賀　義　孫　鵬　鄭偉強(qiáng)　王春華　羅寶金

(廣東省冶金建筑設(shè)計(jì)研究院)

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某礦山終了邊坡安全穩(wěn)定性分析

賀義孫鵬鄭偉強(qiáng)王春華羅寶金

(廣東省冶金建筑設(shè)計(jì)研究院)

摘要廣東某露天石灰?guī)r礦山終了后邊坡較大，最大高差為147 m。為了分析礦山邊坡安全穩(wěn)定性，選取終了邊坡的東面和南面，采用瑞典圓弧法和河海大學(xué)的Autobank7軟件計(jì)算出邊坡穩(wěn)定性系數(shù)。結(jié)果表明，礦山的終了邊坡是穩(wěn)定的。同時(shí)提出生產(chǎn)過程中邊坡安全管理措施。

關(guān)鍵詞終了邊坡瑞典圓弧法穩(wěn)定性

廣東某石灰?guī)r露天礦山已有近10 a的開采歷史，一直采用自上而下分臺(tái)階開采方式。目前形成-3，-9，-15，-35，-55，-75 m臺(tái)階，-15 m以上為第四系邊幫,主要為第四系硅鋁質(zhì)原料和硅質(zhì)原料，-15 m以下為石灰石邊坡。

終了后，表土層和強(qiáng)風(fēng)化巖層臺(tái)階高度為6 m，石灰石巖層取20 m，臺(tái)階坡面角根據(jù)巖性及礦體的產(chǎn)狀分別選用合適取值，第四系松散表土層及強(qiáng)風(fēng)化層不大于33.69°，平臺(tái)寬6 m;巖石層臺(tái)階東幫取65°，其余邊幫取70°;東幫平臺(tái)寬度為10 m，其余邊幫為8 m，最終幫坡角為25°～50°。露天采場東面最終邊坡最高標(biāo)高為12 m，開采最低標(biāo)高為-135 m，相對(duì)高差為147 m，最終幫坡角為43°，東面有2條斷層，對(duì)礦山邊坡的穩(wěn)定性有一定影響。

1邊坡安全系數(shù)選取

邊坡工程安全系數(shù)參考《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》。

1.1露天礦邊坡危害等級(jí)

露天礦邊坡危害等級(jí)見表1。本礦山終了后為凹陷露天礦，邊坡危害有可能造成人員傷亡和一定的經(jīng)濟(jì)損失，故邊坡危害等級(jí)?、蚣?jí)。

表1　邊坡危害等級(jí)

1.2露天礦邊坡安全等級(jí)

露天礦邊坡安全等級(jí)劃分見表2。邊坡平均標(biāo)高約140 m，最大高差為147 m，礦山邊坡安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)。

表2 邊坡工程安全等級(jí)劃分

1.3邊坡安全系數(shù)

邊坡安全系數(shù)選取參考表3。礦山邊坡工程安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)，考慮地下水和地震力的影響，故安全系數(shù)要求大于1.10，本次取1.15。

表3　不同荷載組合下總體邊坡安全系數(shù)

注：1.荷載組合Ⅰ為自重+地下水；荷載組合Ⅱ?yàn)楹奢d+地下水+爆破震動(dòng)；荷載組合Ⅲ為自重+地下水+地震力；2.對(duì)臺(tái)階邊坡和臨時(shí)性工作幫，允許一定程度的破壞，安全系數(shù)可適當(dāng)降低。

2邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

2.1參數(shù)選取

根據(jù)提交的工程勘查檢測報(bào)告，土工試驗(yàn)取樣20個(gè)(表4)，力學(xué)參數(shù)取20個(gè)指標(biāo)的平均值,C=28.7 kPa，φ=17.2°。硅鋁質(zhì)原料密度平均為1.44 g/cm3，硅質(zhì)原料密度平均為1.72 g/cm3。排土場堆排的表土為兩者混合物，計(jì)算時(shí)，取兩者平均密度ρ=1.58 g/cm3，容重γ=15.5 kN/m3。礦巖主要為灰?guī)r；參考同類礦山，灰?guī)r的物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)γ=26.4 kN/m3,C=2 020 kPa,φ=40°。

表4　巖土工程參數(shù)建議值

2.2驗(yàn)算方法

本次研究以礦區(qū)東部和南部邊坡為例，采用瑞典圓弧法計(jì)算[1]：

K=

(1)

式中，W為土條重量,kN；Q、V分別為水平和垂直地震慣性力(向上為負(fù)，向下為正),kN；u為作用于土條底面的孔隙壓力，kN；α為條塊重力線與通過此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角,(°)；b為土條寬度，m；C為黏聚力，kPa；φ為內(nèi)摩擦角，(°);MC為水平地震慣性力對(duì)圓心的力矩，N·m；R為圓弧半徑,m。

2.3計(jì)算軟件選取

采用河海大學(xué)開發(fā)的Autobank7軟件，考慮地震加速度荷載作用，計(jì)算出邊坡的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面穩(wěn)定性系數(shù)。

2.4計(jì)算結(jié)果及分析

礦區(qū)東面穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見圖1?？芍?，東面邊坡的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面位于表土層，穩(wěn)定性系數(shù)為1.193 8，大于邊坡安全系數(shù)1.15，東面邊坡是安全穩(wěn)定的。

礦區(qū)南面穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見圖2?？芍?，南面邊坡的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面位于表土層，穩(wěn)定性系數(shù)為1.531 65，大于邊坡安全系數(shù)1.15，南面邊坡是安全穩(wěn)定的。

圖1　礦區(qū)東面邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

圖2　礦區(qū)南面邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

由計(jì)算結(jié)果可知，東面和南面邊坡的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面均在表土層，為了更好研究巖石坡面的穩(wěn)定性，本次將東面和南面巖石邊坡單獨(dú)列出，將巖石邊坡上的土層設(shè)為附加荷載，考慮水位線，東面巖石邊坡還考慮斷層的影響，計(jì)算其穩(wěn)定性。

礦區(qū)東面巖石邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見圖3 ?？芍诳紤]了水位線和表土的附加荷載，同時(shí)將斷層納入影響因素后，東面邊坡巖石面的穩(wěn)定性系數(shù)為2.4141，大于邊坡安全系數(shù)1.15。因此，在斷層影響下，東面巖石面是安全穩(wěn)定的。

圖3　礦區(qū)東面巖石面邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

礦區(qū)南面巖石邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見圖4 ?？芍?，在考慮了水位線和表土的附加荷載后，南面邊坡巖石面的穩(wěn)定性系數(shù)為3.0476，大于邊坡安全系數(shù)1.15。因此，南面巖石面是安全穩(wěn)定的。

圖4　礦區(qū)南面巖石面邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

通過計(jì)算可知，邊坡安全系數(shù)均大于1.15，總體邊坡是穩(wěn)定的，不會(huì)出現(xiàn)大的邊坡問題。

3邊坡安全措施

雖然計(jì)算邊坡總體安全，但是局部仍可能出現(xiàn)小的滑坡、坍塌。礦山在今后的施工和生產(chǎn)過程中還應(yīng)重視。

(1)嚴(yán)格按照規(guī)范施工，對(duì)穩(wěn)定性差及地質(zhì)條件復(fù)雜的地段進(jìn)行合理支護(hù)[2]。

(2)臺(tái)階需修建可靠的排水溝，完善境界內(nèi)的排水系統(tǒng)，并派專人負(fù)責(zé)維護(hù)和修繕。

(3)處理舊采坑時(shí)，控制好邊坡的高度、邊坡角，對(duì)巖層破碎帶或穩(wěn)定性差的巖層應(yīng)采取支護(hù)；作業(yè)人員應(yīng)配備安全防護(hù)用品。

(4)為了保證邊坡安全，靠近邊坡必須采用控制爆破，靠幫邊坡質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度應(yīng)小于24 cm/s。

(5)當(dāng)采場形成最終邊坡時(shí)，應(yīng)根據(jù)最終邊坡的穩(wěn)定類型、分區(qū)特點(diǎn)確定各區(qū)監(jiān)測級(jí)別，建立相應(yīng)的邊坡監(jiān)測系統(tǒng)；對(duì)邊坡進(jìn)行定點(diǎn)定期觀測，包括坡體表面和內(nèi)部位移觀測、地下水位動(dòng)態(tài)觀測、爆破震動(dòng)觀測等；技術(shù)管理部門應(yīng)及時(shí)整理邊坡觀測資料，以此指導(dǎo)采場安全生產(chǎn)。對(duì)不穩(wěn)定的最終邊坡應(yīng)長期監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

4結(jié)語

針對(duì)某石灰?guī)r露天礦邊坡特點(diǎn)，采用瑞典圓弧法進(jìn)行穩(wěn)定性分析，通過計(jì)算得出該礦山邊坡穩(wěn)定系數(shù)均大于安全系數(shù)，單獨(dú)考慮巖石面時(shí)，其安全系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1.15，總體是安全穩(wěn)定的。在今后的施工和生產(chǎn)過程中，嚴(yán)格執(zhí)行邊坡安全管理措施，可以保證礦山安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]饒運(yùn)章．巖土邊坡穩(wěn)定性分析 [M]．長沙：中南大學(xué)出版社，2012．

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

(收稿日期2015-11-25)

賀義(1983—)，男，工程師，510080 廣東省廣州市越秀區(qū)中山二路35號(hào)。