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        基于Geo-Slope露天邊坡穩(wěn)定性分析及治理方案選擇

        2016-08-30 13:25:44
        采礦技術(shù) 2016年4期
        關(guān)鍵詞:治理方案邊坡穩(wěn)定性

        谷 巖

        (中鋼石家莊工程設(shè)計(jì)研究院有限公司, 河北石家莊 050021)

        基于Geo-Slope露天邊坡穩(wěn)定性分析及治理方案選擇

        谷 巖

        (中鋼石家莊工程設(shè)計(jì)研究院有限公司, 河北石家莊 050021)

        摘 要:某露天礦山的南部終了邊坡基巖風(fēng)化巖巖體破碎,存在順層層里面和垂直裂隙,具有明顯的滑坡起動趨勢,局部已出現(xiàn)崩塌滑坡。為了確保邊坡穩(wěn)定性,礦山?jīng)Q定對終了露天邊坡進(jìn)行削坡處理。利用Geo-Slope軟件計(jì)算分析削坡后邊坡安全系數(shù),提出合理的削坡方案,削坡后在疏干排水狀態(tài)下,計(jì)算的邊坡安全系數(shù)為Fs=1.247,滿足安全規(guī)程要求。

        關(guān)鍵詞:邊坡穩(wěn)定性;治理方案;極限平衡法;Geo-Slope

        0 引 言

        某礦山露天采場開采臺階高度12m,工作臺階坡面角75°,安全平臺寬度15m,推至終了境界時(shí)每2個(gè)臺階并段為24m。南部礦體已基本開采完畢,形成終了露天邊坡,南部邊坡受降雨和爆破擾動等多重作用的影響,部分地區(qū)出現(xiàn)崩塌滑坡。該區(qū)邊坡巖性為全風(fēng)化角閃巖、混合巖,在水平層理和垂直節(jié)理同時(shí)作用之下,巖體被切割成塊狀結(jié)構(gòu),同時(shí)由于長期在卸荷的作用下,邊坡巖體后緣垂直節(jié)理張開,在重力作用下,最終順傾層理層間錯動與垂直節(jié)理追蹤貫通而形成組合滑動面?;潞蠛缶墡r體垂直巖壁出露形成圈谷地貌,前緣滑坡體崩塌碎裂成散體堆積。

        南部邊坡持續(xù)出現(xiàn)崩塌滑坡,對礦山安全生產(chǎn)造成極大危害。為確保邊坡穩(wěn)定,本文結(jié)合南部邊坡實(shí)際情況,采用極限平衡方法,利用Geo-Slope軟件計(jì)算分析削坡后邊坡安全系數(shù),提出合理的削坡方案,保證南部邊坡穩(wěn)定。

        1 邊坡穩(wěn)定性分析

        影響露天采場邊坡穩(wěn)定的因素有很多,大致可以分為外部因素和內(nèi)部因素兩大類。

        結(jié)合礦山實(shí)際,影響某南部露天邊坡穩(wěn)定的外部因素主要包括工作面開采爆破擾動和大氣降水。

        內(nèi)在因素主要包括南部邊坡巖體結(jié)構(gòu)和巖體的性質(zhì)等[1-2]。

        研究邊坡穩(wěn)定的理論多種多樣,大致可以分為兩類,一類是確定性分析方法,一類是不確定性分析方法。確定性分析方法又分為定性分析和定量分析,一般采用定量分析。定量分析方法主要有極限平衡方法、有限單元法、快速拉格朗日分析法、離散元(DEM)法。本文采用極限平衡方法,利用Geo-Slope軟件進(jìn)行分析計(jì)算[3-5]。

        Geo-Slope是加拿大研制的巖土分析軟件。該軟件采用極限平衡方法原理,在計(jì)算過程中能充分考慮孔隙水壓力對邊坡穩(wěn)定性的影響,因此,得到了廣泛應(yīng)用。

        計(jì)算選取南部邊坡5#勘探線剖面進(jìn)行,該剖面位于南部邊坡中部,具有代表性。

        1.1邊坡現(xiàn)狀分析

        在自然狀態(tài)下利用GEO-slope計(jì)算分析邊坡穩(wěn)定性的計(jì)算模型及滑坡模式如圖1所示。由計(jì)算結(jié)果可知,自然狀態(tài)下安全系數(shù)為Fs=0.956,處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

        圖1 5#勘探線剖面自然狀態(tài)計(jì)算模型

        在疏干排水狀態(tài)下,計(jì)算模型和滑坡模式如圖2所示。由計(jì)算結(jié)果可以知道,安全系數(shù)為 Fs= 1.058,處于極限狀態(tài),需采取措施保證邊坡穩(wěn)定性。

        1.2削坡方案分析

        方案1:5#勘探線運(yùn)輸公路向東推進(jìn)20m,公路保持30m寬度,運(yùn)輸公路之上邊坡為34°。

        方案2:5#勘探線運(yùn)輸公路向東推進(jìn)30m,公路保持30m寬度,運(yùn)輸公路之上邊坡為34°。

        (1)方案1分析計(jì)算結(jié)果如圖3和圖4所示。自然狀態(tài)下,邊坡的安全系數(shù)達(dá)到Fs=1.054,處于極限狀態(tài),不能達(dá)到安全系數(shù)要求。在疏干排水狀態(tài)下,邊坡的安全系數(shù)為Fs=1.147,處于極限狀態(tài),但接近1.15,近似達(dá)到安全系數(shù)要求,需要進(jìn)行邊坡監(jiān)測,提前采取加固措施。

        圖2 5#勘探線剖面疏干排水狀態(tài)計(jì)算模型

        圖3 方案1自然狀態(tài)計(jì)算模型

        圖4 方案1疏干排水狀態(tài)計(jì)算模型

        (2)方案2分析計(jì)算結(jié)果如圖5和圖6所示。自然狀態(tài)下,邊坡的安全系數(shù)達(dá)到Fs=1.097,處于極限狀態(tài),不能達(dá)到安全系數(shù)要求。在疏干排水狀態(tài)下,邊坡的安全系數(shù)為F=1.247,處于穩(wěn)定狀態(tài),能達(dá)到安全系數(shù)要求。

        通過方案1放緩,剝巖量為127.3萬m3,疏干排水之后安全系數(shù)能達(dá)到Fs=1.15的要求,此方案需在南部邊坡打放水孔疏干排水,而且需要建立監(jiān)測系統(tǒng)來掌握南部邊坡巖體內(nèi)部潛在的滑坡體輪廓及具體位置,為進(jìn)一步采取安全治理措施提供依據(jù)。

        通過方案2放緩,剝巖量為178.6萬m3,安全系數(shù)能達(dá)到Fs=1.20。且此方案只需要打放水孔疏干排水。

        考慮到礦山自身技術(shù)力量較為薄弱,長期進(jìn)行邊坡監(jiān)測工作較為困難,因此推薦按照方案2進(jìn)行削坡處理。

        圖5 方案2自然狀態(tài)計(jì)算模型

        圖6 方案2疏干排水狀態(tài)計(jì)算模型

        2 結(jié) 論

        (1)運(yùn)輸公路向東推進(jìn)30m,公路保持30m寬度,運(yùn)輸公路之上邊坡為34°的方案能夠滿足礦山安全生產(chǎn)的需要,計(jì)算得出在疏干排水狀態(tài)下,安全系數(shù)為Fs=1.247,滿足安全規(guī)程的要求。

        (2)邊坡的失穩(wěn)是一個(gè)漸進(jìn)發(fā)展的過程,雖然數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明削坡處理后邊坡穩(wěn)定性較好,但礦山仍應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督巡查,及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患、排除隱患。

        (3)本礦山邊坡內(nèi)裂隙水的存在對邊坡穩(wěn)定性影響較大,后續(xù)生產(chǎn)過程中應(yīng)加強(qiáng)邊坡疏干排水工作。

        參考文獻(xiàn):

        [1]邱 平,張喜中.露天采石場邊坡穩(wěn)定因素淺析[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2006,16(7):137.

        [2]笪 盍.地下水對邊坡穩(wěn)定性影響的分析[J].有色金屬,1996(3):14-17.

        [3]孫玉科,牟會寵,姚寶魁.邊坡巖石穩(wěn)定性分析[M].北京:科學(xué)出版社,1998.

        [4]張均鋒,丁 樺.邊坡穩(wěn)定分析的三維極限平衡法及應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2005,24(3):365-370.

        [5]BISHOP A W.W.The use of the slip circle in stability analysis of slopes[[J].Geotechnique,1995,5(1):7-17.

        收稿日期:(2016-04-01)

        作者簡介:谷 巖(1987-),男,河北石家莊人,碩士,工程師,主要從事金屬礦山開采技術(shù)研究,Email:guyansk@163. com。

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