基于SLIDE的某尾礦庫邊坡穩(wěn)定性分析

朱澤勛，吳 莉

(中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院， 云南昆明 650051)

基于SLIDE的某尾礦庫邊坡穩(wěn)定性分析

朱澤勛，吳 莉

(中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院， 云南昆明 650051)

以圓弧形滑動面為計算模型，采用A·W·畢肖普條分法，應(yīng)用SLIDE軟件對某尾礦庫進(jìn)行靜力穩(wěn)定性數(shù)值分析，得出了此尾礦壩的穩(wěn)定安全系數(shù)，并對尾礦庫的穩(wěn)定性進(jìn)行評價。

尾礦庫;穩(wěn)定性分析;SLIDE;畢肖普(Bishop)圓弧法

1 尾礦庫概況

某礦尾礦庫于1958年建成使用，經(jīng)過50多年的運(yùn)營，目前已經(jīng)堆至2036 m(獨立高程系)，相對于場地東南側(cè)合田磷肥廠地面，高差為71 m;相對于場地南部昆明三養(yǎng)肥料有限公司地面，高差為56 m;相對于場地西南部西山區(qū)看守所大門地面，高差為50 m。堆積過程中自然形成了3個臺階。

尾礦庫西面邊坡高差 14.48～30.38 m，坡度30.5°～34.1°;渣庫南面邊坡形成 2 個平臺，第一平臺與第二平臺高差約 4.5～6.5 m，坡度約26°～28°;第二平臺至邊坡腳高差約28～29 m，坡度約33.4°～36.5°;渣庫東面邊坡形成 3 個平臺，第一平臺與第二平臺高差約 5.4～6.5 m，坡度約26°～27°，第二平臺與第三平臺高差約28.2～43 m，坡度約21°～38.5°，第三平臺至邊坡腳高差約 21～37 m，坡度約30°～34.5°。

2 尾礦庫靜力穩(wěn)定性分析

2.1 尾礦庫邊坡堆積體組成及力學(xué)參數(shù)

該尾礦庫邊坡堆積體由熔煉渣①、污泥①1、生活垃圾①2、人工填土①3層組成，主要成分為熔煉渣、污泥，次要成分為生活垃圾及人工填土，大部分未經(jīng)碾壓。渣體下伏地層為紅粘土②、②1、②2及灰?guī)r③、③1。

根據(jù)野外大型剪切試驗、室內(nèi)試驗結(jié)果，結(jié)合該地區(qū)工程經(jīng)驗，得出各巖土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，見表1和表2。

表1 自然條件下邊坡穩(wěn)定性驗算參數(shù)取值

表2 浸水條件下邊坡穩(wěn)定性驗算參數(shù)取值

2.2 邊坡穩(wěn)定性計算軟件SLIDE

SLIDE軟件是由加拿大RocScience公司研發(fā)的評價巖質(zhì)或土質(zhì)邊坡安全系數(shù)或者失效概率的二維極限平衡程序，滑面可以使用圓弧或者非圓弧形式。程序計算方法基于豎直條分極限平衡分析。該軟件基本特點有:對于給定邊坡，可指定已知滑面或者驅(qū)動程序之自動搜索滑面;集成了Bishop，Janbu，Spencer，GLE/Moergenstern－Price和其他一些方法;可考慮多種材料模型(各向異性、非線性摩爾－庫侖等);集成了有限元法，穩(wěn)態(tài)地下水建模、分析和數(shù)據(jù)解釋程序。該軟件拉裂面的計算模式有干燥和充水兩種。

2.3 渣庫邊坡穩(wěn)定性計算

該尾礦庫堆積體在重力作用下向臨空方向發(fā)生剪切蠕變，變形體后緣發(fā)育自地表向深部發(fā)展的拉裂，坡體內(nèi)不存在控制性滑面，滑面的具體位置主要受最大剪應(yīng)力分布控制，該面以上實際為一自地表向下遞減的剪切蠕變帶。隨著蠕滑的進(jìn)展，坡面下沉，拉裂面向深部擴(kuò)展，往往達(dá)到潛在剪切面，造成剪切面上剪應(yīng)力集中。地表水沿拉裂面滲入坡體，從而又促進(jìn)蠕滑的發(fā)展，削弱剪切面的抗剪強(qiáng)度，最后渣土被剪斷而導(dǎo)致滑坡。根據(jù)以上分析可知，渣庫邊坡破壞的力學(xué)模式屬于蠕滑—拉裂模式，其滑動面一般為圓弧形式。

選用畢肖普(Bishop)圓弧法對該尾礦庫邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計算。以尾礦庫最高點為中心呈輻射狀一次選取8個切面做為計算剖面，按表1和表2指標(biāo)，采用畢肖普(Bishop)圓弧法對尾礦庫邊坡進(jìn)行自然(干燥)條件下和浸水(充水)條件下穩(wěn)定性驗算，尾礦庫邊坡各剖面的穩(wěn)定系數(shù)見表3。

表3 尾礦庫邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

3 尾礦庫邊坡穩(wěn)定性評價

按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330－2002，尾礦庫邊坡安全等級為一級，采用圓弧滑動法計算時，相應(yīng)的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.30。

該尾礦庫邊坡在自然狀態(tài)下，5#、6#剖面穩(wěn)定性系數(shù) Ks=0.805～0.893，處于不穩(wěn)定狀態(tài);其余剖面穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.056～1.296，但其穩(wěn)定性系數(shù)均小于1.3，即在自然狀態(tài)下，其處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但安全儲備不足。尾礦庫邊坡在浸水狀態(tài)下，8#剖面、7#剖面第二至第三平臺邊坡穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.08～1.124，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但其穩(wěn)定性系數(shù)均小于1.3，安全儲備不足。其余剖面穩(wěn)定性系數(shù)Ks=0.715～1.042，均小于 1.05，即其均處于不穩(wěn)定狀態(tài)?，F(xiàn)對各剖面的穩(wěn)定性分述如下。

(1)1#、2#剖面穿過尾礦庫北西部的渣體開裂段，其所在位置附近邊坡高差14.48～22.67 m，坡度30.5°～34.1°，剖面走向222°～ 236°。邊坡在自然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.080～1.135，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但安全儲備不足。邊坡在浸水狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.018～1.026，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)所揭露剖面分析，1#剖面BP6鉆孔縱向上揭露4層污泥層①1，其厚度0.5～2.3 m，呈不均勻分布;2#剖面BP7鉆孔縱向上揭露4層污泥①1，其厚度0.8～2.8 m，中間夾 5.5 m 厚的垃圾層①2，呈不均勻分布。該段邊坡堆積體物質(zhì)成分分布很不均勻，不連續(xù)，力學(xué)性質(zhì)差異大，容易引起不均勻沉降，從而引起堆積體的開裂，一旦在連續(xù)降雨或暴雨狀態(tài)下，容易沿著渣體開裂面形成邊坡的滑動面。

(2)3#剖面所在位置附近邊坡高差29.00～30.38 m，坡度 32.4°～33.1°，剖面走向 222°。邊坡在自然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.078，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但安全儲備不足。邊坡在浸水狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.023，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)4#剖面跨過2個平臺，第一平臺與第二平臺高差約6 m，坡度約26°;第二平臺至邊坡腳高差約28 m，坡度約36.5°，剖面走向231°。第一平臺邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài);第二平臺邊坡在自然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.056，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但安全儲備不足。邊坡在浸水狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.01，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

(4)5#剖面跨過2個平臺，剖面走向184°，第一平臺與第二平臺高差約6.5 m，坡度約28°;第二平臺至邊坡腳高差約28.3 m，坡度約33.4°。第一平臺邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài);第二平臺邊坡在自然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Ks=0.805，在浸水狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Ks=0.715，都處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

(5)6#剖面處于渣庫的東南方向，主要跨過3個平臺，剖面走向112°，第一平臺與第二平臺高差約6.5 m，坡度約27°;第二平臺與次第三平臺高差約43 m，坡度平均約21°;次第三平臺至邊坡腳高差約21 m，坡度約30°。第一平臺邊坡、次第三平臺至邊坡腳邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài);第二平至次第三平臺邊坡在自然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Ks=0.893，在浸水狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Ks=0.833，都處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

(6)7#剖面處于渣庫的東南方向，主要跨過3個平臺，剖面走向111°，第一平臺與第二平臺高差約5.4 m，坡度約26°;第二平臺與第三平臺高差約28.2 m，坡度約31°;第三平臺至邊坡腳高差約37 m，坡度約34°。第一平臺邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài);第二平臺至第三平臺邊坡在自然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.234，第三平臺邊坡在自然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.109，都處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但安全儲備不足。在浸水狀態(tài)下第二平臺至第三平臺邊坡在穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.124，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但安全儲備不足;在浸水狀態(tài)下第三平臺邊坡至坡腳邊坡穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.042，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡處于失穩(wěn)狀態(tài)。

(7)8#剖面處于渣庫的東南方向，主要跨過3個平臺，第一平臺與第二平臺高差約5.5 m，坡度約27°;第二平臺與第三平臺高差約38.5 m，坡度約31.4°;第三平臺至邊坡腳高差約 33 m，坡度約34.5°。第一平臺邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài);第二平臺至第三平臺邊坡在自然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.118，第三平臺至坡腳邊坡在自然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.296，都處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但安全儲備不足。在浸水狀態(tài)下，第二平臺至第三平臺邊坡在穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.080，第三平臺至坡腳邊坡穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.20，都處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但安全儲備不足。

［1］ 胡明鏊.某上游法尾礦壩抗滑穩(wěn)定性淺析［J］.巖土力學(xué)，2003，32(2):44－46.

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［5］ GB50330－2002.建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［6］ 石建勛，劉新榮，廖紹波，等.礦區(qū)排土場堆載對邊坡穩(wěn)定性影響的分析［J］.采礦與安全工程學(xué)報，2011，28(2).

［7］ 馬春福，陳恩利，呂 鵬，等.某鐵礦尾礦壩的穩(wěn)定性分析［J］.國防交通工程與技術(shù)，2009，(2).

2011－08－18)

朱澤勛(1964－)，男，云南宣威人，工程師，主要從事巖土工程方面的工作，Email:619910377@qq.com。