云南某露天磷礦堆場穩定性分析

李錫斌

摘要：某堆場已不再使用，礦堆邊坡頂部出現裂縫，為防止礦堆發生滑坡，確保周圍設施及人員安全，采用極限平衡法對堆場現狀邊坡進行了安全穩定性分析，結果表明：堆場現狀邊坡基本大部分安全系數小于1.3，大部分邊坡處于欠穩定和不穩定狀態;堆場現狀邊坡容易發生沿紅黏土層與白云巖分界線的基底剪壞深層滑坡，應嚴格控制堆高;堆場局部有裂縫和沉陷，應加強日常安全排查。

Abstract： A storage yard is no longer in use， and cracks appear on the top of the slope. In order to prevent the ore heap from landslide and ensure the safety of surrounding facilities and personnel， the safety and stability of the current slope of the storage yard is analyzed by using the limit equilibrium method. The results show that the safety factor of most of the current slope of the storage yard is less than 1.3， and most of the slope is in an unstable and instable state; the current slope of the storage yard is easy to be damaged， the pile height should be strictly controlled in case of deep landslide along the boundary line between red clay layer and dolomite; there are cracks and subsidence in some parts of the storage yard， and daily safety investigation should be strengthened.

關鍵詞：堆場;邊坡;滑坡;穩定性分析

Key words： storage yard;slope;landslide;stability analysis

中圖分類號：TD87? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）21-0102-03

0? 引言

目前，滑坡和泥石流是露天礦山主要的地質災害問題，并由此給國民經濟和人民生命財產造成了重大的損失。由于露天礦堆場用地約占礦山總用地的30～50%，所以，增加堆場堆積量是礦山追求的目標之一，而堆場同時又面臨著滑坡和泥石流兩種災害威脅，由此堆場邊坡的安全穩定性直接影響著礦山企業運營的綜合效益。

我國各類大型堆場就有幾萬座，又由于堆場多堆排在山溝與山坡上，其安全與否主要受控于堆排工藝、山坡坡度、基底強弱、堆排物料的物理力學性質、堆排高度、降雨大小等因素的綜合影響，再加上滑坡因素復雜性及其形成條件、誘發因素的多樣性，使得堆場邊坡安全評價非常困難。而堆場滑坡近年來呈遞增之勢，主要原因是礦山征用土地困難，從礦山經濟效益角度看，要求堆場堆積量多，從而使堆場的堆置高度和坡角較大，再加上許多堆場的工程勘察不規范、設計不盡合理、堆場排棄量大、堆排高度超過基底承載能力，同時堆場多位于山坡區，基底承載力和環境工程地質條件都比較差，由此造成堆場頻繁發生滑坡災害。

1? 工程概況

某露天磷礦前期因生產需要在大梨園三渾水設置了一個低品位磷礦石堆場，于2008年底投入使用，堆存浮選礦650多萬噸，現堆場不再繼續使用，礦堆表面已進行植被恢復。該礦堆由礦山采用壓坡腳式排土工藝依山谷順坡進行堆筑。但礦堆為松散堆積體，由于礦堆堆置時間較長，礦堆邊坡頂部出現裂縫，邊坡坡面出現輕微底鼓。堆場位于南北向沖溝內，堆場下游有工業場地、電力設施、農田和公路等設施，距離堆場較近，最近的民房距離約17m，礦堆坡腳處未見泉水。堆場西側為膠帶運輸長廊，東側有運輸公路。堆場北西側山坡上有露天采石場，距離約370m。堆場上游無截排洪設施，地表無水流經過。堆場周邊可見褐紅色和褐黃色厚度較薄的第四系紅粘土，周邊可見堅硬的白云巖出露。為防止礦堆邊坡滑坡發生，確保周圍設施及人員安全得到保障，需對原礦堆邊坡穩定性進行分析，并提出相應的治理措施。

2? 現狀堆場物料邊坡穩定性評價

溝谷地形滿足堆置礦區采出的低品位礦的條件。《工勘報告》計算了基底承載特征值，認為殘坡積層就可以滿足堆置條件，無需對堆置場地的基底進行處理。利用《工勘報告》提供的持力層抗剪強度參數計算堆置低品位礦的極限堆高，當堆置到21.21m時，基底處于極限狀態，紅粘土層將出現塑性變形和沉降，由于紅粘土層的厚度不均勻，同時處于傾斜狀態，紅粘土層是不適宜過高堆置的。根據現場調查情況，堆場采用壓坡腳堆筑工藝，第一臺階堆置高度高于極限堆高，地基可能已經出現了破壞，然而第二臺階的堆置限制了基底的變形，第一臺階邊坡沒有因為地基軟弱破壞而發生滑坡;最低的一個臺階高度約30m，大于極限堆高，因此邊坡底部均處于極限狀態，若邊坡對基底的作用力發生改變，將可能導致堆場邊坡出現基底破壞沿基底剪出的深部滑坡;現場看發現最高臺階頂部出現裂縫，臺階坡腳處未出現明顯變形。最危險剖面（下游總邊坡角）為21°，小于堆置物料的自然安息角，因此邊坡不會出現快速崩塌。

綜合以上分析，該堆場物料因堆置臺階高度大于極限堆高，基底處于極限狀態，雖然按照自然安息角堆置臺階坡面，但是基底軟弱可能導致深部滑坡的發生，最危險剖面邊坡處于欠穩定狀態。

3? 堆場邊坡穩定性分析

3.1 邊坡穩定性分析方法選擇

堆場邊坡穩定性分析是堆場研究工作的核心，堆場邊坡穩定性的好壞關系到堆場本身乃至整個礦山能否正常運轉及安全生產，做好堆場的穩定性研究，有助于預測堆場的穩定性狀況，從而能做到防患于未然，防止災害的發生或將損失減少到最低限度。因此對該堆場進行穩定性分析研究具有重要的意義。

邊坡穩定性分析方法中極限平衡法是邊坡工程分析與設計中最主要的且最有效的實用分析方法，并為各國廣泛采用。故本文采用了極限平衡法中的通用方法瑞典條分法（下限）對堆場邊坡進行了模擬分析計算。由于該方法計算簡單，計算出的安全系數常作為計算安全系數的下限值。

3.2 許用安全系數的確定

在邊坡工程上，一般安全系數取1.1～1.5。對于臨時邊坡，在工程中一般要求安全系數？叟1.1，對于永久邊坡或重要邊坡，一般要求安全系數？叟1.2以上。在礦業工程生產中所形成的邊坡，一般為非公共邊坡，為了保證礦山開采效益，允許邊坡出現局部和可預見或可忍受的跨塌，安全系數一般可以適當降低。

如何確定一個既能保證工程安全，又在經濟上合理的安全系數，必須經過理論分析、計算和工程經驗判斷，同時應參照國內有關條例、法規等。安全系數的確定直接關系到工程的安全和經濟效益問題，安全系數越高，經濟效益越差，二者是成反比的。因此引入“許用安全系數”的概念。

許用安全系數是評價堆場邊坡穩定性時的一項重要指標。通常認為當計算得到的安全系數大于許用安全系數時工程為穩定的，小于允許安全系數時為不穩定。本次堆場邊坡穩定性分析許用安全系數的確定參照了有關規范并借鑒了國內外堆場穩定性研究及治理工程成果，且在充分考慮各種影響因素后，確定該堆場自然條件下許用安全系數取1.30，極端條件下許用安全系數取1.05。

3.3 計算參數的確定

本次堆場邊坡穩定性計算分析所采用的排土物料巖土力學參數均由工勘單位對現場取樣試驗所得，堆場基底巖土力學參數均參考《工勘報告》所提供的物理力學參數指標值。

3.4 邊坡穩定性計算

礦區地下水埋深大多在120～200m之間，因此，本次堆場穩定性計算分析不考慮地下水入滲堆場內部的狀況;本地段地震烈度為8度設防區域。堆場典型剖面計算結果見表1所示，幾個典型剖面計算結果圖見圖1～圖3。

4? 結論

采用極限平衡法對堆場現狀邊坡進行了安全穩定性綜合計算分析，得出如下結論：①堆場現狀邊坡基本大部分安全系數小于1.3，大部分邊坡處于欠穩定和不穩定狀態，上游邊坡安全系數最大，處于穩定狀態，下游邊坡安全系數最小，處于不穩定狀態，東西兩側邊坡處于基本穩定到欠穩定狀態。②堆場邊坡搜索最危險滑裂面分析表明，堆場現狀邊坡容易發生沿紅黏土層與白云巖分界線的基底剪壞深層滑坡。堆場未進行清基處理，紅黏土層處于極限狀態，應嚴格控制堆高。堆場邊坡治理應主要以堆高最高坡面進行研究。③基于現場查看和排土作業分析，堆場局部臺階有裂縫生成，其主要原因是排土作業時先堆排的物料由于自重及后續堆排物料壓實作用，發生固結沉降，排土物料致密，新近排土的物料松散、固結不充分、密實程度欠佳，排土物料在邊坡中形成物質分界面，其次邊坡最大主應力平行于邊坡臨空面，易在排土作業平臺的外側形成寬度不均的裂縫，局部地段發生沉陷。因此，礦山技術人員應加強堆場邊坡的日常安全排查。

參考文獻：

[1]李領先.基于極限平衡法的邊坡穩定性計算[J].科技信息，2009（12）.

[2]王光銳.某磷礦邊坡穩定性分析與整治[J].云南冶金，2016（02）.

[3]王尚禎，趙文奎.玉龍銅礦露天邊坡穩定性計算與評價[J].露天采礦技術，2014（05）.