某渣場(chǎng)力學(xué)參數(shù)反分析及穩(wěn)定性分析的探討

龐 鑫

（攀鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司設(shè)計(jì)研究院，四川 攀枝花 617063）

1 引言

某渣場(chǎng)位于攀枝花市某工業(yè)園區(qū)的山溝中，渣場(chǎng)沿山溝長(zhǎng)約300m，寬約110m，占地面積約30000m2。

渣場(chǎng)擋攔渣壩墻于2011年4月完成施工圖設(shè)計(jì)并進(jìn)行施工，2011年5月主壩施工完成。

設(shè)計(jì)的沖溝中心的壩高為24－26m，壩頂寬度為4m，壩底寬度為14.6m為梯形。外側(cè)坡面為1∶0.15，內(nèi)側(cè)坡面為1∶0.22，下部3.5m為C25混凝土，上部為C15毛石混凝土。現(xiàn)狀沖溝中心的壩體出露地表21.6m，內(nèi)側(cè)垂直。

在沖溝兩側(cè)的設(shè)計(jì)壩高為21－24m，壩頂寬度為3.5m，壩底寬度為12.6m，為梯形。外側(cè)坡面為1∶0.15內(nèi)側(cè)坡面為1∶0.20，下部3.5m為C25混凝土擋墻，上部為C15毛石混凝土?，F(xiàn)狀沖溝北側(cè)壩體出露地表9.8m，南側(cè)壩體出露地表9.5m，壩體內(nèi)側(cè)垂直。

堆積子壩內(nèi)外壩坡坡比均為1∶1.75。

2011年7月渣場(chǎng)內(nèi)開始堆渣，渣土處于軟塑至流塑狀態(tài)，天然含水量在52%至87.9%之間，呈飽和至過飽和狀態(tài)。至2012年5月堆渣壩高28m時(shí)，在主壩擋墻上部又用商品混凝土加高了2.8m，此時(shí)主壩頂高1120.4m的內(nèi)側(cè)土體向壩的外側(cè)位移0.8cm，中間臺(tái)地1119m的內(nèi)側(cè)的土體向壩的外側(cè)位移3cm，渣場(chǎng)場(chǎng)地存在較為嚴(yán)重的隱患。

2 渣場(chǎng)潛在破壞模式分析

滑坡破壞模式主要有:渣場(chǎng)內(nèi)部滑坡、沿地基軟弱層滑坡、沿地基接觸面滑坡三種類型。

對(duì)于該渣場(chǎng)，已清基至強(qiáng)風(fēng)化石英閃長(zhǎng)巖；而渣場(chǎng)排棄物料可視為均質(zhì)體，其邊坡滑移潛在滑動(dòng)面可近似為圓弧面；故渣場(chǎng)破壞模式主要為渣場(chǎng)內(nèi)部的圓弧形破壞。

3 計(jì)算方法的選擇

作為邊坡穩(wěn)定性分析的手段之一的極限平衡分析方法很多，主要有瑞典圓弧法（Fillenius法）、Bishop法、Janbu法、Spencer法、Morgenstern法、Sarma法和余推力法等。

本次排土場(chǎng)邊坡滑動(dòng)模式主要為土場(chǎng)內(nèi)部的圓弧型滑動(dòng)，因此穩(wěn)定性計(jì)算選用瑞典圓弧法［《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330－2002）］和余推力法［《金屬非金屬礦山排土場(chǎng)安全生產(chǎn)規(guī)則》（GB16423－2006）］分別進(jìn)行計(jì)算，以保證計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性。

4 穩(wěn)定性計(jì)算影響因素

（1）水力學(xué)因素

渣場(chǎng)溝谷屬金沙江水系，但此沖溝中旱季無水流，僅在雨季因降雨山溝中才有少量流水，由于渣場(chǎng)的使用在渣場(chǎng)下部有地下水分布，因此還有地下水流出。

地下水只對(duì)溝谷表面第四系沉積物起不利影響。

（2）動(dòng)力學(xué)因素

地震的影響，采用擬靜力法，按7度地震烈度設(shè)防，震動(dòng)對(duì)排土場(chǎng)穩(wěn)定性綜合影響系數(shù)取0.025。

（3）荷載組合

計(jì)算正常運(yùn)行工況（自重）運(yùn)行條件。

5 計(jì)算參數(shù)取值

根據(jù)該工程巖土工程勘察報(bào)告（詳勘階段）提供穩(wěn)定性分析計(jì)算巖土力學(xué)指標(biāo)取值如表1。

6 穩(wěn)定性計(jì)算與結(jié)果

6.1 現(xiàn)狀穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)所確定的計(jì)算方法、邊坡潛在破壞模式、考慮因素及力學(xué)參數(shù)，應(yīng)用理正巖土計(jì)算軟件計(jì)算。選擇垂直渣場(chǎng)邊坡的1－1′、2－2′、3－3′剖面，自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的方法進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1、2、3，計(jì)算結(jié)果見表2，表3，表4。

表1 巖土體的主要物理力學(xué)指標(biāo)選取

圖1 1－1′剖面穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖2 2－2′剖面穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖3 3－3′剖面穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖

表2 現(xiàn)狀穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

結(jié)果表明:

現(xiàn)狀堆場(chǎng)1－1′、2－2′、3－3′剖面在自然狀態(tài)下的穩(wěn)定性系數(shù)均小于1.0，說明現(xiàn)狀堆場(chǎng)是不穩(wěn)定的。但實(shí)際并未發(fā)生變形破壞，故而說明力學(xué)指標(biāo)選取不當(dāng)，有必要通過參數(shù)反算修正。

6.2 參數(shù)反算

由以上計(jì)算可知，渣場(chǎng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。但通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，實(shí)際渣場(chǎng)處于極限平衡狀態(tài)。因此，勘察報(bào)告所提供的渣場(chǎng)巖土體物理力學(xué)指標(biāo)值已不符合實(shí)際情況。根據(jù)渣場(chǎng)現(xiàn)狀情況，進(jìn)行參數(shù)反算（取極限平衡狀態(tài)穩(wěn)定性系數(shù)1.0，先確定C反算φ，再確定φ反算C），得出的指標(biāo)值見表3。

表3 巖土體的主要物理力學(xué)指標(biāo)反算結(jié)果

由反算所得指標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定性復(fù)核，結(jié)果見表4。

表4 現(xiàn)狀穩(wěn)定性復(fù)核結(jié)果

結(jié)果表明:

現(xiàn)狀堆場(chǎng)1－1′、2－2′、3－3′剖面在自然狀態(tài)下均處于極限平衡狀態(tài)。采用修正后的力學(xué)參數(shù)參與穩(wěn)定性計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際相符，說明反算參數(shù)與真實(shí)參數(shù)接近。

7 穩(wěn)定性預(yù)測(cè)與分析

考慮到渣場(chǎng)目前還具有一定的棄渣空間，可在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上按20m、30m、40m、50m寬度設(shè)置平臺(tái)，其后設(shè)置堆渣子壩。子壩的內(nèi)外壩坡坡比均為1∶2，高度5m，壩頂寬度3m，共設(shè)置6級(jí)子壩。以此來分析渣場(chǎng)是否具備繼續(xù)棄渣的條件。

（1）剖面選取

選用渣場(chǎng)典型剖面1－1′作為穩(wěn)定性計(jì)算剖面。

（2）指標(biāo)選取

采用表3反算指標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。

（3）穩(wěn)定性計(jì)算

采用表3指標(biāo)值，計(jì)算機(jī)自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑面，進(jìn)行剖面穩(wěn)定性計(jì)算，穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖4、5、6、7，計(jì)算結(jié)果見表5。

圖4 留20m寬平臺(tái)穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖5 留30m寬平臺(tái)穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖6 留40m寬平臺(tái)穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖7 留50m寬平臺(tái)穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖

表5 穩(wěn)定性預(yù)測(cè)結(jié)果

結(jié)果表明:

堆場(chǎng)設(shè)置30m以上寬平臺(tái)后堆積6級(jí)子壩在自然狀態(tài)下1－1′剖面的穩(wěn)定性系數(shù)大于1.0，說明渣場(chǎng)存在加高擴(kuò)容的可能。

但是，必須在對(duì)現(xiàn)狀渣場(chǎng)進(jìn)行處理，在保證渣場(chǎng)具有足夠穩(wěn)定性儲(chǔ)備的前提下考慮進(jìn)行加高擴(kuò)容。

8 結(jié)語

（1）根據(jù)勘察報(bào)告提供的物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，其結(jié)果與實(shí)際不符合，表明勘察報(bào)告所選取的力學(xué)指標(biāo)不合適。

（2）根據(jù)實(shí)際情況，通過參數(shù)反算，以反算參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，其結(jié)果與實(shí)際相符，表明反算參數(shù)接近真實(shí)參數(shù)。

（3）根據(jù)反算參數(shù)對(duì)預(yù)計(jì)渣場(chǎng)加高擴(kuò)容后的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明，渣場(chǎng)存在加高擴(kuò)容的可能。

［1］中華人民共和國建筑部.GB50330－2002，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范［S］.中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［2］國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局.AQ2005－2005，金屬非金屬礦山排土場(chǎng)安全生產(chǎn)規(guī)則［S］.煤炭工業(yè)出版社出版，2005.