強(qiáng)度折減法在某排土場(chǎng)現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用

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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