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

　　[關鍵詞]廣東農(nóng)業(yè)科學學報,排土場,邊坡,安全平臺,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堆放在一個臨時排土場，后期轉(zhuǎn)移至新排土場，采用臺階式堆放，上部黃土臺階高度5m，下部巖石臺階高度10m，外邊坡坡率為1：1。排土過程中分層攤平壓實。排土場共分為四個臺階，最下部為廢石，上部三個臺階為壓實后的黃土，廢石經(jīng)壓密及充填后巖石在邊坡角為45°時，巖質(zhì)邊坡趨于穩(wěn)定。上部黃土臺階之間須留出足夠?qū)挾鹊陌踩�平臺，適當寬度的安全平臺對黃土邊坡穩(wěn)定性及阻截上部土體滑落均具有重要意義。根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗及室內(nèi)試驗確定經(jīng)人工壓實的黃土容重為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算方法、有限單元法、數(shù)值分析法等，極限平衡法計算簡單但假設較多;有限單元法能深刻描述土體內(nèi)部應力、應變的變化，對邊坡的位移發(fā)展、土體滑動方向進行模擬，能反應邊坡內(nèi)部應力的分布，適應于巖土復雜性，但是計算過于繁瑣，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)點是簡便、相對準確，技術人員在分析許多露天礦邊坡和排土場穩(wěn)定性時，通常采用這一方法，計算邊坡穩(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，安全平臺寬度應在3m以上，當排土場邊坡安全平臺寬度為3m時，上部土質(zhì)邊坡模型如圖1-1，縱向?qū)挾葹?0m，高15米，臺階邊坡角45°，根據(jù)巖土參數(shù)，對此邊坡進行穩(wěn)定性計算，采用極限平衡法尋找最危險滑裂面，并計算出邊坡穩(wěn)定性系數(shù)，如圖1-2。同理，當安全平臺寬度為3.5m、4.0m、4.5m、5.0m時，利用極限平衡理論分別計算出邊坡穩(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、充填后的巖石邊坡，處于較穩(wěn)定狀態(tài);當坡度和坡高一定時，上部土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)隨著安全平臺在寬度的增加而逐步增大。通過尋找最危險滑裂面及穩(wěn)定性計算，得出平臺寬度為3.5m時，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.12;寬度為4m時，穩(wěn)定性系數(shù)為1.16;寬度為4.5m時，穩(wěn)定性系數(shù)為1.19;寬度為4.5m時，穩(wěn)定性系數(shù)為1.23，;寬度為5m時，穩(wěn)定性系數(shù)為1.27。安全平臺寬度與邊坡穩(wěn)定性系數(shù)關系如表1-1。

　　為更有效的對照極限平衡法對穩(wěn)定性的計算結(jié)果，對此邊坡模型進行有限元數(shù)值模擬。分析不同安全平臺寬度時，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，當安全平臺寬度為3m時，最大位移為1.4cm，且內(nèi)部土體位移量多處于10-2m這個數(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，此臺階寬度對邊坡穩(wěn)定不趨于保守。而平臺寬度為5m時，雖土體內(nèi)部最大位移量為1cm，但其余土體均在10-3m這個數(shù)量級上，即邊坡整體穩(wěn)定，土體內(nèi)部穩(wěn)定，此平臺寬度下邊坡穩(wěn)定趨于保守。

　　2.3確定合理的安全平臺寬度

　　當安全平臺寬度大于3m時，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，一般平臺寬度應趨于保守，使邊坡穩(wěn)定，土體內(nèi)部變形量小。

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

　　3 結(jié)論

　　本文通過對排土場邊坡的穩(wěn)定性計算及數(shù)值模擬對照得出，在一定坡高、坡角工況下，在平臺寬度大于3m時，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，當寬度為5m時，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寬度。

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