萬道春
【摘要】白馬鐵礦Ⅳ號(hào)排土場(chǎng)等級(jí)為一級(jí),屬重大危險(xiǎn)源,特別是堆石壩將被下游萬年溝尾礦庫尾水浸泡約30m的條件下,若發(fā)生規(guī)模較大滑坡,可導(dǎo)致萬年溝尾礦庫的漫壩事故。本文采用強(qiáng)度折減法對(duì)其現(xiàn)狀邊坡進(jìn)行分析,并用極限平衡法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,顯示采用強(qiáng)度折減法計(jì)算的結(jié)果低20%左右,且滿足規(guī)范要求。
【關(guān)鍵詞】排土場(chǎng);強(qiáng)度折減法;極限平衡;對(duì)比分析
白馬鐵礦Ⅳ號(hào)排土堆場(chǎng)設(shè)計(jì)廢石總?cè)莘e為5462萬m3、總高度408m,其為一級(jí)排土場(chǎng)。整體邊坡角23°,臺(tái)階坡面角34°,總共設(shè)置12個(gè)排土水平,最高排土水平2070m,最低排土水平1770m,最低堆置標(biāo)高1662m。在1770m及其以下臺(tái)階均采取塊石堆砌,在1700m修筑堆石壩。
該排土場(chǎng)下游為萬年溝尾礦庫,總壩高325m,總庫容為3.26億m3,屬一等尾礦庫。若該排土場(chǎng)發(fā)生滑坡對(duì)下游尾礦庫的影響是巨大的。故采用強(qiáng)度折減法對(duì)排土場(chǎng)現(xiàn)狀邊坡進(jìn)行穩(wěn)定分析是十分必要的。
1、概況
白馬鐵礦Ⅳ號(hào)排土場(chǎng)場(chǎng)址位于攀枝花市米易縣白馬鎮(zhèn),南面緊鄰上山聯(lián)絡(luò)道,西面為采場(chǎng)主干線。截止2019年10月末,排土場(chǎng)已受土約1400萬m3,形成的主要排土平臺(tái)有1722m、1750m、1760m、1780m、1790m、1810m、1870m、1930m、1960m、2020m、2040m、2050m。排土場(chǎng)現(xiàn)狀整體邊坡角19°、臺(tái)階坡面角20~36°。風(fēng)化巖土排在上部臺(tái)階,塊石排在下部臺(tái)階,1770m臺(tái)階以下均排棄塊巖。排土場(chǎng)現(xiàn)狀平面圖見圖1。
2、工程地質(zhì)條件
2.1地形地貌
場(chǎng)地總體屬中山斜坡剝蝕構(gòu)造地貌。場(chǎng)地內(nèi)以斜坡、沖溝及陡崖地形為主,強(qiáng)切割。呈東西向“V”字形大型沖溝,南側(cè)坡度45~70°,北側(cè)坡度30~55°。
2.2工程地質(zhì)條件
排土區(qū)域地層有第四系全新統(tǒng)人工堆積層(排棄物主要有輝長巖、偉晶輝綠巖、輝綠巖、閃長巖、角閃正長巖、橄欖輝綠巖等)、下伏基巖層二迭系正長巖(按風(fēng)化程度劃分為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化)。
3、強(qiáng)度折減法
3.1強(qiáng)度折減法原理
折減系數(shù)定義為:在外荷載保持不變的情況下,邊坡內(nèi)土體所發(fā)揮的最大抗剪強(qiáng)度與外荷載在邊坡內(nèi)所產(chǎn)生的實(shí)際剪應(yīng)力之比。
所謂強(qiáng)度折減方法就是將土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c和Φ ,用一個(gè)折減系數(shù)F ,如式(3-1)和(3-2)所示的形式進(jìn)行折減,然后用折減后的虛擬抗剪強(qiáng)度指標(biāo)CF和ΦF ,取代原來的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C和 Φ。
式中:CF是折減后土體虛擬的粘聚力;ΦF是折減后土體虛擬的內(nèi)摩擦角:F是折減系數(shù)。
折減系數(shù)的初始值取得足夠小,以保證開始時(shí)是一個(gè)近乎彈性的問題。然后不斷增加F的值,折減后的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)逐步減小,直到某個(gè)折減抗剪強(qiáng)度下整個(gè)土坡發(fā)生失穩(wěn),那么在發(fā)生整體失穩(wěn)之前的折減系數(shù)值,即土體的實(shí)際抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與發(fā)生虛擬破壞時(shí)折減強(qiáng)度指標(biāo)的比值,就是這個(gè)土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。
3.2巖土物理力學(xué)參數(shù)
巖土體物理力學(xué)參數(shù)取值見表1。
3.3模型的建立
本次采用垂直白馬鐵礦Ⅳ號(hào)排土場(chǎng)現(xiàn)狀邊坡2-2'剖面進(jìn)行分析。經(jīng)適當(dāng)?shù)某橄?,得到相?yīng)的計(jì)算模型。邊坡基本計(jì)算條件:計(jì)算范圍(水平距離1645.91m,垂直距離540.00m); 莫爾-庫倫本構(gòu);初始地應(yīng)力為自重應(yīng)力場(chǎng);邊界條件(豎向邊界作X方向約束,底部邊界作XY方向約束)。分析模型見圖2。
3.4結(jié)果與分析
計(jì)算中考慮巖土自重荷載條件下的變形狀況,分析結(jié)果見圖3。
排土場(chǎng)現(xiàn)狀邊坡整體安全系數(shù)為2.000,處于穩(wěn)定狀態(tài),但排土場(chǎng)現(xiàn)狀邊坡1864-1810m臺(tái)階坡腳處有明顯的剪應(yīng)力集中;塑性破壞以剪切破壞為主,主要位于剪應(yīng)力比較集中的臺(tái)階坡腳,塑性區(qū)基本上貫通整個(gè)臺(tái)階,可能存在局部變形。
4、極限平衡法穩(wěn)定性分析
本次極限平衡法穩(wěn)定分析選取剖面、巖土物理力學(xué)參數(shù)與上述一致;采用畢肖普法、摩根斯坦-普賴斯法兩種方法在自然工況條件下進(jìn)行分析計(jì)算;允許安全系數(shù)在自然工況Fs=1.30。穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果簡圖見圖4,計(jì)算結(jié)果見表2。
5、計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析
計(jì)算結(jié)果對(duì)比見表3,采用極限平衡法的結(jié)果比強(qiáng)度折減法的結(jié)果大于20%左右。
結(jié)語:
(1)通過對(duì)排土場(chǎng)邊坡現(xiàn)狀分析,邊坡處于整體穩(wěn)定狀態(tài),局部邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。
(2)采用強(qiáng)度折減法、極限平衡法計(jì)算結(jié)果顯示,采用極限平衡法的結(jié)果比強(qiáng)度折減法的結(jié)果大于20%左右,基本一致。
(3)加強(qiáng)排土場(chǎng)邊坡日常巡查。及時(shí)發(fā)現(xiàn)排土場(chǎng)邊坡異常變形,確保排土場(chǎng)邊坡安全。
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