汪浩浩，謝盛青，張少杰

(中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038)

0 引 言

礦山邊坡的穩(wěn)定性直接影響著礦山安全生產(chǎn)，因此其穩(wěn)定性分析至關重要。潘祖瑛、李二寶使用GEO-SLOPE軟件對某露天邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)進行了計算，用于指導礦山邊坡維護工作。郄永波、甘海闊基于非飽和滲流有限單元法，對超高單臺階排土邊坡隨著降雨歷時的滲流場變化規(guī)律進行研究，并基于瞬態(tài)滲流場對排土場穩(wěn)定性變化規(guī)律進行分析，結果表明降雨對內(nèi)部土體的影響較小且與堆積厚度有關。文章在前人研究的基礎上，以某露天礦山為例，采用GEO-SLOPE進行數(shù)值模擬分析，并提出了安全措施，為同類工程提供了參考。

1 工程概況

某銅鐵礦始建于1965年，采用露天地下聯(lián)合開采，2015年露天采坑閉坑，坑底標高為-111 m，閉坑后礦山全面轉入地下生產(chǎn)。露天采坑閉坑時由于工農(nóng)關系影響，導致西幫-85 m附近殘留少量高品位掛幫礦未及時進行回采，并因此引起附近居民盜竊礦石行為，并在西幫內(nèi)形成復雜及無法查明的民采巷道和空區(qū)，且該巷道與井下生產(chǎn)系統(tǒng)相連通?；谝陨显?，礦山?jīng)Q定采用全尾砂膠結充填治理露天坑，隨著充填的進行，坑底標高的抬高，坑內(nèi)匯水水位也相應的提高，為了避免坑內(nèi)匯水通過西幫民采坑道灌入井下，影響井下防汛安全，擬采用基建廢石在西幫邊坡上，形成一定厚度的廢石護坡層，作為洪水緩沖層。

2 厚度方案確定

2.1 計算模型

計算中采用GEO-SLOPE軟件中的SLOPE/W模塊，SLOPE/W已經(jīng)成為巖土工程界應用最為廣泛的專業(yè)邊坡問題分析軟件。它囊括了多種計算方法(Morgenstern-Price，GLE，Spencer，Bishop，Ordinary，Janbu，Sarma，Corps of Engineering，Lowe-Karafiath)，對滑移面形狀改變、孔隙水壓力狀況、土體性質(zhì)和不同的加載方式等巖土工程問題進行分析。獨特的有限元法結合極限平衡理論對邊坡穩(wěn)定性問題進行有效地計算和分析，也可以用參數(shù)進行隨機穩(wěn)定性分析。SLOPE/W軟件可以分析用戶在巖土工程、采礦工程和土木工程遇到的幾乎所有的邊坡問題。

西幫邊坡分3期進行廢石護坡，每一期的護坡高度為20 m，該次計算針對護坡厚度為8 m、10 m、12 m和14 m的4種情況，分別建立了二維計算模型，見圖1。

2.2 計算參數(shù)

根據(jù)巖塊力學參數(shù)試驗結果，同時考慮巖塊的尺寸效應和圍巖所處環(huán)境等多方面的影響，對試驗結果進行適當折減。計算采用的主要巖體力學參數(shù)，見表1。

表1 主要巖體力學參數(shù)

2.3 結果分析

2.3.1 護坡厚度為8 m時西幫邊坡的穩(wěn)定性

護坡厚度為8 m時自重工況下西幫邊坡的穩(wěn)定性計算結果見圖2。護坡厚度為8 m時自重工況下西幫邊坡的最小安全系數(shù)為1.408，坡頂滑移面寬度為2.32 m。

2.3.2護坡厚度為10 m時西幫邊坡的穩(wěn)定性

護坡厚度為10 m時自重工況下西幫邊坡的穩(wěn)定性計算結果見圖3。護坡厚度為10 m時自重工況下西幫邊坡的最小安全系數(shù)為1.405，坡頂滑移面寬度為2.34 m。

2.3.3 護坡厚度為12 m時西幫邊坡的穩(wěn)定性

護坡厚度為12 m時自重工況下西幫邊坡的穩(wěn)定性計算結果見圖4。護坡厚度為12 m時自重工況下西幫邊坡的最小安全系數(shù)為1.409，坡頂滑移面寬度為2.05 m。

2.3.4 護坡厚度為14 m時西幫邊坡的穩(wěn)定性

護坡厚度為14 m時自重工況下西幫邊坡的穩(wěn)定性計算結果見圖5。護坡厚度為14 m時自重工況下西幫邊坡的最小安全系數(shù)為1.410，坡頂滑移面寬度為2.14 m。不同護坡厚度時西幫邊坡的安全系數(shù)和坡頂滑移面寬度見表2。

表2 不同護坡厚度時西幫邊坡的安全系數(shù)和坡頂滑移面寬度

《有色金屬礦山排土場設計標準》(GB50421—2018)第7.4.2規(guī)定：“自然工況條件下，四級排土場計算安全系數(shù)不應小于1.15。”

從表2可見，廢石護坡厚度為10 m時，雖然其安全系數(shù)最小，但其坡頂滑移面寬度最大；廢石護坡厚度為12 m時，坡頂滑移面寬度最小。在滿足坡頂上車寬度要求的前提下，本著既能保證邊坡穩(wěn)定性，又不增加工程量的原則，綜合考慮認為，廢石護坡厚度宜選取12 m。

2.3.5 護坡厚度為12 m時自重+暴雨工況下西幫邊坡的穩(wěn)定性

《有色金屬礦山排土場設計標準》(GB50421—2018)第7.4.3規(guī)定：“排土場整體安全穩(wěn)定性應校核降雨工況。降雨工況下，四級排土場計算安全系數(shù)≥1.10?！?/p>

護坡厚度為12 m時自重+暴雨工況下西幫邊坡的穩(wěn)定性計算結果見圖6。護坡厚度為12 m時自重+暴雨工況下西幫邊坡的最小安全系數(shù)為1.120，坡頂滑移面度為3.25 m。

降雨的考慮僅僅是從孔隙水壓力的角度來折算邊坡系數(shù)，然而現(xiàn)實中，水除以孔隙壓力的形式表現(xiàn)外，還會大大削減巖體強度如粘聚力，內(nèi)摩擦角等，故在此必須指出強降雨實際情況會更加復雜，真正強降雨過程中邊坡安全系數(shù)要比極限平衡分析得出的邊坡安全系數(shù)要小，應注意加強相應的安全防護措施。

3 施工方案確定

露天坑西幫邊坡護坡標高為-111～-40 m，采用井下基建廢石進行護坡。護坡方案①：護坡工程分為3期進行，第一期護坡標高為-111～-81 m，第二期護坡標高為-81～-60 m，第三期護坡標高為-60～-40 m。每一期護坡工程完成后，先對坑內(nèi)空區(qū)采用高濃度充填料漿進行充填，再進行下一期的護坡工程，護坡工程和充填工程交替依次進行；護坡方案②：護坡工程不再分期，護坡廢石在-40 m平臺傾倒在西幫邊坡上，形成護坡層，護坡層厚度12 m。采用Geo-slope軟件中的SLOPE/W模塊，建立的二維計算模型見圖7。不同時期露天坑西幫護坡廢石堆積體的安全系數(shù)和坡頂滑移面寬度，見表3。

表3 不同時期西幫護坡廢石堆積體的安全系數(shù)和坡頂滑移面寬度

從表3中可見，護坡施工方案①的一期工程在自重工況下護坡廢石堆積體的安全系數(shù)較小，坡頂滑移面寬度較大，原因主要在于一期工程的護坡高度大于二期工程和三期工程的護坡高度。

護坡施工方案②自重工況下露天坑西幫護坡廢石堆積體的最小安全系數(shù)為1.170，坡頂滑移面寬度為3.17 m。

對護坡方案①和護坡方案②的計算結果對比發(fā)現(xiàn)，護坡方案① 3個時期自重工況下的護坡廢石堆積體最小安全系數(shù)均>1.3，而護坡方案②自重工況下的護坡廢石堆積體最小安全系數(shù)僅為1.170；護坡方案① 3個時期自重工況下的坡頂滑移面寬度也均小于護坡方案②。另外，護坡方案①每一期護坡后，對露天坑空區(qū)緊接著進行充填處理，也有利于露天坑西幫邊坡的穩(wěn)定。因此，護坡方案①優(yōu)于護坡方案②。

4 結 語

(1)露天坑西幫邊坡廢石護坡厚度分別為8 m、10 m、12 m和14 m時，在自重工況下的安全系數(shù)依次為1.408、1.405、1.409和1.410，坡頂滑移面寬度依次為2.32 m、2.34 m、2.05 m和2.14 m。廢石護坡厚度為10 m時，雖然其安全系數(shù)最小，但其坡頂滑移面寬度最大；廢石護坡厚度為12 m時，坡頂滑移面寬度最小。在滿足坡頂上車寬度要求的前提下，本著既能保證邊坡穩(wěn)定性，又不增加工程量的原則，綜合考慮認為，廢石護坡厚度宜選取12 m。

(2)露天坑西幫邊坡廢石護坡厚度為12 m時，在自重+暴雨工況下的最小安全系數(shù)為1.120，坡頂滑移面寬度為3.25 m。該工況下西幫邊坡的最小安全系數(shù)接近1.10，雨季應加強管理，及時對露天坑進行充填。

(3)通過對露天坑西幫廢石護坡2種施工方案的對比分析發(fā)現(xiàn)，分期護坡優(yōu)于一次護坡。

(4)為了進一步確保露天坑西幫邊坡的安全性，現(xiàn)場應加強相應的安全防護措施，包括設置可靠的截流、防洪、排水措施；設置路堤或干砌攔石堤等和監(jiān)測技術手段。