采场、排土场稳定性计算

1 边坡稳定计算 采场 排土场 边坡稳定计算 采场 排土场 一 水文地质概况 该区气候干燥 雨量稀少 该井田内无常年性地表水体 北缘的 沟为本区最大的泄洪通道 山洪从西部边界经南部边界流出 于区外汇入 大灯沟 平时无水 只在雨季遇暴雨时才有短暂水流 据实测汛期最大洪 流量为 27 8m3 s 正常洪流量为 11 1m3 s 山洪暴发后一般来势凶猛 大 多经 5 6 小时后洪峰排泄出区外 自西部的 1551m 降至东南低凹处的 1508m 沟谷中有第四系分布 为风积砂 河床冲洪积相砂 砂砾石 亚粘土 等沉积物 地下水主要赋存于第四系冲洪积砂 砂砾石 风积砂和石炭 二叠系砂岩地层中 二 工程地质概况 由于内外力的综合作用结果 地表岩石强度遭到破坏 随着深度的增 大 裂隙减少减弱 岩石强度增大 强风化带一般深度为 20 30m 裂隙 普遍发育 超过 50m 岩石坚硬程度增高 裂隙减少 砂质页岩与泥质粉砂 岩脱水后极易风化 而中粗粒砂岩 细砂岩则不易风化 虽然沿裂隙成单 体 但单体岩层的强度还是极高的 一 影响治理区边坡稳定的因素 1 不同成因和类型的结构面 层理层面 软弱夹层 节理 断层等 与边坡的临空面相互位置关系 会弱化边坡岩体的力学性质 从而会降低 边坡的稳定性 2 治理区的采动作用会破坏边坡岩体的整体性 产生位移 裂隙 对边坡的稳定性影响较大 3 大气降雨 尤其雨季集中的强降雨 通过断层裂隙渗入边坡岩体 2 降低岩体强度和岩体的摩擦力 导致边坡失衡 二 影响排土场边坡稳定性的主要因素 1 排土工艺和排弃高度 2 排弃物的物理力学性质 3 排土场基底的强度及倾斜度 4 大气降水和冰雪融化会渗入排土场 使排弃物软化 产生静水和 渗流水压力 引起滑坡 上述多种因素以及其它外在因素均会不同程度地制约边坡的稳定 三 治理区的边坡稳定性分析 1 计算数据的选择 计算采掘场边坡稳定需要岩体的抗剪强度 这些指标是通过岩块的抗 剪强度指标 并利用岩体粘结力随节理密度增大而降低的关系来确定的 由于地质报告中没有关于岩石节理 裂隙密度的统计资料 设计中不能依 此来计算岩体与岩块间的整体凝聚力减弱系数 只能依据现场调研与周围 矿山类比得出减弱系数为 0 045 岩石为 0 35 沙土为 0 5 煤为 0 2 根据上述原则 设计依据报告提供的相应岩性有限资料与类似矿山经验数 据 确定岩石的抗剪强度和内摩擦角计算参数见表 岩石力学指标统计表 数 值 项 目 指 标 岩系名称 C Kpa r g cm3 含水率 粗砂岩36241 672 23 中砂岩30230 942 21 砂质泥岩28324 512 35 细砂岩32261 402 31 粉砂岩30320 372 38 泥 岩28270 452 37 粘土岩2048 002 46 煤30 5149 001 35 松散砂324 911 97 3 表 土30 545 131 97 2 滑动模式的确定 根据矿田岩性组合特征 岩层产状 假想构造分布情况及采矿边坡形 成的条件 确定未来边坡滑动模式主要是切割弱层产生的圆弧滑动 滑动 模式如图所示 3 计算方法 利用计算机进行人工干预 采用 Bishop 条块法 用迭代法求解 Bishop 滑动数学模型如下 F QZ FYX 1 式 中 X Ci hi u hwi tg i Xi cos i Y tgai tg i Z hi Xisinai Q WZ2 a R 2 1 4 对每一条块必须满足的条件 0 FY fitgcrwhwh 1 1 cosai 1 Y F 0 2 式 中 F 稳定系数 C 瞬时粘结力 岩石容重 h 条块高度 w 水的容重 hw 水位的高度 瞬时内摩擦角 X 条块宽度 ai 条块底面倾角 Q 张裂隙水的水平作用力 有效正应力 3 计算结果 在治理区采掘场的各个台阶高度和平盘宽度等帮坡要素设计之前 进 行了帮坡稳定计算 对工作帮 端帮 最终工作帮均采用 Bishop 法 选取 的帮坡最大暴露高度为 80m 即选取了没有内排时的那段最终帮坡的最大 暴露高度 用 Bishop 法的边坡稳定计算程序进行了计算 从计算结果中看到 当边坡角等于 38 时 边坡稳定系数为 1 282 可 以满足治理区采掘场边坡稳定的要求 本工程采掘场边坡角设计为 38 但在本工程进行进一步的边坡工程地质勘探工作后根据具体条件对上述帮 坡角进行修正 5 四 排土场边坡稳定分析 一 影响排土场稳定性的因素 1 边坡高度 2 坡面角度 3 基底倾斜角度 4 物料抗剪强度指标 5 地表水的冲蚀 6 其他外在因素 以上各因素均不同程度上制约着排土场边坡稳定性 二 在无排土场有关工程地质资料情况下 作以下假定 1 排弃物料抗剪强度指标由类比法取得 容重 r 1 95t m3 内摩擦角 26 凝聚力 C 1kpa 2 排土场基底基本水平且稳定 3 排弃物料边坡的潜在滑动模式为圆弧滑动 4 计算中考虑地震影响 排土场帮坡体是由土沙和岩石混合物料排弃而成 分层排弃的土沙和岩石 在顺 台阶坡面上分层不很明显 松散体又经压实已产生再生凝聚力 所以滑坡破坏模式也 是上部垂直裂缝 下部呈圆弧面滑落 如果基底不稳定 还将牵动基底隆起或基底顺 层滑坡 根据排弃物料岩性组合分析 未来排土场边坡潜在滑动模式可能为圆弧切底滑坡 2 边坡管理要点 在排土场建设时 基底应尽量排弃大块的 坚硬的 遇水不易泥化的物料 不破 6 坏原有的泄水通道 保持基底畅通 建立完善的边坡防排水系统 在边坡形成期间和形成之后 应定期监测边坡的位移变形情况 本区 10 月至翌年 4 月为冻结期 要加强开春冻土融化边坡稳定的监测 3 排土场滑坡模式 因为本矿排土场基底土层较薄 基底不属于软弱基底 所以一般情况 滑移面不从基底切出 只从排土边坡坡脚切出 滑落面上部应从边坡最上 部平盘的张裂缝开始 所以本矿排土场的滑坡模式应为 从上部张裂缝开 始沿圆弧滑动到下部坡脚止 的圆弧型滑坡 当边坡高度较小时 也不排 除平面滑落面模式 见插图 4 排土场稳定验算 计算方法 用圆弧滑落面垂直条分平衡法计算 再用平面滑落面平