨的情况下，雨水通过坡体入渗到坡体内部， 考虑雨季极端状况，通过在计算模型中添加如图 所示的最不利水位线，计算东部排土场边坡在饱水条件 下的稳定性计算所得最危险滑动面和可能滑动区域如图 所示图边坡在降雨等条件下的危险滑动面由图 可以看出，边坡在饱水条件下，基于极限平衡法计算所得的稳定系数为，远小于，稳定系数较小，边坡稳定性较差，十分容易发生滑坡故边坡完善排水措施的建立，对减小边坡在雨季的滑坡危 险具有较明显
13、的意义由图 可知，边坡在降雨等条件下最危险的滑动面位于东部排土场第一级土坡，在暴雨渗流作用下容 易发生滑动边坡稳定系数小于 的危险滑动面较排水条件下面积有很大的扩张，由于排土松散、黏聚力低，且高度较大，在持续降雨的情况下，遇水易流失且承载力下降，含水量较高时容易液化，导致边坡容易发生滑动通过分析图 所示稳定系数小于 的危险滑动面，即图 所示的滑动面，可以看出，东部排土场边坡 在降雨等条件下危险滑动面较排水条件下明显扩大，最危险滑动面面积较排水条件下有显著增加，各级边坡可能发生局部滑动的区域在持续的降雨等条件下可能发生连通，局部的滑塌有开展成为整体失稳的可 能为防止边坡在降雨等条件下发生滑坡，必
14、须采取有效的排水措施，以提高边坡的稳定性边坡在地震作用下强度稳定性分析地震因素对滑坡的影响主要表现在两方面，一方面，地壳振动形成的能量传递将加速滑体土势能动能 的转化，瞬间可导致坡体受力的失衡和抗剪强度大大降低，使斜坡稳定性遭到突然破坏，从而加速或引发 滑坡的发生；另一方面，强烈振动将振松岩土体结构，加剧地表裂缝发育，进而使地表水易于渗入，减小岩 土体抗剪强度，最终引发斜坡失稳形成滑坡或加速滑坡活动根据?中国地 震 烈 度 区 划 图? 年，划 定 平 朔 矿 区 地 震 烈 度 为 度，设计根本地震加速度为 在排水条件下，对东部排土场边坡施加加速度为的地震荷载，计算所得最危险滑动面和可能 滑
15、动区域如图 所示由图 可以看出，边坡在排水条件下，基于极限平衡法计算所得的稳定系数为，小于这说明第 期陈久利，等：露天矿排土场边坡稳定性分析在采取排水措施后，在偶发的地震作用下，边坡稳定系数较小，边坡稳定性有一定程度的恶化，十分容易发生滑坡为防止东部排土场边坡在地震作用下发生滑坡，边坡加固设计时应适当考虑地震对边坡的不利影 响，故边坡除采取排水措施外，还应该考虑采取其他的综合防治措施图边坡在地震作用下的危险滑动面及可能滑动区域东部排土场边坡在地震作用下最危险的滑动面位于第一级土坡，即图 所示稳定系数的滑动面，排土场填土松散、黏聚力低，在地震动荷载作用下容易发生滑动图 中所示的滑动面为稳定系数计
16、算结果小 于 的滑动面可以看出，东部排土场边坡在地震作用的影响下，危险滑动面较正常情况下明显扩大，最危险滑动面面积较正常情况下有显著增加，但相互间并未连通，这说明在地震作用影响下排土场边坡存在着局部滑塌的可能边坡变形稳定性分析号位移监测点位于东部排土场上部， 年 月到 年 月，其位移随时间开展的曲线 如图 所示由图 可以看出，随着时间的开展，排土场位移持续增加，在雨季时，排土场位移增长的速度 较快，而雨季结束后，排土场位移仍持续增加，这说明排土场在长期自然暴露的情况下变形持续开展，有必要采取适当的措施对其进行治理图号监测点位移趋势虽然东部排土场边坡随着高度的增加其位移量会逐渐增大，但通过东部排
17、土场边坡稳定性分析结果可以看出，在正常情况下，东部排土场边坡更可能的是在下部的平台发生局部滑塌随着时间的推移，推测青 岛 理 工 大 学 学 报第 卷东部排土场边坡下部的位移将持续增大，而下部平台受位移开展的影响更为强烈东部排土场边坡在连续降雨和地震作用等条件下，边坡的稳定性急剧下降，边坡和平台的变形将得到充分的开展究其原因，主要是因为东部排土场边坡自然暴露，并未采取任何加固措施，且排土场岩土体性 质较差，导致排土场边坡变形持续开展考虑东部排土场高度达 ，且上部为材料堆放场，不宜采取大角度削坡，故削坡减载以清理外表松 散土层为主，并进行适当放坡同时应对边坡裂缝及冲沟等区域进行回填、夯实等，裂缝
18、较大区域先采用周边碎石进行回填，然后顶部再用黏性土填满，对边坡顶部贯穿裂缝也要夯实整平，必要时进行混凝土注浆为保证削坡后坡体前缘的稳定性，可在坡体的前缘修建挡土墙，以抵御不稳定斜坡体发生滑坡或崩塌由 于边坡紧邻运输道路，对第 级边坡宜采用拱形骨架护坡，可有效减少雨水对坡面的冲刷及碎石土滚落，对其余 级边坡宜采用三维植被护坡，同时应建立完善的排水系统结论使用 软件对东部排土场边坡进行不同工况下边坡稳定性分析，研究了降雨、地震和排水措施 等因素对边坡强度稳定性的影响程度，研究结果说明，排土场边坡在排水条件下根本处于稳定状态，边坡 仅存在局部滑塌的可能，且滑动面积较小而在降雨或地震的作用下排土场边坡
19、稳定系数明显降低，可能滑动面扩大，特别是在降雨条件下局部危险滑动面可能发生贯穿故排土场边坡的治理应首先建立适当的 排水措施，结合其他措施对排土场边坡进行综合治理，以保证矿区的平安生产排土场边坡的变形处于不断开展的过程中，必须针对东部排土场的变形开展特点，综合分析不同影响因素的作用机理，跟踪监测其变形开展过程，从而为进一步的变形开展规律的研究提供依据，实现理论分 析和现场监测的有效结合随着治理措施的实施和变形监测的进行，地质资料得到补充和完善，也可根据 实际情况对边坡加固措施进行相应的调整，做到动态化设计和施工参考文献： 吕言新，乔卫国，魏烈昌，等露天矿坑灰场岩质高边坡的稳定性评判与治理金属矿山
20、，： ， ，： 王东，曹兰柱，翟栋露天矿高陡边坡稳定性数值模拟金属矿山，增刊： ， ，： 芮勇勤，徐小荷，张天文布沼坝露天矿西北帮边坡潜滑体控制东北大学学报：自然科学版，：， ， ：，： 白锋堂，刘维玉，郝继峰，等平朔东露天矿东帮边坡稳定性分析露天采矿技术，：， ， ，： 吴西臣，徐杨青平朔露天矿某黄土高边坡滑坡成因机理分析资源环境与工程，： ， ，： 王旭春，管晓明，王晓磊，等露天矿边坡稳定性与岩体参数敏感性研究煤炭学报，： ， ， ，： 林鸿州，于玉贞，李广信，等降雨特性对土质边坡失稳的影响岩石力学与工程学报，： ， ， ，： 安海堂，刘平新疆伊犁地区黄土滑坡成因及影响因素分析地质灾害与环境保护，： ， ，：英文校审王振国