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露天矿排土场边坡稳定性分析

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关键词：极限平衡法；有限单元法；排土场边坡稳定分析
中图分类号：TD 2
文献标识码：A
Slope stability analysis on waste disposal site of opencast
CHEN Peng1，CHEN Pengfei2 （1.Department of Student Management Liaoning Technicial University.,Fuxin 123000, China； 2.College of Resources and Environment Engineering of Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China） Abstract：Based on the theory of slope stability analysis, this paper investigates and analyzes the limit equilibrium method and the finite element method under various conditions on waste disposal site at opencast mine. The findings demonstrate that the limit equilibrium method is the first choice if there are no weak base and weak layers at the disposal site. Otherwise, the combination of the finite element strength discounting method and the limit equilibrium method will provide a reliable outcome. The conclusions from this study were demonstrated in the real scenarios. Key words：limit equilibrium method; finite element method; slope stability analysis of waste disposal site
表 3 算例非圆弧搜索结果
Tab. 3 Uncircle arc sliding plane search result of example
方法
安全系数
滑动面端点坐标
左端点
右端点
瑞典条分法
—
—
—
简化毕肖普法
—
—
—
简化 Janbu 法
0.926 16.598，30 78.827，60
Morgenstern—price 法 0.997 15.806，30 80.519，60
因素又具有不确定性（模糊性、随机性、信息不完 全性和未确定性）和复杂性，故传统的确定性分析 方法理论用于排土场的边坡分析，结果不十分理 想。目前对排土场边坡分析还不能用理论方法完全 地计算其稳定性，大多数计算方法都是建立在一定 的假设基础上提出和发展的，不论是确定性分析如 极限平衡法、蒙特.卡洛模拟法、一次二阶矩法，还 是不确定性方法如模糊数学、灰色理论、数量化理 论、信息模型法等，其用于边坡稳定性评价的准确 性与实际情况仍有差距。本文从工程实际出发，与 传统的边坡稳定分析方法相比考虑到土场边坡的 特点，稳定性影响因素，滑坡的主要模式等，应用 的极限平衡法，有限单元法进行分析，经过分析整 理提出了最优排土场边坡稳定方法，更符合排土场 边坡的实际情况。更加贴近现实，适合实际应用[1-9]。
算例的分析结果显示当排土场存在弱层时，利 用极限平衡法 Morgenstern-price 法非圆弧搜索得到 的结果无论是滑动面位置还是安全系数值都与有 限元强度折减得到的结果非常接近，但此时堆积体 内滑动面为非圆弧即楔形滑动，这与排土场实际滑 动情况不相符，而有限元模拟则能得到比较实际的 滑动面形状，所以结果可信度较高，见图 4。
3 排土场稳定性分析
针对排土场边坡的特点，稳定性影响因素，滑 坡的主要模式，分别用极限平衡法与有限元法进行 排土场边坡稳定性分析。并且进行分析综合比较， 寻求最佳的排土场边坡稳定性方法。极限平衡法分 析采用了 slide 软件。有限元强度折减法分析采用 Plaxis 软件。
3.1 简单排土场边坡算例
0引言
边坡的稳定分析是岩土工程或土木工程中的 重要研究课题之一。国内外对边坡稳定性分析方法 包括极限平衡法、滑移线法、有限元法、数学规划 法以及智能方法都得到了极大的发展与应用。极限 平衡法在国内外被广泛地应用。极限平衡法是滑坡 稳定性分析计算的主要方法，也是工程实践中应用 最多的一种方法。由于有限元法考虑岩土内部的应 力应变关系能够分析边坡破坏的发生和发展过程。 比极限平衡法更为精确合理，所以有限元法分析边 坡稳定性逐渐得到广泛的应用。虽然边坡稳定性分 析方法多种多样，但由于排土场边坡与岩质边坡截 然不同，也区别于一般的天然土坡或工程坡体，对 其稳定性的专门研究很少，有待于形成具有自身特 点的方法和程式。由于人工排土场的稳定性受多方 面因素影响，触发滑坡的因素是多种多样的，而各
特征 /（kN·m-3) E/(kN·m-2）
C/kPa
φ /(°)
排弃物
18.7
150
0.35
23
29
弱层
20.2
70
0.45
30
7
基岩
25
20000
0.2
400
35
图 1 算例计算模型 Fig.1 model of example
3.2 计算结果与分析
根据本文关于滑坡模式的介绍，当排土场存在
弱层时，排土场常发生的滑坡模式为“坐落—滑移 式”滑坡，即滑体上部在堆积体内近似圆弧滑面， 滑体下部沿排土场基底弱层滑动剪出。而在极限平
分析结果，Morgenstern—price 法、瑞典条分法、 简化 Janbu 法得到了的最小安全系数滑动面相同， bishop 法得到的圆弧圆心与半径仍区别于其他三种 方法，但与其他三种方法得到的滑弧位置非常接
近，见图 2。
图 2 算例 bishop 与 Morgenstern—price 法滑弧比较图 Fig.2 compare circle arc by bishop and Morgenstern—price
（3）有限元强度折减法 Plaxis 分析时排土场整体的本构关系采用弹塑 性模型 Mohr—Coulomb 模型，位移边界条件为模 型底层水平和竖直位移均为零，两侧水平位移为 零。模型中采用 15 节点平面三角形单元。有限元 强度折减法分析得到的最危险滑动面安全系数值 为 0.991，与极限平衡法圆弧模式下得到的结果相 差很大，与非圆弧模式搜索的到得结果较接近，与 Morgenstern-price 法非圆弧搜索得到的结果最接
ox
oy
圆弧半径
瑞典条分法
0.985 34.949 64.295 39.299
简化毕肖普法
1.107 34.731 64.297 39.306
简化 Janbu 法
1.007 34.949 64.295 39.299
Morgenstern—price 法 1.072 34.949 64.295 39.299
Fig.3 compare sliding plane position by bishop and Morgenstern—price method
将分析结果得到的滑动面位置与圆弧搜索和 非圆弧搜索得到的滑动面比较现有限元法得到的 滑动面与 Morgenstern-price 法得到的滑动面最为接 近。
收稿日期：2009-10-22 基金项目：国家自然科学基金资助项目（50774046）；国家自然科学基金重点资助项目(50434020) 作者简介：陈 鹏（1975-），男，内蒙 巴彦淖尔人，博士研究生，副教授，主要从事矿业系统优化等方面的教学和研究，本文编校：于永江
第6期
Hale Waihona Puke 陈 鹏，等：露天矿排土场边坡稳定性分析
第 29 卷第 6 期 Vol.29 No.6
辽宁工程技术大学学报（自然科学版） Journal of Liaoning Technical University（Natural Science）
文章编号：1008-0562(2010)06-1028-04
露天矿排土场边坡稳定性分析
2010 年 12 月 Dec. 2010
1029
2 边坡稳定的因素与滑坡主要模式
2.1 影响排土场边坡稳定的因素
边坡的稳定性受多种因素的影响，主要可分为 内在因素和外在因素。内在因素包括：组成边坡的 岩土体性质、岩土体结构、地应力等，这些因素的 变化是十分缓慢的，它们决定边坡变形的形式和规 模，对边坡的稳定性起控制作用，是边坡变形的先 决条件。外部因素包括水的作用、工程作用、振动 等，这些因素的变化是很快的，但它只有通过内在 因素，才能对边坡稳定性起破坏作用，或者促进边 坡变形的发生和发展。边坡的变形和破坏一般是内 在的和外在的各种因素综合作用的结果。
陈 鹏 1，陈鹏飞 2
（辽宁工程技术大学 学生处，辽宁 阜新 123000；辽宁工程技术大学 资源与环境工程学院，辽宁 阜新 123000）
摘 要：为了更全面准确地了解露天矿排土场边坡稳定性情况,从而保证露天矿能健康安全的生产，以边坡稳定
性分析的理论为基础，对在排土场边坡稳定研究中应用的极限平衡法，有限单元法进行分析与探讨，分析各种方
衡法分析时，只有圆弧滑面与非圆弧滑面搜索方 式，因此本文分别使用两种模式搜索了算例的最危 险滑动面。
（1）圆弧滑面 分析选用四种方法，结果列于表 2。
表 2 算例圆弧滑面搜索结果
Tab.2 Circle arc sliding plane search

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露天采矿学露天矿边坡稳定性分析与维护

露天采矿学露天矿边坡稳定性分析与维护

露天采矿学露天矿边坡稳定性分析与维护概述露天矿边坡与其他岩土工程边坡相比具有如下特点：）露天矿边坡的规模较大边坡高度一般为～m最高可达～m边坡走向延伸可达数公里因而边坡揭露地层多边坡各部分的地质条件差异大变化复杂。

）露天矿边坡一般不维护故易受风化作用的影响。

）露天矿场频繁的爆破作业和车辆运行使边坡经常受到动荷载的作用。

同时随着采掘、运输及其他设备日益大型化边坡台阶的负荷有日益增大的趋势。

）露天矿的最终边坡由上至下逐渐形成上部边坡服务期长下部边坡服务期则相对较短。

）露天矿边坡的不同地段要求有不同的稳定程度。

边坡上部地表有重要建筑物不允许变形时要求的稳定程度高。

边坡上有站场、运输线路下部有采矿作业时要求的稳定程度较高。

对生产影响不大的地段稳定程度可要求低一些。

露天矿边坡稳定性分析与维护涉及岩体工程地质、岩体力学性质试验、边坡稳定性分析与计算、边坡治理和监测、维护等工作。

影响露天矿边坡稳定性的主要因素和边坡破坏形式影响露天矿边坡稳定性的主要因素影响露天矿边坡稳定的因素较多其中岩体的岩石组成、岩体构造和地下水是最主要的因素此外爆破和地震、边坡形状等也有一定影响。

现将其主要影响因素介绍如下：）岩石的组成岩石的矿物成分和结构构造对岩石的工程地质性质起主要作用通常强度高的岩石边坡稳定性也高片理、层理发育的岩石边坡稳定性相对较差。

）岩体结构边坡岩体的破坏主要受岩体中不连续面（结构面）的控制。

影响边坡稳定的岩体结构因素主要包括下列几方面：结构面的倾向和倾角一般来说同向缓倾边坡（结构面倾向和边坡坡面倾向一致倾角小于坡角）的稳定性较反向坡差。

同向缓倾坡中岩层倾角愈陡稳定性愈差水平岩层稳定性较好。

结构面的走向当倾向不利的结构面走向和坡面平行时整个坡面都具有临空自由滑动的条件对边坡的稳定不利。

结构面走向与坡面走向夹角愈大对边坡的稳定愈有利。

结构面的组数和数量当边坡受多组相交的结构面切割时整个边坡岩体自由变形的余地大切割面、滑动面和临空面多易于形成滑动的块体而且为地下水活动提供了较好的条件对边坡稳定不利。

露天矿排土场边坡稳定性分析

露天矿排土场边坡稳定性分析

ｍｅｈ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｆ ｉｅ ｅｅ ｎ ｔ ｏ ｎ ｅ ａ ｏ ｓｃ ｎ ｉ ｏ ｓｏ ｓｅｄ ｓ ｏ ａ ｉｅａ ｐｅ ｃ ｓ ｎ ． ｅ ｆｎ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｔ ｌｍｅ ｔｍｅ ｄ ｕ ｄ ｒｖ ｒ ｕ ｏ ｄｔ ｎ ｎ ｗａ ｔ ｉｐ ｓ ｌｓｔ ｔｏ ｎ ａｔｍｉ ｅ Ｔｈ ｄｎｇ ｎ ｈ ｉ ｈ ｉ ｉ ｉ ｄ ｍｏ ｔａ ｅ ｔａ ｅ ｌ ｔｅ ｕｉ ｂ ｉ ｔ ｄ ｉ ｅ ｆ ｓ ｈ ｉｅ ｉ ｅｅ ａ ｅ ｎ ａ ａ ｅ ａ ｄ ｗｅ ａ ｅ ｓａ ｅ ｅ ｎｓｒ ｔ ｔ ｔ ｉ ｑ ｌ ｒｕ ｍｅｈｏ ｓｔ ｒ ｔｃ ｏ ｃ ｆｔ ｒ ｒ ｏ ｗｅ ｋ ｂ ｓ ｈ ｈ ｍｉ ｉ ｍ ｈ ｉ ｈ ｎ ａ ｌｙ ｒ ｔｔ ｋ ｈ
第 ２ 卷第 ６ ９ 期
、ｏ ．９ ，１ ２ Ｎｏ． ６
辽 宁工程 技 术 大学学报 （自然科 学版 ）
Ｊ ｕ ａ ｆ ｉｏ ｉｇＴ ｃ ｎ ｃ ｌ ｉｅｓｔ Ｎａｕ ａ ｃｅ ｃ ｏ ｒ ｌ ａ ｎｎ ｅ ｈ ｉａ ｖ ｒｉ ｎ ｏＬ Ｕｎ ｙ（ ｔｒ ｌ ｉｎ ｅ） Ｓ
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露天开采边坡稳定性分析及滑坡防治措施

露天开采边坡稳定性分析及滑坡防治措施

机|械|工|程—科教导刊（电子版）·2019年第06期/2月（下）—284露天开采边坡稳定性分析及滑坡防治措施张浩洋（承德市五洲地质测绘有限公司河北·承德067000）摘要露天开采边坡工程和其他工程相比，其具有一定的特殊性，本文首先分析了露天矿边坡的特点、破坏形式以及影响边坡稳定的因素，对边坡稳定性进行了分析，最后提出几点安全防治措施。

关键词边坡稳定性露天矿边坡特点、破坏形式防治措施中图分类号：TU45文献标识码：A 0引言露天开采边坡安全问题是现在矿山面临的主要问题之一，边坡的岩土物质性质、设计参数、生产工艺、生产技术、露天矿周边环境以及管理员管理等因素，随着社会经济水平的不断提高，露天矿山的开采规模也越来越大，开采深度也在不断增加，然后会形成凹陷采场或深凹采场，这就造成了边坡的又高又陡，会很容易造成滑坡事故，所以要及时采取相关措施避免该类事故的发生。

1露天矿边坡的特点、破坏形式以及影响边坡稳定的因素1.1露天矿边坡的特点露天矿山开采过程决定了边坡的工程地质条件，随着露天矿山的不断开采，边坡也总是处于动态变化的过程，在开采过程中，各种工作平台、出入坑线以及堑沟等复杂的结构群体会使边坡工程系统更加复杂，而边坡稳定性只在矿山服务年限内有要求，可以允许岩体有一定程度的破坏和变形。

1.2露天矿边坡破坏的形式露天矿边坡破坏形式主要受工程地质条件来控制，根据破坏机理的划分，露天矿边坡破坏的主要形式有四种：平面破坏、楔体破坏、圆弧形破坏。

平面破坏主要指某一主要结构面发生的直线型滑动。

楔体破坏指在边坡岩体中有两组或两组以上的结构面和边坡相交，然后在岩体相互交切处呈现楔形体发生的破坏。

圆弧形破坏主要指边坡在破坏时呈现出圆弧状的下滑破坏。

1.3影响露天矿边坡稳定性的因素影响露天矿边坡稳定性的主要因素有内在因素和外在因素，内在因素主要指组成边坡岩土的性质、地质构造、岩体风化、岩体结构、岩体初始应力以及边坡的坡度等；外在因素主要指外界水的影响、工程载荷条件、震动以及人为因素等。

露天矿边坡稳定总结3

露天矿边坡稳定总结3

4.计算结果度不同坡角θ=42－49°, 冲水条件粘聚力C=500－1000KPa, 计算结果见表5-1结论: 边坡尚可适当加陡5.4圆弧画面计算方法引言: 适用范围1.匀质土坡2.露天矿的排土场3.结构面与边坡面相反倾向的岩体边坡一、纯粘性土（φ=0）假设条件1.滑体围绕一定轴心成钢体转动2.画面通过坡脚或坡脚以下力矩平衡条件分析边坡稳定性:计算的圆弧是无数的应从中确定出最危险滑面Fs 最小者为最危险滑面第一步: 先假设一弧, 通过坡脚, 轴心为O第二步: 分析作用力作用在圆弧上的力包括1.滑体重力W2.沿弧面的粘聚力C3.弧面上滑体所受的反力第三步: 建立极限平衡方程:抗滑力矩=滑动力矩 抗滑力矩 其中:抗滑力矩 抗滑力矩滑动力矩 a 为整个滑体, 重心与转轴的力臂长V ABDF, 计算时分为V ABD,求各自力矩:βω222sin sin 42H CW R l C =Wa =Rl C =WRl 2=22CWR =βsin HAD =βsin 221HAD AE ==22CWR =ω222sin sin 42H CW =Wa=)(AOD AODF AEDF V V V -ωsin R AE =ωβωβωsin sin 2sin 1sin 2sin HH AE R ===又:平衡方程: 抗滑力矩＝滑动力矩: 表达式, 粘聚力值因圆弧的几何参数（W, R ）而定。

解：C 极大值, 可确定最危险滑弧面即对β求导并求极大值得:联立5－18, 5－19两式子, 用数值解法绘制成图5－12；从图5－12可求得不同坡角α之下的ω, β;而α, ω, β三个值代入5－17式, 可求H, 也可将5－17式绘制成图, 直接可取用数值:βωγsin sin 323R M AODF =ωβωγ23cos sin sin 32R M AOD =βωsin sin 2H R =)cos 1(sin sin 122223ωβωγ-=-H M M AOD AODF βγ23sin 12HM M AOD AODF =-)61tan 31tan tan 21tan tan 21tan tan 21(sin sin 44222+-+-=αβααωβωωβωγH C ),,(4βωαγf H C =ωωαωαωωωωωαωωωωωωαωβtan )tan tan 31tan 3tan 21)(sin cos 2(sin tan tan )sin 2(sin )tan (tan tan --+---+=co )61tan 31tan tan 21tan tan 21tan tan 21(sin sin 44222+-+-=αβααωβωωβωγH C ),,(4βωαγf H C =),,(14βωαγf C H =α=90度, 极限坡高二、兼有C 和φ时的条分法将滑体划分为垂直分条1.滑动力矩Md 为各分条的重力Wi 与重力线对圆心取矩Xi 的乘积之和即 βi 为分条底滑面倾角2.抗滑力矩Mr 为各分条在滑面上所能提供的最大抗剪力Si 与滑弧半径的乘积之和3.滑体的稳定系数Fs第六章 滑坡防治引言: 防治滑坡工作特点1.提高边帮角, 减小剥采比, 获较大的经济效益。