李 浩 張海磊 嚴(yán)文炳

（①新疆白銀礦業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司 富蘊(yùn) 836100 ②西北礦冶研究院 白銀 730900

③甘肅省深井高效開(kāi)采與災(zāi)變控制工程實(shí)驗(yàn)室 白銀 730900）

0 前言

Bishop法是工程上最常用的一種能對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析的方法，該法為各種非圓弧滑動(dòng)分析及土條分界面上條間力的計(jì)算提供了有利條件，國(guó)內(nèi)鄭穎人院士等學(xué)者利用Bishop法及其一系列改進(jìn)方法開(kāi)展廣泛的邊坡穩(wěn)定性分析工作，取得了豐碩的研究成果[1]。

礦山排土場(chǎng)由松散的剝離物組成，穩(wěn)定性差，季節(jié)性災(zāi)害比較明顯，排土工程一直是露天礦安全生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)[2-3]。為保證礦山安全生產(chǎn)，有必要開(kāi)展系統(tǒng)的排土場(chǎng)穩(wěn)定性分析工作。

1 礦山排土場(chǎng)現(xiàn)狀概述

新疆索爾庫(kù)都克銅礦排土場(chǎng)為典型的戈壁平地型排土場(chǎng)，通過(guò)3Dmine軟件建模發(fā)現(xiàn)：索爾庫(kù)都克銅礦排土場(chǎng)坡腳東西跨度為最大為710m，南北坡腳最大跨度為1150m，最大排土高度71m；西幫局部形成748m、760m水平的最終臺(tái)階；南幫形成780m、815m、830m水平的工作臺(tái)階及南部排土公路；東幫主要為低品位礦石堆場(chǎng)，堆高為746m水平；折返式排土公路向南北均衡分配排土；排土場(chǎng)四周建有坡腳攔石壩，具體見(jiàn)圖1。

通過(guò)圖1可以看出：西幫有局部滑移，將原來(lái)最終臺(tái)階淹沒(méi)破壞，經(jīng)過(guò)自沉降、滑移等逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)；東幫控制相對(duì)較好，坡腳砂土層仍呈現(xiàn)地形起伏的現(xiàn)象；南幫有排棄公路，對(duì)排土壓實(shí)作用比較大，邊坡角相對(duì)穩(wěn)定一些。

以每隔100m劃分一個(gè)剖面的方式，將排土場(chǎng)劃分為五個(gè)縱剖面圖、十一個(gè)橫剖面。對(duì)各剖面邊坡角、坡面角、排土場(chǎng)跨度及排土高度等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得：

（1）排土場(chǎng)東幫平均邊坡角為16.8°，西幫平均邊坡角為21.3°，南幫平均邊坡角為25.6°，北幫平均邊坡角為21.3°，排土場(chǎng)整體邊坡角小于設(shè)計(jì)排棄物自然安息角。表1給出了各橫剖面邊坡角。

（2）部分邊坡坡面角較大，如橫6、橫7剖面西側(cè)坡面角均大于40°，過(guò)大的坡面角會(huì)造成邊坡局部破壞，引起邊坡小范圍失穩(wěn)，現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)，排土場(chǎng)橫5、橫6、橫7剖面西側(cè)邊坡或坡頂均出現(xiàn)不同程度的小規(guī)模破壞現(xiàn)象等，具體包括隆起、地基推移、坡頂裂縫等。

表1 排土場(chǎng)各橫剖面參數(shù)

2 排土場(chǎng)穩(wěn)定性分析方法

如圖2所示，Bishop法假定各土條底部滑動(dòng)面上的抗滑最小安全系數(shù)均相同，即等于整個(gè)滑動(dòng)面的平均最小安全系數(shù)，取單位長(zhǎng)度邊坡按平面問(wèn)題計(jì)算，即可得Bishop法計(jì)算邊坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)的普遍公式。

圖2 Bishop法計(jì)算簡(jiǎn)圖

Bishop證明：若忽略土條兩側(cè)的剪切力，所產(chǎn)生的誤差僅為1%。

3 排土場(chǎng)穩(wěn)定性分析

本次索爾庫(kù)都克銅礦排土場(chǎng)穩(wěn)定性分析主要依靠GeoStudio2012軟件完成。根據(jù)排土場(chǎng)各橫剖面輪廓圖和排土場(chǎng)各類巖土體物理力學(xué)參數(shù)，建立排土場(chǎng)各剖面有限元計(jì)算模型，通過(guò)軟件內(nèi)置的Bishop法計(jì)算程序即可得出如圖3所示的排土場(chǎng)安全系數(shù)。各橫剖面安全系數(shù)具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

圖3 橫5剖面東側(cè)邊坡安全系數(shù)

表2 Bishop法計(jì)算的各橫剖面邊坡安全系數(shù)

設(shè)定此次用于評(píng)價(jià)的排土場(chǎng)最小安全系數(shù)K應(yīng)不低于1.30。由表2可知：

（1）排土場(chǎng)的整體安全系數(shù)都大于1.3，說(shuō)明排土場(chǎng)邊坡在整體上是穩(wěn)定的。

（2）排土場(chǎng)臨界滑移面位于邊坡中下部，滑面長(zhǎng)度30-200m不等。

（3）排土場(chǎng)東側(cè)邊坡的安全系數(shù)普遍高于西側(cè)邊坡的安全系數(shù)。

（4）排土場(chǎng)高度越高，邊坡安全系數(shù)越低；隨著排高的不斷增加，礦山應(yīng)采取必要措施進(jìn)一步增強(qiáng)排土場(chǎng)穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

⑴由于排土場(chǎng)邊坡工程的復(fù)雜性，排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定評(píng)價(jià)不能依賴于單一方法，未來(lái)下一步采用多種方法進(jìn)行綜合性分析。

⑵索爾庫(kù)都克銅礦排土場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2017年10月建成，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，除部分正在進(jìn)行排廢作業(yè)點(diǎn)附近的監(jiān)測(cè)點(diǎn)有微弱水平位移外，排土場(chǎng)整體穩(wěn)定性較好。