劉泉 王晨

摘要：降雨入滲會(huì)引起排土場(chǎng)邊坡巖土體強(qiáng)度降低，增加上部巖土體容重，導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性降低。以某露天礦山排土場(chǎng)邊坡為例，采用GeoStudio軟件模擬分析了不同降雨時(shí)長(zhǎng)下邊坡孔隙水壓力特征與安全系數(shù)。結(jié)果表明：隨著降雨時(shí)長(zhǎng)的增加，孔隙水壓力極值不斷增大，且孔隙水壓力朝向邊坡頂部不斷增大，安全系數(shù)則不斷降低。研究結(jié)果為該礦山排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定提供參考。

關(guān)鍵詞：降雨入滲；排土場(chǎng)；數(shù)值模擬；孔隙水壓力；安全系數(shù)

中圖分類號(hào)：TD804文章編號(hào)：1001-1277（2024）04-0096-03

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20240419

引 言

排土場(chǎng)滑坡是影響露天礦山安全生產(chǎn)的重要災(zāi)害，給礦山及礦區(qū)周邊居民的安全帶來(lái)了嚴(yán)重威脅［1-2］。降雨是自然界一種常見自然現(xiàn)象，對(duì)排土場(chǎng)邊坡而言，降雨入滲會(huì)增加上部巖土體容重，導(dǎo)致排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性降低，進(jìn)而影響露天礦山安全生產(chǎn)作業(yè)與開采進(jìn)度［3］。因此，研究降雨條件下排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性對(duì)于礦山的安全生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益有重要工程現(xiàn)實(shí)意義。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)邊坡滲流與穩(wěn)定性關(guān)系做了大量研究。周忠良等［4］采用數(shù)值模擬與極限平衡法分析了不同降雨工況下排土場(chǎng)應(yīng)力應(yīng)變特征，得出了降雨條件下排土場(chǎng)整體穩(wěn)定性大于局部穩(wěn)定性規(guī)律?？姾Ｙe等［5］利用GeoStudio軟件研究了降雨條件下排土場(chǎng)邊坡位移特征，明確了排土場(chǎng)邊坡變形破壞規(guī)律。郭雁斌等［6］利用GEO軟件中SEEP/W模塊研究了某礦山排土場(chǎng)在降雨條件下滲流及孔隙水壓力特征。陳光木［7］采用數(shù)值模擬方法研究了李屋排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性，結(jié)果表明，降雨對(duì)排土場(chǎng)邊坡影響顯著，安全系數(shù)隨著降雨量的增加而不斷降低。劉向峰等［8］研究了降雨條件下?lián)犴樜髀短斓V邊坡穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)降雨對(duì)排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性影響顯著，應(yīng)采用加固手段提前治理。

研究表明，降雨入滲作用對(duì)排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性有較為顯著的影響，降雨使得排土場(chǎng)巖土體自重增加，改變其原有滲流場(chǎng)，并削弱自身抗滑能力，造成穩(wěn)定性不斷降低?；诖?，本文以某露天礦山排土場(chǎng)為研究對(duì)象，采用GeoStudio軟件進(jìn)行降雨條件下的飽和-非飽和滲流模擬分析，最終得到降雨入滲條件下排土場(chǎng)邊坡的安全系數(shù)。

1 排土場(chǎng)概況

該排土場(chǎng)原始地形為空曠斜坡，南高北低，坡度10°～20°?，F(xiàn)堆積體四周界線較明顯，排土場(chǎng)規(guī)模較小，屬于小型排土場(chǎng)，其潛在傾滑方向約為340°。排土場(chǎng)現(xiàn)處于生產(chǎn)狀態(tài)，已經(jīng)形成了4 335 m平臺(tái)和4 341 m平臺(tái)。堆積物包括覆蓋土和夾石，位于露天采場(chǎng)東北側(cè)，排土區(qū)域占地面積約0.12 km2，地形呈斜坡狀，包含2個(gè)臺(tái)階，前緣坡腳高程為4 315 m，后緣平臺(tái)高程約為4 341 m，相對(duì)高差26 m左右。排土場(chǎng)設(shè)計(jì)容量978.5萬(wàn)m3，目前已排放159.15萬(wàn)m3，其中，4 315～4 335 m平臺(tái)已排剝巖量為112.9萬(wàn)m3，4 335～4 341 m平臺(tái)已排剝巖量為46.25萬(wàn)m3。排土場(chǎng)平面圖與剖面圖分別見圖1與圖2。

2 巖體力學(xué)參數(shù)

礦巖物理力學(xué)參數(shù)是計(jì)算結(jié)果可靠性的主要影響因素。根據(jù)礦山提供的資料，確定最終巖體物理力學(xué)參數(shù)，結(jié)果見表1。

3 模型構(gòu)建與邊界條件

排土場(chǎng)邊坡降雨入滲有限元單元網(wǎng)格計(jì)算模型見圖3。模型兩側(cè)和底部設(shè)置為不透水邊界，模型上部邊界施加正單元流量q模擬降雨。根據(jù)資料，礦區(qū)年平均降雨量為996 mm，蒸發(fā)量1 421 mm，其中5—9月為雨季，月降雨量133～256 mm，最大暴雨強(qiáng)度41 mm/d。本次模擬降雨強(qiáng)度為50 mm/d，降雨時(shí)長(zhǎng)分別為6 h、12 h、18 h和24 h。

4 數(shù)值模擬結(jié)果分析

4.1 孔隙水壓力特征

通過(guò)GeoStudio軟件的SEEP/W模塊分析計(jì)算出各降雨時(shí)段下邊坡孔隙水壓力，結(jié)果見圖4。由圖4可知：隨著降雨時(shí)長(zhǎng)增加，孔隙水壓力極值不斷增大，且孔隙水壓力朝向邊坡頂部不斷增大。由此表明，降雨入滲改變了排土場(chǎng)滲流特征，導(dǎo)致非飽和帶土體基質(zhì)吸力降低，進(jìn)而對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成不利影響。

4.2 安全系數(shù)變化特征

通過(guò)GeoStudio軟件的SEEP/W模塊分析計(jì)算出各降雨時(shí)段下邊坡安全系數(shù)，結(jié)果見圖5。由圖5可知：隨著降雨時(shí)長(zhǎng)增加，安全系數(shù)不斷降低，表明排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性變差。由此表明，一方面，降雨入滲增加了排土場(chǎng)巖土體自重，增大了其下滑力；另一方面，降雨入滲使排土場(chǎng)非飽和帶土體基質(zhì)吸力降低，抗剪強(qiáng)度下降，進(jìn)而導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性降低。

5 結(jié) 論

為研究降雨入滲作用對(duì)排土場(chǎng)穩(wěn)定性的影響，以某露天礦山排土場(chǎng)為研究對(duì)象，采用GeoStudio軟件進(jìn)行降雨條件下的飽和-非飽和滲流模擬分析，得到了不同降雨時(shí)長(zhǎng)下排土場(chǎng)邊坡孔隙水壓力特征及安全系數(shù)變化情況。

1）降雨入滲改變了排土場(chǎng)內(nèi)部滲流特征，隨著降雨時(shí)長(zhǎng)的增加，孔隙水壓力極值不斷增大，且孔隙水壓力朝向邊坡頂部不斷增大。

2）降雨入滲一方面增加了排土場(chǎng)自重，增大了其下滑力；另一方面使排土場(chǎng)非飽和帶土體基質(zhì)吸力降低，抗剪強(qiáng)度下降，進(jìn)而導(dǎo)致排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性降低。

［參 考 文 獻(xiàn)］

［1］ 李文超，張波，李偉.伊敏露天礦生態(tài)修復(fù)技術(shù)［J］.露天采礦技術(shù)，2022，37（5）：82-85．

［2］ 王振偉，李斌，王智濤，等.伊敏露天礦弱層與正斷層復(fù)合作用下順傾邊坡變形規(guī)律［J］.露天采礦技術(shù)，2022，37（5）：24-27．

［3］ 陳芳芳.雨水滲透對(duì)土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響分析［J］.河南科技，2022，41（6）：57-60.

［4］ 周忠良，連民杰，孫世國(guó).不同降雨工況對(duì)排土場(chǎng)安全性影響規(guī)律研究［J］.金屬礦山，2023（8）：278-282.

［5］ 繆海賓，馬明康.滲流條件下內(nèi)排土場(chǎng)邊坡變形破壞機(jī)理及力學(xué)特性［J］.露天采礦技術(shù)，2023，38（2）：5-7，2.

［6］ 郭雁斌，張傳偉，田光，等.內(nèi)排土場(chǎng)邊坡近自然重塑滲流及孔隙水壓力特征研究［J］.煤礦安全，2023，54（2）：161-165.

［7］ 陳光木.降雨對(duì)露天礦軟弱基底排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性的弱化效應(yīng)［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2022，42（12）：56-62.

［8］ 劉向峰，郭子鈺，王來(lái)貴，等．降雨礦震疊加作用下?lián)犴樜髀短斓V邊坡穩(wěn)定性分析［J］．中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2021，32（4）：40-46.

Analysis of slope stability of a mine dump under rainfall conditions

Abstract：Rainfall infiltration can cause a decrease in the strength of the rock and soil mass on the dump slope，increase the bulk density of the upper rock and soil mass，and reduce the stability of the slope.This paper takes a mine dump slope as the background，and uses GeoStudio software to simulate and analyze the pore water pressure characteris-tics and safety factors under different rainfall durations.The simulation results indicate that as the duration of rainfall increases，the limit value of pore water pressure continuously increases，and the pore water pressure increases towards the top of the slope，while the corresponding safety factor decreases.The study provides references for the stability of the dump slope in the mine.

Keywords：rainfall infiltration;dump;numerical simulation;pore water pressure;safety factor