[摘要]陜北某礦排土場邊坡是由廢石和黃土經(jīng)人工堆積壓實(shí)行成。拍棄時(shí)，先排廢石，后堆放土，分層排棄、壓實(shí)。松散黃土體經(jīng)壓實(shí)后強(qiáng)度增加，在一定的邊坡角和土石臺(tái)階高度下，合適的安全平臺(tái)布置顯得尤為重要，本文針對特定的臺(tái)階高度和邊坡角度下，通過邊坡穩(wěn)定性計(jì)算和數(shù)值模擬對排土場穩(wěn)定性進(jìn)行研究，進(jìn)而得安全、經(jīng)濟(jì)的安全平臺(tái)寬度。

　　[關(guān)鍵詞]廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)報(bào),排土場,邊坡,安全平臺(tái),穩(wěn)定性

　　1 排土場概況

　　根據(jù)剝挖量及其周圍的地質(zhì)地形條件及開拓方式，近距離排土以及環(huán)保的要求選擇外排小型土場地。排土初期將表土和巖石單獨(dú)堆放在一個(gè)臨時(shí)排土場，后期轉(zhuǎn)移至新排土場，采用臺(tái)階式堆放，上部黃土臺(tái)階高度5m，下部巖石臺(tái)階高度10m，外邊坡坡率為1：1。排土過程中分層攤平壓實(shí)。排土場共分為四個(gè)臺(tái)階，最下部為廢石，上部三個(gè)臺(tái)階為壓實(shí)后的黃土，廢石經(jīng)壓密及充填后巖石在邊坡角為45°時(shí)，巖質(zhì)邊坡趨于穩(wěn)定。上部黃土臺(tái)階之間須留出足夠?qū)挾鹊陌踩�平臺(tái)，適當(dāng)寬度的安全平臺(tái)對黃土邊坡穩(wěn)定性及阻截上部土體滑落均具有重要意義。根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)及室內(nèi)試驗(yàn)確定經(jīng)人工壓實(shí)的黃土容重為17kN/m3，粘聚力為16kPa，內(nèi)摩擦角為18°。

　　2 邊坡穩(wěn)定性分析

　　排土場邊坡穩(wěn)定性分析方法包括極限平衡計(jì)算方法、有限單元法、數(shù)值分析法等，極限平衡法計(jì)算簡單但假設(shè)較多;有限單元法能深刻描述土體內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變的變化，對邊坡的位移發(fā)展、土體滑動(dòng)方向進(jìn)行模擬，能反應(yīng)邊坡內(nèi)部應(yīng)力的分布，適應(yīng)于巖土復(fù)雜性，但是計(jì)算過于繁瑣，容易受建模、邊界條件和外界荷載的影響。大量的工程實(shí)踐表明，采用極限平衡分析法分析邊坡穩(wěn)定性是比較可靠的，主要優(yōu)點(diǎn)是簡便、相對準(zhǔn)確，技術(shù)人員在分析許多露天礦邊坡和排土場穩(wěn)定性時(shí)，通常采用這一方法，計(jì)算邊坡穩(wěn)定性，然后建立模型，通過數(shù)值模擬結(jié)果與穩(wěn)定性結(jié)果作對照。

　　2.1排土場邊坡模型

　　考慮到攔截下落土體引起的安全隱患，安全平臺(tái)寬度應(yīng)在3m以上，當(dāng)排土場邊坡安全平臺(tái)寬度為3m時(shí)，上部土質(zhì)邊坡模型如圖1-1，縱向?qū)挾葹?0m，高15米，臺(tái)階邊坡角45°，根據(jù)巖土參數(shù)，對此邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，采用極限平衡法尋找最危險(xiǎn)滑裂面，并計(jì)算出邊坡穩(wěn)定性系數(shù)，如圖1-2。同理，當(dāng)安全平臺(tái)寬度為3.5m、4.0m、4.5m、5.0m時(shí)，利用極限平衡理論分別計(jì)算出邊坡穩(wěn)定性。

　　2.2排土場邊坡穩(wěn)定性分析

　　排土場下部邊坡為人工壓實(shí)、充填后的巖石邊坡，處于較穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)坡度和坡高一定時(shí)，上部土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)隨著安全平臺(tái)在寬度的增加而逐步增大。通過尋找最危險(xiǎn)滑裂面及穩(wěn)定性計(jì)算，得出平臺(tái)寬度為3.5m時(shí)，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.12;寬度為4m時(shí)，穩(wěn)定性系數(shù)為1.16;寬度為4.5m時(shí)，穩(wěn)定性系數(shù)為1.19;寬度為4.5m時(shí)，穩(wěn)定性系數(shù)為1.23，;寬度為5m時(shí)，穩(wěn)定性系數(shù)為1.27。安全平臺(tái)寬度與邊坡穩(wěn)定性系數(shù)關(guān)系如表1-1。

　　為更有效的對照極限平衡法對穩(wěn)定性的計(jì)算結(jié)果，對此邊坡模型進(jìn)行有限元數(shù)值模擬。分析不同安全平臺(tái)寬度時(shí)，邊坡在自重作用下引起的土體內(nèi)部位移變化大小。數(shù)值模擬選用圖1-1中的模型，人工壓實(shí)的黃土容重為17kN/m3， 粘聚力為16kPa，內(nèi)摩擦角為18°。

　　通過GTS數(shù)值模擬得出圖1-3、1-4中所示的結(jié)果，當(dāng)安全平臺(tái)寬度為3m時(shí)，最大位移為1.4cm，且內(nèi)部土體位移量多處于10-2m這個(gè)數(shù)量級上，說明雖然邊坡整體趨于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但內(nèi)部土體變形量稍大，此臺(tái)階寬度對邊坡穩(wěn)定不趨于保守。而平臺(tái)寬度為5m時(shí)，雖土體內(nèi)部最大位移量為1cm，但其余土體均在10-3m這個(gè)數(shù)量級上，即邊坡整體穩(wěn)定，土體內(nèi)部穩(wěn)定，此平臺(tái)寬度下邊坡穩(wěn)定趨于保守。

　　2.3確定合理的安全平臺(tái)寬度

　　當(dāng)安全平臺(tái)寬度大于3m時(shí)，邊坡均處基本穩(wěn)定-穩(wěn)定狀態(tài)，由于考慮到降雨、地表水入滲等問題，一般平臺(tái)寬度應(yīng)趨于保守，使邊坡穩(wěn)定，土體內(nèi)部變形量小。

　　平臺(tái)寬度為4.5m時(shí)，邊坡穩(wěn)定性為1.23，寬度為5m時(shí)，邊坡穩(wěn)定性為1.27。綜合考慮場地、坡高、坡角等因素，合適的安全平臺(tái)寬度應(yīng)為4.5-5.0m。

　　3 結(jié)論

　　本文通過對排土場邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算及數(shù)值模擬對照得出，在一定坡高、坡角工況下，在平臺(tái)寬度大于3m時(shí)，隨寬度的增加邊坡由基本穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)至穩(wěn)定狀態(tài)，且坡體內(nèi)部整體變形趨于減小，當(dāng)寬度為5m時(shí)，土體位移量為10-3m數(shù)量級上，同邊坡穩(wěn)定性系數(shù)基本吻合。通過穩(wěn)定性計(jì)算和邊坡內(nèi)部土體位移量的數(shù)值模擬，從而根據(jù)場地情況選擇出合理的安全平臺(tái)寬度。

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