边坡稳定性分析
第9章边坡稳定性分析 学习指导：本章介绍了边坡的破坏类型，即：岩崩和岩滑；着重介绍了边坡稳定性分析与评价基本方法，包括圆弧法岩坡稳定分析、平面滑动法岩坡稳定分析、双平面滑动岩坡稳定分析、力多边形法岩坡稳定分析及近代理论计算法；介绍了岩坡处理的措施。 重点：1边坡的变形与破坏类型； 2影响边坡稳定性的因素； 3边坡稳定性分析与评价。 9.1 边坡的变形与破坏类型 9.1.1概述 随着社会进步及经济发展，越来越多地在工程活动中涉及边坡工程问题，通过长期的工程实践，工程地质工作者已对边坡工程形成了比较完善的理论体系，并通过理论对人类工程活动，进行有效地指导。近年来，随着环境保护意识的增加及国际减轻自然灾害十年来的开展，人类已认识到：边坡诞生不仅仅是其本身的历史发展，而是与人类活动密切相关；人类在进行生产建设的同时，必须顾及到边坡的环境效应，并且把人类的发展置于环境之中，因而相继开展了工程活动与地质环境相互作用研究领域，在这些领域中，边坡作为地质工程的分支之一，一直是人们研究的重点课题之一。 在水电、交通、采矿等诸多的领域，边坡工程都是整体工程不可分割的部分，为保证工程运行安全及节约经费，广大学者对边坡的演化规律、边坡稳定性及滑坡预测预报
等进行了广泛研究。然而，随着人类工程活动的规模扩大及经济建设的急剧发展，边坡工程中普遍出现了高陡边坡稳定性及大型灾害性滑坡预测问题。在我国，目前的露天采矿的人工边坡已高达300—500m,而水电 工程中遇到的天然边坡高度已达500—1000米，其中涉及的工程地质问题极为复杂，特别是在西南山区，边坡的变形、破坏极为普遍，滑坡灾害已成为一种常见的危害人民生命财产安全及工程正常运营的地质灾害。 因此，广大工程地质和岩石力学工作者对此问题进行了长期不懈的探索研究，取得了很大的进展；从初期的工程地质类比法、历史成因分析法等定性研究发展到极限平衡法、数值分析法等定量分析法，进而发展到系统分析法、可靠度方法灰色系统方法等不确定性方法，同时辅以物理模拟方法，并且诞生了工程地质力学理论、岩（土）体结构控制论等，这些无疑为边坡工程及滑坡预报研究奠定了坚实的基础，为人类工程建设做出了重大贡献。 在工程中常要遇到岩坡稳定的问题，例如在大坝施工过程中，坝肩开挖破坏了自然坡脚，使得岩体内部应力重新分布，常常发生岩坡的不稳定现象。又如在引水隧洞的进出口部位的边坡、溢洪道开挖的边坡、渠道的边坡以及公路、铁路、采矿工程等等都会遇到岩坡稳定的问题。如果岩坡由于力过大和强度过低，则它可以处于不稳定的状态，一部分岩体向下或向外坍滑，这一种现象叫做滑坡。滑坡造成危害很大，为此在施工前，必须做好稳定分析工作。 岩坡不同于一般土质边坡，其特点是岩体结构复杂、断层、节理、裂隙互相切割，块体极不规则，因此岩坡稳定有其独特的性质。它同岩体的结构、块体密度和强度、边坡坡度、高度、岩坡表面和顶部所受荷载，边坡的渗水性能，地下水位的高低等有关。 岩体内的结构面，尤其是软弱结构面的的存在，常常是岩坡不稳定的主要因素。大部分岩坡在丧失稳定性时的滑动面可能有三种。一种是沿着岩体软弱岩层滑动；另一种是沿着岩体中的结构面滑动；此外，当这两种软弱面不存在时，也可能在岩体中滑动，但主要的是前面两种情况较多。在进行岩坡分析时，应当特别注意结构面和软弱层的影
露天矿山边坡稳定安全管理措施采矿生产过程中出现的边坡有露天采矿的边帮、排土场的边坡、地下采矿排弃的废石堆。排土场的边坡和废石堆具有共同的特征。 1边坡稳定 1.1边坡稳定的规定 (1)正常生产时期对采场工作帮应每季度检查一次,高陡边帮应每月检查一次,不稳定区段在暴雨过后应及时检查,对运输和行人的非工作帮,应定期进行安全稳定性检查(雨季应加强)。 (2)邻近最终边坡作业,应采用控制爆破减震;应按设计确定的宽度预留安全平台、清扫平台、运输平台;应保持台阶的安全坡面角,不应超挖坡底;局部边坡发生坍塌时,应及时报告矿有关主管部门,并采取有效的处理措施;每个台阶采掘结束,均应及时清理平台上的疏松岩土和坡面上的浮石,并组织矿有关部门验收。 (3)临近边坡排弃废石时,应保证边坡的稳固,防止滚石、滑塌的危害。且注意废石场荷载对边坡的影响 (4)应根据最终边坡的稳定类型、分区特点确定边坡各区监测级别。对边坡应进行定点定期观测,包括坡体表面和内部位移观测、地下水位动态观测、爆破震动观测等。 (5)遇有岩层内倾于采场且设计边坡角大于岩层倾角,有
多组节理、裂隙空间组合结构面内倾采场,有较大软弱结构面切割边坡、构成不稳定的潜在滑坡体的边坡,应事先采取有效的安全措施,管理边坡的稳定及安全。 1.2边坡安全管理的措施 (1)确定合理的台阶高度和平台宽度,台阶高度与埋藏条件和矿岩力学性质、穿爆作业的要求、采掘工作的要求有关,一般不超过15m。平台宽度影响边坡角的大小、边坡的稳定性。工作平台宽度一般为30~40m。 (2)正确选择台阶坡面角和最终边坡角,台阶坡面角的大小与矿岩性质、穿爆方式、推进方向、矿岩层理方向和节理发育情况等因素有关,较稳定的矿岩,工作台阶坡面角不大于55°;坚硬稳固的矿岩,工作台阶坡面角不大于75°。 (3)选用合理的开采顺序和推进方向,坚持从上到下的开采顺序,坚持打下向孔或倾斜炮孔,杜绝在作业台阶底部进行掏底开采,避免边坡形成伞檐状和空洞。选用从上盘向下盘的采剥推进模式。 (4)合理进行爆破作业,减少爆破震动对边坡的影响,应采用微差爆破、预裂爆破、减震爆破等控制爆破技术,并严格控制同时爆破的炸药量。在采场内尽量不用抛掷爆破应采用松动爆破,以防止飞石伤人,减少对边坡的破坏。 (5)有边坡滑动倾向的矿山,必须采取有效的安全措施。露天矿有变形和滑动迹象，必须设立专门观测点,定期观测记录
采掘场、排土场边坡稳定措施示范文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
采掘场、排土场边坡稳定措施示范文本使用指引：此解决方案资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 1、采掘场、排土场边坡参数设计要合理，加强平常监 测、维护，避免重大滑坡现象发生。 2、采掘作业必须按设计进行，坡底线不得超挖。 3、临近到界台阶时，应采用控制爆破，不得超钻并采 取减震措施，严禁采用硐室爆破。 4、含有露头煤的到界台阶，应采取防止露头煤风化、 自燃及沿煤层底板滑坡的措施。 5、剥离物在排弃时，基底尽量排弃块大的、坚硬的、 见水不易泥化的物料，尽量不破坏原有的径流条件，保持 基底排泄畅通。 6、在采掘场边坡周围建立完善的防排水设施，使外部 积水不入坑，并在排土场边坡上建立完整排水系统，使排
土场边坡上的雨水尽快排出，坑内的积水也尽早排出，以降低地下水水位，提高边坡的稳定。 7、在坑底设置“鱼刺状”的排水沟和集水沟，沟内设滤水管形成沿坑底的排水系统，及时将底部的水排出。 8、在实际生产中，应加强预先疏干工作，降低地下水对边坡稳定的影响。 9、在生产中，加强生产工程地质勘探，边坡地表、地下监测，加强地下水监测，对采场和排土场边坡实时监测，如有异常立即采取工程措施。 10、挡土墙安全措施（1）严格按照露天煤矿安全围堰的要求修建：宽1-1.5m、高60-80cm （2）每天根据现场挡土墙的实际情况调用作业区设备对其进行加高、加固等方面的整修 请在此位置输入品牌名/标语/slogan Please Enter The Brand Name / Slogan / Slogan In This Position, Such As Foonsion
第9章边坡稳定性分析 学习指导：本章介绍了边坡的破坏类型,即:岩崩和岩滑;着重介绍了边坡稳定性分析与评价基本方法,包括圆弧法岩坡稳定分析、平面滑动法岩坡稳定分析、双平面滑动岩坡稳定分析、力多边形法岩坡稳定分析及近代理论计算法；介绍了岩坡处理的措施。 重点：1边坡的变形与破坏类型； 2影响边坡稳定性的因素； 3边坡稳定性分析与评价. 9。1边坡的变形与破坏类型 9。1.1概述
随着社会进步及经济发展，越来越多地在工程活动中涉及边坡工程问题，通过长期的工程实践，工程地质工作者已对边坡工程形成了比较完善的理论体系,并通过理论对人类工程活动，进行有效地指导。近年来，随着环境保护意识的增加及国际减轻自然灾害十年来的开展，人类已认识到：边坡诞生不仅仅是其本身的历史发展，而是与人类活动密切相关；人类在进行生产建设的同时，必须顾及到边坡的环境效应，并且把人类的发展置于环境之中,因而相继开展了工程活动与地质环境相互作用研究领域，在这些领域中，边坡作为地质工程的分支之一，一直是人们研究的重点课题之一。 在水电、交通、采矿等诸多的领域，边坡工程都是整体工程不可分割的部分，为保证工程运行安全及节约经费，广大学者对边坡的演化规律、边坡稳定性及滑坡预测预报等进行了广泛研究。然而，随着人类工程活动的规模扩大及经济建设的急剧发展,边坡工程中普遍出现了高陡边坡稳定性及大型灾害性滑坡预测问题。在我国，目前的露天采矿的人工边
坡已高达300—500m，而水电工程中遇到的天然边坡高度已达500—1000米，其中涉及的工程地质问题极为复杂，特别是在西南山区，边坡的变形、破坏极为普遍,滑坡灾害已成为一种常见的危害人民生命财产安全及工程正常运营的地质灾害。
边坡稳定性分析方法 1.1 概述 边坡稳定性分析是边坡工程研究的核心问题，一直是岩土工程研究的的一个热点问题。边坡稳定性分析方法经过近百年的发展，其原有的研究不断完善，同时新的理论和方法不断引入，特别是近代计算机技术和数值分析方法的飞速发展给其带来了质的提高。边坡稳定性研究进入了前所未有的阶段。 任何一个研究体系都是由简单到复杂，由宏观到微观，由整体到局部。对于边坡稳定性研究，在其基础理论的前提下，边坡稳定分析方法从二维扩展到三维，更符合工程的实际情况；由于一些新理论和新方法的出现，如可靠度理论和对边坡工程中不确定性的认识，边坡稳定分析方法由确定性分析向不确定性分析发展。同时，由于边坡工程的复杂性，边坡稳定评价不能依赖于单一方法，边坡的稳定性评价也由单一方法向综合评价分析发展。 1.2 边坡稳定性分析方法 边坡稳定性分析方法很多，归结起来可分为两类：即确定性方法和不确定性方法, 确定性方法是边坡稳定性研究的基本方法,它包括极限平衡分析法、极限分析法、数值分析法。不确定性方法主要有随机概率分析法等。 1.2.1 极限平衡分析法 极限平衡法是边坡稳定分析的传统方法，通过安全系数定量评价边坡的稳定性，由于安全系数的直观性，被工程界广泛应用。该法基于刚塑性理论，只注重土体破坏瞬间的变形机制，而不关心土体变形过程，只要求满足力和力矩的平衡、Mohr-Coulomb准则。其分析问题的基本思路：先根据经验和理论预设一个可能形状的滑动面，通过分析在临近破坏情况下，土体外力与内部强度所提供抗力之间的平衡，计算土体在自身荷载作用下的边坡稳定性过程。极限平衡法没有考虑土体本身的应力—应变关系，不能反映边坡变形破坏的过程，但由于其概念简单明了，且在计算方法上形成了大量的计算经验和计算模型，计算结果也已经达到了很高的精度。因此，该法目前仍为边坡稳定性分析最主要的分析方法。在工程实践中，可根据边坡破坏滑动面的形态来选择相应的极限平衡法。目前常用的极限平衡法有瑞典条分法、Bishop法、Janbu法、Spencer法、Sarma法Morgenstern-Price 法和不平衡推力法等。
文章编号:1001-831X(2004)02-0250-06 岩石边坡稳定性分析方法 贾东远1,2,阴 可1,李艳华3 (1.重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2.秦皇岛市建筑设计院,河北秦皇岛 066001; 3.河北农经学院工业工程系,河北廊坊 065000) 摘 要:通过综述岩石边坡稳定性分析方法及其研究的一些新近展,并具体从极限平衡法、数值计算方法、流变分析、动力分析等方面进行详细论述,对岩石边坡稳定性分析中涉及到的岩体参数取值、计算模型、各种方法的优缺点等方面进行了探讨,最后提出对岩石边坡稳定性分析的建议。 关键词:岩石边坡;稳定性;极限平衡;数值计算 中图分类号:TU457 文献标识码:A 前言 岩石边坡稳定性分析一直是岩土工程中重要的研究内容。在我国基本建设中,特别是三峡工程及西部大开发,出现了许多岩石边坡工程,如三峡船闸高边坡、链子崖危岩体以及由于移民迁建用地、城市建设用地形成的边坡等等。在解决这些复杂的岩石边坡问题的过程中,大大促进了岩石边坡稳定性分析方法的发展。随着人们对岩石边坡认识的不断深入以及计算机技术的发展,岩石边坡稳定性分析方法近年来发展很快,取得了一系列研究成果,现分别对其中主要的研究方向和成果作简要介绍并分析各自特点和适用条件,为岩石边坡稳定性分析的工程应用和理论研究提供参考意见。 1 岩体参数及计算模型 极限平衡、数值计算等计算方法在岩石边坡稳定性分析中得到广泛应用,其中如何选择计算所需的工程岩体力学参数成为关键的问题。对于重大工程,可通过现场大型岩体原位试验取得岩体力学参数,但由于时间和资金限制,原位试验不可能大量进行,因而该方法仍有一定的局限性。另外,选取岩性特别均匀的试样几乎是不可能的,多数情况下,是用经验公式来确定岩体抗剪强度参数。但是,经验公式是以一定数量的室内和现场实验资料为依据,通过回归分析求出的,而未能把较多的地质描述引入其中。各个经验公式计算同一岩体的参数时,普遍存在因经验程度不同而确定出的抗剪强度相差较大。由于这些原因,许多文献提出了用其它方法来确定岩体的抗剪强度参数[1-4]。其中张全恒(1992)[1]讨论了确定岩体结构面抗剪强度参数常规方法存在的问题,提出了经验公式和实验相结合的试件法;何满潮(2001)[2]根据工程岩体的连续性理论,提出了根据室内完整岩块试验参数,结合野外工程岩体结构特点进行计算机数值模拟试验,从而确定工程岩体力学参数的方法;周维垣(1992)[3]提出确定节理岩体力学参数的计算机模拟试验法,该方法基于节理裂隙岩体的野外勘察资料,建立岩体损伤断裂模型,在计算机上模拟试验过程,获得所需数据;杨强等(2002)[4]在样本有限的情况下,采用可靠度理论,求出某保证率下的岩体抗剪强度值。 岩体作为复杂的地质体,其力学特性是多种因素共同作用的结果,如形成过程、地质环境和工程环境等。为了能将所有控制因素作为一个整体来考虑,而不仅局限于定量因素,许多文献利用人工 第24卷 第2期2004年6月 地 下 空 间 UNDERGROUND SPACE Vol.24 No.2 Jun.2004 收稿日期:2003-12-11(修改稿) 作者简介:贾东远(1975-),男,河北唐山人,硕士,主要从事岩土工程设计、检测方面的工作。
边坡稳定性计算 一、编制依据 为保证挖方施工安全，施工现场做到“安全、文明”，满足施工进度要求，以下列法律、法规、标准、规范、规程、相关文件为强制性前提，进行边坡稳定性计算。 1、现有施工图设计； 2、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）； 3、《路桥施工计算手册》（人民交通出版社）； 4、《土力学与地基基础》； 二、工程概况及地质情况 岢岚至临县高速公路是《山西省高速公路网规划》“3纵11横11环”中西纵高速公路的重要组成部分，也是山西省西部把第四横（保德-五台长城岭）和第五横（平定杨树庄—佳县）高速公路窜连起来的重要路段。 项目区路线走廊带地形起伏极大，总体地势为东北高西南低，地貌主体为隆起的基岩中山与黄土梁峁，部分区域为海拔较低的河流沟谷及冲沟，。受构造活动和水流侵蚀作用的影响，本区地形切割剧烈，河谷发育，沟壑纵横，依据地貌成因类型及其显示特征，将本区划分为黄土丘陵区、侵蚀堆积河川宽谷区、山岭区、黄土覆盖中低山区四个地貌单元，岩性主要为第四系冲、坡积及风积粉土及粉质粘土等。 三、计算 本项目地形复杂，涵洞、桩基及路基施工作业面比较多。根据挖方路段在全线的分布情，选择有代表性路段进行分析计算。由于项目地质挖方为风积粉土及粉质粘土，是典型的黄土地貌。根据施工图纸给出的计算参数，对于黄土挖方路段，拟定边坡参数γ=19g/cm3，C=40 Kpa，φ=29°，采用瑞典条分法进行计算，稳定安全系数达到1.2以上。 3.1 瑞典条分法原理 如图所示边坡，瑞典条分法假定可能滑动面是一圆弧AD，不考虑条块两侧的作用力，即假设Ei和Xi的合力等于Ei+1和Xi+1的合力，同时它们的作用线
边坡稳定性分析方法及其适用条件 摘要：边坡是一种自然地质体，在外力的作用下，边坡将沿其裂隙等一些不稳定结构面产生滑移，当土体内部某一面上的滑动力超过土体抗滑动的能力，将导致边坡的失稳。边坡稳定性分析是岩土工程的一个重要研究内容，并已经形成一个应用研究课题，本文对目前边坡稳定性分析中所采用的各种方法进行了归纳，并阐述了其适用条件。 关键词：边坡稳定性分析方法适用条件 正文： 一、工程地质类比法 工程地质类比法，又称工程地质比拟法，属于定性分析，其内容有历史分析法、因素类比法、类型比较法和边坡评比法等。该方法主要通过工程地质勘察，首先对工程地质条件进行分析，如对有关地层岩性、地质构造、地形地貌等因素进行综合调查和分类，对已有的边坡破坏现象进行广泛的调查研究，了解其成因、影响因素和发展规律等；并分析研究工程地质因素的相似性和差异性；然后结合所要研究的边坡进行对比，得出稳定性分析和评价。其优点是综合考虑各种影响边坡稳定的因素，迅速地对边坡稳定性及其发展趋势作出估计和预测；缺点是类比条件因地而异，经验性强，没有数量界限。 适用条件：在地质条件复杂地区，勘测工作初期缺乏资料时，都常使用工程地质类比法，对边坡稳定性进行分区并作出相应的定性评价，因此，需要有丰富实践经验的地质工作者，才能掌握好这种方法。
二、极限分析法 应用理想塑性体或刚塑性体处于极限状态的极小值原理和极大 值原理来求解理想塑性体的极限荷载的一种分析方法。它在土坡稳定分析时，假定土体为刚塑性体，且不必了解变形的全过程，当土体应力小于屈服应力时，它不产生变形，但达到屈服应力，即使应力不变，土体将产生无限制的变形，造成土坡失稳而发生破坏。其最大优点是考虑了材料应力—应变关系，以极限状态时自重和外荷载所做的功等于滑裂面上阻力所消耗的功为条件，结合塑性极限分析的上、下限定理求得边坡极限荷载与安全系数。 三、极限平衡法 该法将滑体作为刚体分析其沿滑动面的平衡状态,计算简单。但由于边坡体的复杂性,计算时模型的建立与参数的选取不可避免地使计算结果与实际结果不吻合。常用的方法有如下几种。 1瑞典条分法。基本假定:A边坡稳定为平面应变问题;B滑动面为圆弧;C计算圆弧面安全系数时,将条块重量向滑面法向分解来求法向力。该方法不考虑条间力的作用,仅能满足滑动体的力矩平衡条件,产生的误差使安全系数偏低。 优缺点：在不能给出应力作用下的结构图像的情况下，仍能对结构的稳定性给出较精确的结论，分析失稳边坡反算的强度参数与室内试验吻合度较好，使分析程序更加可信;但需要先知道滑动面的大致位置和形状，对于均质土坡可以通过搜索迭代确定其危险滑动面，但是对于岩质边坡，由于其结构和构造比较复杂，难以准确确定其滑动
附件四：边坡稳定性计算书 1、汽机房区域边坡稳定性计算书（适用于基坑基底标高为-7.00m~-9.00m）H=8.5m 天然放坡支护 ---------------------------------------------------------------------- [ 基本信息 ] ---------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------- [ 放坡信息 ] ---------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------- [ 超载信息 ] ----------------------------------------------------------------------
---------------------------------------------------------------------- [ 土层信息 ] ---------------------------------------------------------------------- [ 土层参数 ] ---------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------- [ 整体稳定验算 ] ---------------------------------------------------------------------- 天然放坡计算条件: 计算方法：瑞典条分法 应力状态：总应力法 基坑底面以下的截止计算深度: 0.00m 基坑底面以下滑裂面搜索步长: 5.00m 条分法中的土条宽度: 1.00m 天然放坡计算结果:
边坡稳定性分析方法 边坡稳定性问题涉及矿山工程、道桥工程、水利工程、建筑工程等诸多工程领域。岩土边坡是一种自然地质体，一般被多组断层、节理、裂隙、软弱带切割，使边坡存在削弱面，在边坡角变化、地下水、地震力、水库蓄水等外因作用下，使边坡沿削弱面产生相对滑移而产生失稳。 边坡稳定性分析过程一般步骤为：实际边坡→力学模型→数学模型→计算方法→结论[4]。其核心内容是力学模型、数学模型、计算方法的研究，即边坡稳定性分析方法的研究。边坡稳定分析方法研究一直是边坡稳定性问题的重要研究内容，也是边坡稳定研究的基础。 1 边坡稳定性研究发展状况 边坡稳定性的分析研究始于本世纪二十年代，最早是对土质边坡的稳定性进行分析和计算，直到60年代初，岩体边坡的稳定性分析研究才开始进行。早期对边坡稳定性的研究主要从两方面进行的：一是借用刚体极限平衡理论，根据三个静力平衡条件计算边坡极限平衡状态下的总稳定性。二是从边坡所处的地质条件及滑坡现象上对滑坡发生的环境及机制进行分析，但基本上都是单因素的。 50年代，我国许多工程地质工作者，在研究中采用前苏联的“地质历史分析”法，也是偏重于描述和定性分析。60年代初的意大利瓦依昂水库滑坡及我国一些水电工程及露天矿山遇到的大型滑坡和岩体失稳事件，使工程地质学家们认识到边坡是一个时效变形体，边坡的演变是一个时效过程或累进性破坏过程，每一类边坡都有其特定的时效变形形式或时效变形过程，这些过程所包含的力学机制只有用近代岩石力学理论才能解释，从而使边坡稳定性研究进入了模式机制研究或内部作用过程研究的新阶段。 进入80年代以来，边坡稳定研究进入了蓬勃发展的新时期。一方面随着计算理论和计算机科学的迅猛发展，数值模拟技术已广泛应用于边坡稳定性研究。边坡稳定性分析的研究也开始采用数值模拟手段定量或半定量地再现边坡变形破坏过程和内部机制作用过程，从岩石力学和数学计算的角度认识边坡变形破坏机制，认识边坡稳定性的发展变化。另一方面，现代科学理论方法，如系统方法、模糊数学、灰色理论、数量化理论及现代概率统计等新兴学科都被广泛的引入边坡稳定性的科学研究中，从而大大扩充了边坡工程的理论和研究方法，提高
******有限公司 科技发展项目建议书 项目名称：排土场稳定性分析及监测治理综合技术研究项目类别：（采矿√、选矿、冶炼、化工、加工、其他）项目单位（公章）：**************** ：**************** 项目单位负责人：***** 项目负责人：****** 申报日期：2015年 12月04日 ****************有限公司制
一、项目的必要性： 矿山工业的迅速发展与征地之间的矛盾，使得矿山排土技术强调运距短、少占土地，在露天开采境界外就近排土，从而导致露天排土场岩土量大而集中。由于排土场由松散的剥离物组成，稳定性差，季节性灾害比较明显，排土工程一直是露天矿生产的薄弱环节。因此，合理规划排土工程，科学管理排土场所，不仅是保证全面完成矿山生产任务的必须手段，而且对社会和生态平衡也有着十分重要的意义。 ****************严格按照有关标准、规范、规程要求，完成了****************索尔库都克铜矿（以下简称索矿）排土场初步设计，索矿排土场设计采用多台阶排土，底部标高740m，顶部标高830m，最终排土高度90m。排土场每一台阶排弃坡度为35°，最终堆积边坡角28°，台阶高度15m；排土场投入使用后，一直十分稳定，足见设计的合理性。因矿区地处戈壁，遍布矿区的第四系风成沙、残坡、洪积层和第三系乌伦古河组卵砾石孔隙发育；近年来，因北疆地区雨雪较多，第四系表土接受大气降水的渗入补给，随着雨水入渗使得岩土体的抗剪强度降低或软化；水入渗导致的渗流作用也使排土场岩体的下滑力增加，两者的相互作用导致索矿排土场发生了几次小规模的滑坡现象。 排土场内部滑移破坏裂隙（拍摄于2015年6月） 排土场西侧地基破坏（拍摄于2015年9月） 实践表明，当排土场坐落于软弱地层上时，由于地基受排土场荷载压力而产生的滑坡和底鼓，然后牵动排土场滑坡，这类牵引式滑
露天矿山边坡稳定性影响因素及分析方法研究 发表时间：2018-11-28T14:24:51.693Z 来源：《基层建设》2018年第29期作者：陶学锋 [导读] 摘要：本文分析了露天矿山边坡特点及露天矿山边坡稳定性的影响因素，研究了边坡的稳定性情况，最终得到了新设计露采边坡合理坡型设计参数，并对现有边坡提出了有效的安全稳定性治理措施，确保该矿露天边坡的安全，为该矿安全稳定生产奠定了基础。 四川省煤田地质工程勘查设计研究院四川成都 610000 摘要：本文分析了露天矿山边坡特点及露天矿山边坡稳定性的影响因素，研究了边坡的稳定性情况，最终得到了新设计露采边坡合理坡型设计参数，并对现有边坡提出了有效的安全稳定性治理措施，确保该矿露天边坡的安全，为该矿安全稳定生产奠定了基础。 关键词：露天矿山；边坡稳定性；影响因素；分析方法 一、露天矿山边坡稳定性影响因素 1岩体特征及结构影响 在岩体特征因素中，岩性特征的内容一般包括岩体本身的自重、孔隙度、岩体的内聚力、抗压强度和抗剪强度。此类特征的存在，都会在一定层面上影响到露天矿山边坡的稳定性，尤其是岩体自身的抗剪强度的大小，能够直接决定了露天矿山边坡的是否会产生滑动，发生事故。一般而言，露天矿山中的岩体本身具备的抗剪强度越高，对于露天矿山边坡的稳定性越有正面的帮助[2]。在岩体结构方面，当岩体自身在结构上足够稳定，一定会影响露天矿山边坡的稳定。当露天矿山边坡出现滑动时，滑动的轨迹具有一定的规律，即会伴随着露天矿山岩体的结构构造顺溜下滑。此时，如果露天矿山的边坡坡向和山体的结构面之间的交线倾斜角度一直，那么滑动事故就会发生，此时作为采矿管理人员就需要针对该项问题进行关注和解决。反之，当岩体结构面中的黏粒含量比较少，表面的颗粒之间十分粗糙，泥质物质的填充物料越单薄，此时的露天矿山边坡稳定性更高。 2人类采矿活动影响 在人类采矿活动影响因素中，主要包括三点，分别是爆破震动荷载、附加荷载以及开采顺序和推进方向。其一，在开展露天矿山爆破施工时，会使边坡岩体本身的应力受到一定的影响，如果应力集中区在不断扩大至一定程度后，就会造成露天矿山边坡滑动事故。对于爆破振动而言，其主要是由边坡所受到的振动频率以及速度快慢决定，而影响此类结果的因素包括岩石本身性质、地质、炸药量等。其二，附加荷载为露天矿山施工团队在边坡顶部堆积机械、废弃石材、矿山钻车、挖掘机等矿山开采设备自带的重量，都会对露天矿山山体形成附加性的荷载，继而降低边坡的稳定性。其三是采矿工作的开采次序以及推进方向影响因素。当推进实际的露天矿山采矿工程施工时，如果工程开采的次序推进不科学，亦或是直接在开采的过程中运用掏采的方式从露天矿山边坡的底部进行，此种开采方式形成的浮石、空洞，是影响边坡稳定性的重要因素。 3露天矿山地表、地下水影响 在露天矿山稳定性的众多影响因素中，地表水这一影响因素的存在，在具体的体现上为侵蚀边坡岩体。该种影响的出现时节，主要是在雨季时节和冰雪刚刚解冻的时间点上。在此背景下，岩体会受到裂缝中充水的影响，增加原有的岩体裂缝，从而失去岩石本身固有的约束力。另一方面，当岩体内充水之后，露天矿山的边坡岩体会被充水的结果软化，继而负面降低了岩石体的固有强度和摩擦力，造成边坡的稳定性降低。 4露天矿山岩石体、风化及植被影响 在进行影响露天矿山边坡稳定性因素的分析时，还包括以下几个方面。其一是指露天矿山岩石体的构造力的作用，在该项影响因素中，质构造的运动期间形成的应力，会体现在触发式效应，以及积累效应方面上。其二，是指露天矿山岩石体的风化、植被作用。此类影响边坡稳定性的因素中，风化作用的成因是露天矿山所在地空气、温度的变化、降水量、积雪和风沙蚀变等，引起的表现是将岩体的原生以及构造结构面进行了扩大化处理，将岩体裂缝的进行了加大。 二、边坡稳定性分析的主要方法 1极限平衡法 极限平衡法是将滑动范围内的岩土体按规则划分为小块体，通过分析块体的受力平衡条件来构建平衡方程，以安全系数表示其稳定程度。对于直线型滑动，安全系数定义为抗滑力与下滑力之比；对于曲线型滑动，安全系数则为抗滑力矩与下滑力矩之比。其评判标准为：安全系数大于1时呈稳定状态；等于1时处于临界状态；小于1时为失稳状态。由于边坡结构常常比较复杂、影响因素多种多样，常有安全系数大于1发生破坏，而小于1反而稳定的矛盾现象。因此，极限平衡法还需要进一步的发展和完善。 2基于FLAC30强度折减的有限差分法 FLAC30强度折减法是一种新起的针对性比较强的分析方法，通过折减岩土体抗剪强度参数，代入有限差分软件一直计算到不收敛为止，使边坡处于破坏状态而得到滑动破坏面。这种方法不需事先假定滑移面的形式和位置，可直接得到安全系数，并判断边坡是否处于安全状态和可能发生滑坡的区域。以A为例进行点的应力分析，假设岩体抗剪强度以折减系数F。进行折减，当逐渐增加折减系数，岩体的抗剪强度会逐渐降低，边坡的塑性区范围会逐渐扩大，当折减系数增加到一定程度时，塑性区形成连通区域，则认为边坡已发生破坏。此时的强度折减系数即为边坡的整体安全系数，滑裂面的位置可根据位移等值线和剪应力等值线的疏密程度以及塑形区的范围来确定。 3基于强度折减的有限元法 有限元法是将岩土体分割成不同大小和种类的小区域，然后分析每一个单元的受力情况，再组合成整个系统并构成系统方程组，然后求解。这种方法主要依据弹塑性理论，得出完整的应力、应变结果，再折减所有单元的强度指标直至失去平衡，以此来评价边坡的稳定。该方法具有如下优点：可分析任何形状的结构体，对于几何条件、荷载条件和材料分区较为复杂的问题，也能够解决。理论体系更为严密，除线性分析外，还可进行非线性分析，并考虑边坡内部的应力、应变问题，满足变形协调条件。无需预先假定滑裂面的位置和形状，就可自动找出潜在滑裂面并计算安全系数。可根据塑性区的扩展调整荷载分布。 三、防止露天矿山边坡稳定性灾害方法 ①加大对于露天矿山边坡所处位置的地质勘察工作强度。②掌握地下水源资料。依照勘探出的地下水源资料，针对水源的具体位置进行导流，采用的方式可以是注浆堵水或者是挖掘排水沟等，最大程度减低地表水对于露天矿山边坡稳定性造成的伤害。③监测露天矿山边坡。构建完善的露天矿山边坡状况监测系统，应用微震监测技术、AE发射技术最大程度提升监测工作的质量，掌握露天矿山边坡岩体结构
边坡稳定性分析 内容摘要 目前，边坡失稳的防治仍然是一项很艰巨的任务，对边坡的稳定性分析及处治技术进行深入研究具有重要的意义。论文首先简要阐述了边坡工程稳定性分析及处治技术研究的意义，介绍了边坡工程稳定性分析的一些常用方法，并结合笔者的实践经验，提出了边坡工程处治对策。 边坡稳定分析是岩土工程中的重要研究课题。边坡稳定性分析的观点变化是随着人类理论方面的突破和实践经验的积累而变化的。总的来说,边坡稳定性分析是一个逐步由定性分析向定量、半定量分析发展的过程,并且可视化程度越来越高。文章从定性分析、定量分析、不确定分析等角度介绍了几种主要的边坡稳定性分析方法 关键词：边坡；边坡稳定性；边坡失稳；稳定性分析；处治对策 1
边坡稳定性分析 目录 内容摘要 (1) 1绪论 (4) 1.1 边坡稳定性概念 (4) 1.1.1 边坡体自身材料的物理力学性质 (4) 1.1.2 边坡的形状和尺寸 (5) 1.1.3 边坡的工作条件 (5) 1.1.4 边坡的加固措施 (5) 1.2 边坡的稳定性表示方法 (5) 1.3 边坡破坏 (6) 2 边坡的分类 (6) 3 边坡稳定性的影响因素 (7) 3.1 潜在影响因素 (7) 3.1.1 地形因素 (7) 3.1.2 地质材料因素 (7) 3.1.3 地质构造因素 (8) 3.2 诱发影响因素 (8) 3.2.1 环境因素 (8) 3.2.2 人为因素 (9) 4 边坡稳定性的分析方法 (10) 4.1 定性分析方法 (10) 4.1.1 工程地质类比法 (10) 4.1.2 地质分析法(历史成因分析法) (10) 4.1.3 图解法 (10) 4.1.4 边坡的分析数据库和专家系统 (11) 4.2 定量分析方法 (11) 4.2.1 极限平衡法 (11) 2
一、边坡稳定性计算方法 在边坡稳定计算方法中，通常采用整体的极限平衡方法来进行分析。根据边坡不同破裂面形状而有不同的分析模式。边坡失稳的破裂面形状按土质和成因不同而不同，粗粒土或砂性土的破裂面多呈直线形；细粒土或粘性土的破裂面多为圆弧形；滑坡的滑动面为不规则的折线或圆弧状。这里将主要介绍边坡稳定性分析的基本原理以及在某些边界条件下边坡稳定的计算理论和方法。 （一）直线破裂面法 所谓直线破裂面是指边坡破坏时其破裂面近似平面，在断面近似直线。为了简 化计算这类边坡稳定性分析采用直线破裂面法。能形成直线破裂面的土类包括：均质砂 性土坡；透水的砂、砾、碎石土；主要由内摩擦角控制强度的填土。 图 9 － 1 为一砂性边坡示意图，坡高 H ，坡角β，土的容重为γ，抗 剪度指标为c、φ。如果倾角α的平面AC面为土坡破坏时的滑动面，则可分析 该滑动体的稳定性。 沿边坡长度方向截取一个单位长度作为平面问题分析。 图9-1 砂性边坡受力示意图已知滑体ABC重 W，滑面的倾角为α，显然，滑面 AC上由滑体的重量W= γ（Δ ABC）产生的下滑力T和由土的抗剪强度产生的抗滑力Tˊ分别为： T=W · sina 和 则此时边坡的稳定程度或安全系数可用抗滑力与下滑力来表示，即 为了保证土坡的稳定性，安全系数F s 值一般不小于 1.25 ，特殊情况下可允许减小到 1.15 。对于C=0 的砂性土坡或是指边坡，其安全系数表达式则变为 从上式可以看出，当α =β时，F s 值最小，说明边坡表面一层土最容易滑动，这时
当 F s =1时，β=φ，表明边坡处于极限平衡状态。此时β角称为休止角，也称安息角。 此外，山区顺层滑坡或坡积层沿着基岩面滑动现象一般也属于平面滑动类型。这类滑坡滑动面的深度与长度之比往往很小。当深长比小 于 0.1时，可以把它当作一个无限边坡进行分析。 图 9-2表示一无限边坡示意图，滑动面位置在坡面下H深度处。取一单位长度的滑动土条 进行分析，作用在滑动面上的剪应力为,在极限平衡状态时，破坏面上的 剪应力等于土的抗剪强度，即 得 式中N s =c/ γ H 称为稳定系数。通过稳定因数可以确定α和φ关系。当c=0 时，即无粘性 土。α =φ，与前述分析相同。 二圆弧条法 根据大量的观测表明，粘性土自然山坡、人工填筑或开挖的边坡在破坏时，破裂面的形状多呈近似的圆弧状。粘性土的抗剪强度包括摩擦强度和粘聚强度两个组成部分。由于粘聚力的存在，粘性土边坡不会像无粘性土坡一样沿坡面表面滑动。根据土体极限平衡理论，可以导出均质粘这坡的滑动面为对数螺线曲面，形状近似于圆柱面。因此，在工程设计中常假定滑动面为圆弧面。建立在这一假定上稳定分析方法称为圆弧滑动法和圆弧条分法。 1. 圆弧滑动法 1915 年瑞典彼得森（ K.E.Petterson ）用圆弧滑动法分析边坡的稳定性，以后该法在各国得到广泛应用，称为瑞典圆弧法。 图 9 － 3 表示一均质的粘性土坡。AC 为可能的滑动面，O为圆心，R 为半径。假定 边坡破坏时，滑体ABC在自重W 作用下，沿AC绕O 点整体转动。滑动面 AC 上的力 系有：促使边坡滑动的滑动力矩 M s =W · d ；抵抗边坡滑动的抗滑力矩，它应该包括由 粘聚力产生的抗滑力矩M r =c ·AC · R ，此外还应有由摩擦力所产生的抗滑力矩，这里 假定φ＝ 0 。边坡沿AC的安全系数F s 用作用在 AC面上的抗滑力矩和下滑力矩之比表 示，因此有 这就是整体圆弧滑动计算边坡稳定的公式，它只适用于φ＝ 0 的情况。 图9-3 边坡整体滑动 2. 瑞典条分法 前述圆弧滑动法中没有考虑滑面上摩擦力的作用，这是由于摩擦力在滑面的不同位置其方向和大小都在改变。为了将圆弧滑动法应用于φ＞ 0 的粘性土，在圆弧法分析粘性土坡稳定性的基础上，瑞典学者 Fellenius 提出了圆弧条分析法，也称瑞典条分法。条会法就是将滑动土体竖向分成若干土条，把土条当成刚塑体，分别求作用于各土条上的力对圆心的滑动力矩和抗滑力矩，然后按式（ 9-5 ）求土坡的稳定安全系数。 采用分条法计算边坡的安全系数F ，如图 9 － 4 所示，将滑动土体分成若干土条。土条的宽度越小，计算精度越高，为了避免计算过于繁
仅供参考[整理] 安全管理文书 采掘场、排土场边坡稳定措施 日期：__________________ 单位：__________________ 第1 页共3 页
仅供参考[整理] 采掘场、排土场边坡稳定措施 1、采掘场、排土场边坡参数设计要合理，加强平常监测、维护，避免重大滑坡现象发生。 2、采掘作业必须按设计进行，坡底线不得超挖。 3、临近到界台阶时，应采用控制爆破，不得超钻并采取减震措施，严禁采用硐室爆破。 4、含有露头煤的到界台阶，应采取防止露头煤风化、自燃及沿煤层底板滑坡的措施。 5、剥离物在排弃时，基底尽量排弃块大的、坚硬的、见水不易泥化的物料，尽量不破坏原有的径流条件，保持基底排泄畅通。 6、在采掘场边坡周围建立完善的防排水设施，使外部积水不入坑，并在排土场边坡上建立完整排水系统，使排土场边坡上的雨水尽快排出，坑内的积水也尽早排出，以降低地下水水位，提高边坡的稳定。 7、在坑底设置鱼刺状的排水沟和集水沟，沟内设滤水管形成沿坑底的排水系统，及时将底部的水排出。 8、在实际生产中，应加强预先疏干工作，降低地下水对边坡稳定的影响。 9、在生产中，加强生产工程地质勘探，边坡地表、地下监测，加强地下水监测，对采场和排土场边坡实时监测，如有异常立即采取工程措施。 10、挡土墙安全措施（1）严格按照露天煤矿安全围堰的要求修建：宽1-1.5m、高60-80cm （2）每天根据现场挡土墙的实际情况调用作业区设备对其进行加高、加固等方面的整修 第 2 页共 3 页
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... . . 土坡稳定性计算书 本计算书参照《建筑施工计算手册》江正荣编著中国建筑工业、《实用土木工程手册》第三版文渊编著人民教同、《地基与基础》第三版中国建筑工业、《土力学》等相关文献进行编制。 计算土坡稳定性采用圆弧条分法进行分析计算，由于该计算过程是大量的重复计算，故本计算书只列出相应的计算公式和计算结果，省略了重复计算过程。 本计算书采用瑞典条分法进行分析计算，假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体，还假定不考虑土条两侧上的作用力。 一、参数信息: 条分方法：瑞典条分法； 考虑地下水位影响； 基坑外侧水位到坑顶的距离(m)：1.56； 基坑侧水位到坑顶的距离(m)：14.000； 放坡参数： 序号放坡高度(m) 放坡宽度(m) 平台宽度(m) 条分块数 0 3.50 3.50 2.00 0.00 1 4.50 4.50 3.00 0.00 2 6.20 6.20 3.00 0.00 荷载参数： 土层参数：
序号土名称 土厚 度 （m） 坑壁土的重 度γ(kN/m3) 坑壁土的摩 擦角φ(°) 粘聚力 （kPa） 饱容重 (kN/m3) 1 粉质粘土15 20.5 10 10 20.5 二、计算原理: 根据土坡极限平衡稳定进行计算。自然界匀质土坡失去稳定，滑动面呈曲面，通常滑动面接近圆弧，可将滑裂面近似成圆弧计算。将土坡的土体沿竖直方向分成若干个土条，从土条中任意取出第i条，不考虑其侧面上的作用力时，该土条上存在着： 1、土条自重， 2、作用于土条弧面上的法向反力， 3、作用于土条圆弧面上的切向阻力。 将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数，考虑安全储备的大小，按照《规》要求，安全系数要满足>=1.3的要求。 将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数，考虑安全储备的大小，按照《规》要求，安全系数要满足>=1.3的要求。 三、计算公式:
每次大的深部构造运动都会导致产生新的应力状态水平应力=上覆岩层重力X侧压应力系数构造应力场内：自重应力 水平应力铅直应力 李四光《地质力学理论》非洲测得：水平应力是铅直应力的2.6倍 2.6其他因素影响 一、露天矿存在年限 具体讲应指边坡服务年限 时间长，岩体强度减弱大，稳定系数大些 二、边坡形状 凹形：侧向阻力大，稳定性好 凸性：侧向阻力小，稳定性不好 但凸性边坡剥离量最小，经济合理 三、地形荷载：外排土场就近位置 推进方向（工作线）破坏岩体完整性，引起边坡滑落总之，因为边稳固什么很多，尚待研究。 3 —1边坡工程地质工作程序 一、边坡工程工作主要任务： 1、搜集影响边坡稳定性的各项因素； 2、分析边坡岩体的稳定性： —查明岩体中结构面分布及岩性变化； —分析潜在滑面； —建立滑动模式。 二、边坡工程地质工作程序： 三、1、区域地质背景； 四、2、矿区地质构造； 五、3、露天矿现采场边坡工程地质条件； 六、4、露天矿最终采场边坡工程地质条件； 七、5、露天矿边坡工程地质分区。 三、露天矿边坡各阶段的工作内容 -矿山地质勘探报告； -露天矿设计阶段； -投产以后岩层暴露。 1、岩性分布； 2、地质结构面分布 3、出水点； 4、采掘台阶现状； 5、工程地质分区及剖面线； 6、岩石力学试验取样地点 3—2岩体结构面的调查主要调查节理、岩层面产状、密度。
方法：地面测量；钻孔。 一、 结构面地面调查（表 3-1为调查内容） 二、 钻孔定向取芯，主要是探明深部的不利结构面。 （一）岩芯定向 三个要素：倾向、倾伏角、围岩轴 线（旋转的某一基准线）。 第五章边坡稳定性计算 5.1概述 一、边坡岩体内部分析 1、有两种运动 a 、 相对静止：边坡稳定 b 、 显着变动：滑坡（变动非常复杂） 2、滑坡原因 a 驱动滑坡因素 震动 水 构造应力 温差应力 b 、抗滑能力 岩体强度 二、 露天采场边坡 1、 高大边坡 2、 暴露岩层多 3、 地质构造面纵横交错 4、 水文及工程地质条件复杂 因此，边坡随时监控调整，合理的边帮角只能最终评价。 三、 目前研究现状及任务 1、 土体边坡稳定研究，解决岩石边坡有许多问题 2、 露天边坡稳定计算任务 a 验算已有边坡的稳定性，以便决定是否采取防护措施，并作为防护设施设计的依据。 b 、 设计露天矿合理边坡角，在已知开采深度，设计既经济合理又安全的边坡角。 c 、 边坡的技术原理 I 、到界边帮台阶的减震爆破 n 、防排水 川、伞檐处理 管理不善，缓坡可能滑坡，管理好陡帮也可能安全（例如平装西露天矿）结合生产工艺 3、 经验法选取边帮稳定角 爆破<40度 金属矿<50度 4、边坡稳定表示方法 当 Fs<1，滑坡 四、本章研究内容： 当 Fs=1，极限平衡 当 Fs>1，稳定。保守起见 根据边坡服务年限选取不同值 :=Fs F 抗滑数取 滑力 1.3。