某鐵礦排土場邊坡穩(wěn)定性分析與整治

孫　鵬　賀　義　鄭偉強　鄭　敏　王　凱

(廣東省冶金建筑設(shè)計研究院)

?

某鐵礦排土場邊坡穩(wěn)定性分析與整治

孫鵬賀義鄭偉強鄭敏王凱

(廣東省冶金建筑設(shè)計研究院)

摘要以廣東某露天鐵礦排土場為例，通過對排土場情況進行綜合分析，發(fā)現(xiàn)排土場邊坡一直處于不穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)消除最危險滑動面的原則，采取降坡和加固邊坡等措施，整治后再分析，直至邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。建議礦山企業(yè)加強排土場邊坡的穩(wěn)定性分析與整治，并采取完善的措施確保生產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞排土場邊坡簡化畢肖普法Autobank7穩(wěn)定性降坡

廣東某露天鐵礦在建設(shè)生產(chǎn)之初未進行合理的規(guī)劃與生產(chǎn)，隨著近幾年礦山生產(chǎn)的規(guī)范化及礦區(qū)采礦范圍的不斷擴大，采礦邊坡已經(jīng)逐步擴幫至原有排土場附近。雖然礦山及時停止了該排土場的堆放工作并另選排土場，但是該排土場已堆置大量棄土，并形成了較大的堆置高度，對礦山的生產(chǎn)造成了極大的安全隱患。

在對礦山二次規(guī)劃時，經(jīng)研究，該排土場的堆土可以燒制建筑用磚，為此，在附近建成一座制磚廠，為了爭取充分的堆土消耗時間，本次針對排土場邊坡的穩(wěn)定性進行分析，提出合理的整治方案與生產(chǎn)建議，保證礦山生產(chǎn)安全。

1排土場概況

排土場位于礦區(qū)北側(cè)，部分與礦區(qū)臺階相連通。現(xiàn)堆置標高為+130～+220 m，堆置高度約90 m，邊坡安全等級為Ⅲ級，已經(jīng)形成10個排土臺階。臺階最大坡面角為58°，其他基本上都在50°左右，坡面角較陡，臺階最高20 m(僅有一個臺階)，其他為10 m左右。排土場頂部排土形成約2%的反坡，靠山側(cè)已修建完成一條截水溝，在+180，+175和+145 m 平臺建有排水溝，現(xiàn)排土場截排水系統(tǒng)較完整，截排水性能良好。

在進行邊坡分析前，首先對堆體與基巖取樣，并進行土工試驗，得出堆體及地基巖土參數(shù)(表1)。

2排土場邊坡穩(wěn)定性分析方法

邊坡穩(wěn)定性分析的第一要務(wù)是判定潛在的破壞機理即可能的破壞模式。破壞模式是對邊坡工程巖體力學行為的概括，因此，破壞模式的準確判定是計算結(jié)果有效性的基本保證[1-2]。本研究區(qū)域邊坡總高度為90 m，堆體為土質(zhì)，且無控制邊坡穩(wěn)定性的不利地質(zhì)構(gòu)造即不連續(xù)面，故沒有構(gòu)成平面破壞、楔形破壞、傾倒破壞等破壞方式的潛在破壞因素，因此，本次分析采用適用于土質(zhì)邊坡并且為圓弧形破壞的分析方法[3]。根據(jù)國際通用慣例，采用屬于極限平衡分析法的簡化畢肖普法。

表1　排土場堆體巖土力學參數(shù)

簡化畢肖普法不考慮條塊間剪力，但不意味著條間剪力實際為0，而是其某種組合式為0[4]；假定條塊間的合力是水平的，可以給出相當精確的結(jié)果，但限于圓弧形滑動面；需用迭代求解，但收斂很快。在坡角附近部分滑動面有負傾角的場合，適合于土質(zhì)和軟巖中圓弧形破壞面的總應(yīng)力分析和有效應(yīng)力分析。因此，本次研究選用簡化畢肖普法是合理的。

本次研究采用河海大學開發(fā)的Autobank7計算軟件，其提供的計算方法包括瑞典圓弧法、簡化畢肖普法、摩根斯頓-普賴斯法等，能夠考慮圓弧、非圓弧、軟弱夾層滑動面、上部荷載、非線性砂性土質(zhì)等復雜情況及地震加速度荷載作用，并提供指定滑動面安全系數(shù)計算、指定范圍安全系數(shù)計算、最危險滑動面搜索計算功能。

3現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性分析

經(jīng)過現(xiàn)場踏勘，選取最具代表性的B-B′剖面進行研究。B-B′剖面堆置高度最高，坡面角最陡，達58°，且坡面正面對已經(jīng)形成的采場工作采坑，經(jīng)過對比，該剖面為排土場的最不穩(wěn)定剖面，且安全隱患最大。

該區(qū)抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度，設(shè)計基本地震加速度值為0.05 g。采用簡化畢肖普法對B-B′剖面進行計算(圖1)，可得考慮地震因素時安全系數(shù)為0.91，不考慮地震因素時安全系數(shù)為0.93，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

圖1　現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性計算剖面

4邊坡整治及穩(wěn)定性分析

該部分整治工程涉及+158～+200 m。先對最危險滑動面平臺進行降坡，再進行穩(wěn)定性分析，如果安全系數(shù)達標且最危險滑動面理想，則整治工作完成，如果安全系數(shù)不達標或者安全系數(shù)達標但是最危險滑動面太大則繼續(xù)進行整治，直至最終達到理想效果。

將+196～+200 m標高內(nèi)的尖滅小平臺(+198 m平臺)消除，在降低排土臺階的坡面角的同時，也給下部臺階整治降坡創(chuàng)造了部分空間。對+158，+167，+184，+194 m臺階進行降坡，下部臺階整治過程中坡面角控制在35°左右，局部不得大于40°。臺階坡面角減小的同時，安全平臺的寬度也相應(yīng)增大，在排土場現(xiàn)有條件下達到理想效果。現(xiàn)狀邊坡與整治邊坡對比見圖2。整治后邊坡穩(wěn)定性計算剖面見圖3。

圖2　現(xiàn)狀邊坡與整治邊坡對比

根據(jù)計算結(jié)果可知，整治后邊坡考慮地震因素時安全系數(shù)為1.12，不考慮地震因素時安全系數(shù)為1.16。《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 51016—2014)中規(guī)定Ⅲ級邊坡不計地震力時安全系數(shù)為1.20～1.15，如計地震力時安全系數(shù)應(yīng)不小于1.10；《露天礦邊坡勘察規(guī)范》(YBJ 13—1989)規(guī)定，不計地震力時安全系數(shù)一般可采用1.30～1.10，計地震力時安全系數(shù)不應(yīng)小于1.10。根據(jù)以上標準規(guī)范，整治后邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖3　整治后邊坡穩(wěn)定性計算剖面

5保障措施

鑒于邊坡穩(wěn)定的時效性，即隨著時間的進行及引起邊坡失穩(wěn)因素的作用，穩(wěn)定的邊坡也會存在安全系數(shù)不斷降低直至失穩(wěn)的狀況，本次整治主要的目的是為排土場內(nèi)堆體二次利用爭取更多的時間，同時保障礦山的生產(chǎn)安全，除了針對邊坡進行整治，還提出相應(yīng)的保障措施。

(1)邊坡整治后穩(wěn)定性得到加強，但是仍存在滑坡的可能，可針對最危險滑動面采取一些加固措施，如設(shè)置抗滑樁、建設(shè)擋土墻等。

(2)加強排土場邊坡監(jiān)測工作，派專兼職安全人員對排土場邊坡進行定期檢查，發(fā)現(xiàn)安全隱患應(yīng)立即停止工作，待安全隱患排除后方可進行正常生產(chǎn)工作。對每次檢查的邊坡情況進行記錄，以便日后更好地治理。

(3)編寫排土場邊坡失穩(wěn)的應(yīng)急預(yù)案。

(4)停止礦山采礦范圍內(nèi)北側(cè)擴幫工作，待排土場二次利用完成后再進行擴幫。

(5)爆破作業(yè)時，設(shè)備、人員撤出排土場邊坡危險區(qū)域，爆破作業(yè)前后針對邊坡進行安全檢查。

6結(jié)論

通過對某排土場邊坡的穩(wěn)定性分析及整治，為排土場棄土的二次利用提供了有利條件，并有效保證了礦山的安全生產(chǎn)。針對早期沒有經(jīng)過合理規(guī)劃的礦山在以后擴大生產(chǎn)范圍時很容易發(fā)生排土場位于采場頂部的情況，尤其當堆土存在很久并且廢棄的情況下，礦山的管理者和生產(chǎn)技術(shù)人員往往會忽略其帶來的安全隱患，隨著排土場擴幫工作的不斷進行，排土場穩(wěn)定性會越來越差，如果不及時處理采取措施，很容易引起安全事故。因此，礦山應(yīng)當定時針對所屬排土場邊坡進行分析與整治，并再次合理規(guī)劃，在保證安全生產(chǎn)的同時，爭取棄土的二次利用。

參考文獻

[1]陳希哲．土力學地基基礎(chǔ) [M]．4版．北京：清華大學出版社，2007．

[2]夏元友,李梅．邊坡穩(wěn)定性評價方法研究及發(fā)展趨勢[J].巖石力學與工程學報，2002,21(7):1087-1090．

[3]徐鼎平．某露天鐵礦冰磧土臺階邊坡可靠性分析[J]．巖土工程技術(shù)，2007，21(1):11-14．

[4]朱大勇．簡化Bishop法嚴格性的論證[J]．巖石力學與工程學報,2007,26(3):455-458．

(收稿日期2016-01-29)

孫鵬(1987—)，男，助理工程師，510080 廣東省廣州市越秀區(qū)中山二路35號。