堆体边坡稳定性分析与加固方案

２０１４年第７期　东北水利水电　规划设计　

［文章编号］１００２－－０６２４（２０１４）０７－－０００１－－０３　

含软弱夹层的边坡稳定性及加固分析　

谢红建，万力　

（贵州省水利水电勘测设计研究院。贵州贵阳５５０００２）　

［摘要】在进行某水利工程坝址野外地质勘察时，发现在坝址右岸边坡中存在３条软弱夹层。　这些夹层控制着边坡的稳定性。通过对软弱夹层的调查及时该边坡破坏模式的分析，建立了　

边坡三雏地质模型，确定了岩体及控制性层面的物理力学参数。运用数值分析方法，模拟边坡　实际的开挖和锚固过程，计算边坡在开挖加固过程中边坡体的应力、应变、位移和塑性区分　布、稳定性系数等。通过分析计算结果及评价边坡加固效果，为水电站安全运营提供了一定的　参考依据。　

［关键词］岩质边坡；弱面夹层；三维数值模拟；稳定性；加固分析　【中图分类号】ＴＶ２１　［文献标识码】Ａ　

０引言　

在西部地区，随着建设规模的扩展，在铁路、　

公路及水利水电工程等基本建设中，均涉及到岩　

质边坡的开挖和支挡。岩质边坡稳定性分析的计　

算方法包括两类：极限平衡法和数值分析。极限平　

衡法主要分析岩质边坡在平面滑动、楔形体滑动、　

圆弧滑动和倾倒破坏下的稳定性系数。极限平衡　

法基于刚体理论，不考虑滑体的变形，并假定一定　

形状的滑面进行计算，滑面上的应力满足摩尔一库　

仑准则。而数值分析方法是通过分析边坡中的应　

力应变特征，并应用强度折减定义其稳定性，对边　

坡进行应力一应变分析有利于对变形和渐进破坏　

机理的认识，也有利于边坡加固设计。数值分析方　

法应用较广的有限元法、有限差分法。　

１工程概况　

某水利工程坝址右岸边坡为顺向坡，位于坝　

址下游，坡脚受河流切割，形成临空面；边坡岩体　

内卸荷裂隙、层问软弱泥化夹层发育；在坝址右岸　

边坡易形成以泥化夹层为底滑面，卸荷裂隙为后　

缘拉裂面及侧滑面的潜在不稳定体。　边坡无断裂构造切割，出露地层为中三迭统　

凉水井组（Ｔ２Ｌ）中厚至厚层块状灰岩。据布置于右　

第３８卷第ｌ９期　２　０　１　２年７月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．１９　Ｊｕ１．２０１２　・６１・　

・岩土工程・地基基础　

文章编号：１００９—６８２５（２０１２）１９—００６１—０３　

某变电站边坡加固方案及稳定性分析　

任思良　

（１．中国矿业大学管理学院，江苏徐州２２１００８；２．太原东山煤矿有限责任公司，山西太原０３００４３）　

摘要：通过某变电站边坡工程地质条件分析，确定了边坡破坏的影响因素以及破坏方式，并为该边坡的加固工程选择了合理的　

加固方案，采用ＰＣＳＴＡＢＬ４（边坡稳定性分析）程序分段计算了边坡加固后的稳定性，结果表明，采用的加固方案对边坡的治理是　

可行的，边坡的稳定性得到了较大的提高。　

关键词：边坡加固，ＰＣＳＴＡＢＩＡ，边坡稳定性　

中图分类号：ＴＵ４１３．６２　文献标识码：Ａ　

０　引言　

某１１０　ｋＶ变电站位于～矸石山的顶部，该变电站处于黄土梁　

上，其南侧原始地貌为黄土冲沟，在建矿初期作为矸石堆场使用，　

目前该地段冲沟已被矸石全部堆填。按国家对矿山环境恢复治　

理的要求，霍州煤电集团对矸石山进行过综合治理，采用的治理　

方法为错台放坡（平台宽度３．０　ｍ，每６．０　ｍ错一平台，坡面坡率　

１：２．０）、坡面封闭及绿化，矸石山的综合治理目前基本完成。但　

由于错台削坡的作用，在变电站一侧形成高边坡，边坡的高度为　

３．０　ｍ～２９．０　ｍ，边坡一旦失稳危及变电站的场地安全。因此需　

要对该边坡的稳定状况进行计算并提出其加固方案。　

１　影响因素分析　

结合工程地质调查，对场地边坡的具体情况进行分析，影响　

边坡稳定性的主要因素有：　

１）边坡土质的工程特性以及边坡坡率影响边坡的稳定性。　

构成边坡的主要土体为填矸，堆填时间３０年一３５年左右，总体属　

于松散一稍密状，通过对该地区矸石堆场的调查，当矸石边坡坡　

度为３５。以下时，矸石山边坡可基本保持稳定。目前状态下，由于　

2019年 7月上 世界有色金属95矿产安全Mineral safety矿山边坡稳定性分析与加固措施分析周󰀁旋（贵州有色地质工程勘察公司，贵州　贵阳　５５００００）摘 要：矿山边坡工程的安全稳定性分析当前是国内外岩土工程领域的一个研究热点。目前边坡失稳的防治仍然是一项很艰巨的任务，文章主要针对矿山边坡稳定性问题进行分析，并提出相关加固措施，以供参考。关键词：矿山边坡；稳定性分析；加固措施中图分类号：ＴＤ８５４．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１９）１３－００９５－２Stability Analysis and Reinforcement Measures Analysis of Mine SlopeZHOU󰀁Xuan（Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　Ｃｏｍｐａｎｙ，　Ｇｕｉｙａｎｇ　５５００００，　Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ｓｌｏｐｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｉｓ　ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ　ａ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｈｏｔｓｐｏｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ．　Ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ，　ｔｈｅ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｓｌｏｐｅ　ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｉｓ　ｓｔｉｌｌ　ａ　ｖｅｒｙ　ａｒｄｕｏｕｓ　ｔａｓｋ．　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｍａｉｎｌｙ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ｓｌｏｐｅ，　ａｎｄ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｆｏｒ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ．Keywords: ｍｉｎｅ　ｓｌｏｐｅ；　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ；　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｍｅａｓｕｒｅｓ矿山采矿工程施工期间，会受到地形条件以及地质分布情况的干扰，很容易形成高陡边坡，边坡稳定性直接关系着工程项目的施工安全，对于工程实际经济收益也有较大影响，在此基础上，对矿山边坡稳定性进行分析，并采取有效加固措施是非常有必要的。1 矿山边坡稳定性影响因素分析（1）地下水影响因素。地下水分布情况对于边坡的稳定性具有重大影响，对于矿山边坡的岩体，尤其是软弱围岩结构的岩体，在地下水的长期冲刷下，会发生一定程度的溶蚀反应，结构逐渐软化，如果地下水渗入到岩体中，内部会产生膨胀压力，降低岩体结构的力学强度，导致其完整性遭到破坏。出于寒冷气候的矿山，受到地下水的影响更加明显，也会加剧矿山边坡的冻融循环效应。（2）山体岩石性质。部分矿山边坡由于自身岩石性质，很容易出现围岩蚀变的情况，出现此种现象的边坡局部结构发生钙化或风化反应，质地脆弱易碎，严重影响边坡稳定，一般来说，此种情况的波及范围较小。如果边坡岩体的潜在表层结构出现严重风化的现象，那么会影响大面积边坡结构的稳定。（3）几何特性。这里所指的几何特性主要是指矿山边坡的坡面角度、坡面高度、坡面临空条件以及坡面具体形态等等。形态不利的边坡结构在坡顶位置会存在张应力，在应力影响下容易出现裂缝，坡脚位置还会存在一定的剪应力，导致剪切破坏带结构形成，这些都是后续边坡失稳的原因。一般情况下，对于均质矿山边坡来说，坡度与高度越大，失稳可能性就越高。（4）软弱结构面的影响。部分矿山边坡中存在软弱结构面，这种结构面会直接削弱边坡岩体的抗压抗变形的能力，导致边坡岩体结构出现不均匀的变化，影响其结构连续性和向异性。（5）冻融循环作用的影响。处于寒冷区域的矿山边坡与普通气候区域中的矿山边坡有所不同，其比较容易发生冻融循环反应，进而影响边坡强度和稳定性。当进入春季之后，山体发生解冻反应，融化滞后的积雪可能沿着边坡中的裂隙进入岩体当中，此时存在裂缝的岩石块体会吸水饱和，强度下降。气温再次下降之后，这类岩石会结冰膨胀，力学性能降低。（6）振动因素。在矿山边坡施工期间对边坡稳定性造成影响的振动元素有几种，常见的有采矿期间爆破操作造成的振动、开采设备运输期间造成的振动以及地震等自然灾害造成的振动。这些振动一旦发生，边坡结构中的饱水土体发生液化反应的可能性会升高。从岩石裂缝中挤压出来，裂缝受到挤压开裂更为严重，此时边坡结构可能出现局部坍塌或发生形变。2 矿山边坡稳定性分析方法（1）极限平衡分析法。这种方法比较适用于进行边坡稳定性研究，在相关领域应用频率较高。其主要研究思想是指，根据既定研究法则，将研究区域内部矿山边坡的岩体结构划分成多个单位块体，然后借助极限平衡理论，对研究个体逐一进行分析。（2）快速拉格朗日分析法。这种稳定性分析方法又可称之为有限差分法，该研究方式的原理近似于离散单元稳定性分析法。最初是由美国科学家提出并推广使用。通过使用这种研究方式，技术人员能够分析任何时间段内，矿山边坡中某个流体质点的流速变化状态，以及其速度变化规律和实际运动轨迹。此种研究方式能够快速得出研究结果，分析效率较高。在研究边坡的非线性大变形问题时比较适用。（3）非确定性分析方法。当前很多边坡稳定性分析方法，对于各种稳定性影响因素的交互和时空效应，尚不能做到完全可靠的定量分析。非确定性分析方法结合统计学原理、模糊数学原理以及神经科学理论能够更好提升分析准确率。（4）有限元分析法。有限元分析方法主要用于研究矿山边坡的非线性几何体或者线性几何体特征，此外还可用于分析边坡结构中的非均匀性问题和不连续性问题。（下转97页）收稿日期：２０１９－０６作者简介：周旋，女，生于１９８８年，汉族，黑龙江佳木斯人，本科，助理工程师，研究方向：岩土工程。2019年 7月上 世界有色金属97矿产安全Mineral safety3 现代矿山安全监控系统的应用要点（1）合理配备硬件。在应用现代矿山安全监控系统进行矿山安全管理时，由于矿山安全监控系统是由硬件系统和软件系统两个部分共同组成的，而硬件系统在采集基础数据方面发挥着至关重要的作用，所以必须要注意对于硬件设备的配备。在对于硬件设备进行配备时，必须要结合矿山的实际情况加以设置，一般实现分站和传感器的智能化，分站必须要实时地对于数据进行采集和发送，同时必须要能够通过设定的参数和逻辑对其加以控制，此外，所有分站必须要包含备用电源，即使分站完全断电，分站也必须要能够独立工作。对于传感器的配备，必须要齐全，要能够全面地对于矿井中的各种基础数据加以采集。除此之外，其他地面硬件设备的电气性能也应该满足相关的规定。（2）选择合适的软件。软件的选择对于现代矿山安全监控系统功能的正常发挥也有着非常重要的影响，所以在应用其进行安全管理时，也必须要注重对于软件的选择。对于现代矿山安全监控系统而言，由于需要布置多个分站，所以软件系统必须要具备良好的扩展性和开放性。软件系统必须要能够有效地实现实时响应和前后台监测数据的无缝衔接，对于软件系统监测图页的静态和动态编辑作图，必须要对用户开放，且能够支持多种图形格式，无论是利用鼠标还是键盘都可以进行操作。硬件系统在实时采集数据的同时，软件系统也必须要同步进行记录、显示、分析运算、编辑、动态定义等，从而能够更为及时地获得有用的信息，更加有利于矿井中的安全管理。（3）保证稳定的通信。对于现代矿山安全监控系统而言，通信关系到数据的传输，所以要想更好地利用现代矿山安全监控系统实现矿山安全管理，还必须要保证通信的质量。在对于系统通信方式进行选择时，必须要注意增强控制信号的传递质量，应该尽量选择集中信息传递的方式。通信传输过程中，应该制定专门的通信协议标准。对于系统通信协议，目前均采用IP通信协议，在建立通信网络时需要建立起专门的网络连接，以保证通信传输效果的良好。系统通信稳定与否直接决定着传感器等设备所采集的信息是否能够得到及时的传递，进而影响决策，因此必须要保证通信的稳定。4 结语在矿山安全管理过程中，通过对于现代矿山安全监控系统的有效应用，能够大大提高管理的效率，现代矿山安全监控系统在预防和处理矿山安全事故中发挥着非常重要的作用。本文主要在介绍现代矿山安全监控系统组成的基础之上，说明了现代矿山安全监控系统的特征，然后就其在矿山安全管理中应用的要点进行了相应分析，明确了在应用现代矿山安全监控系统进行矿山安全生产管理时，需要合理配备硬件及软件，同时还必须要保证通信质量。[1]󰀡魏成林.关于煤矿安全监控系统的维护与保养研究[J].建材与装饰,2019,(09):227-228.[2]󰀡米鹏.浅谈信息化煤矿安全监控系统的构建[J].煤矿现代化,2019,(02):191-192.[3]󰀡宋彪.煤矿安全监测监控系统在井下的应用探讨[J].能源与节能,2018,(09):175-176.（上接95页）但是应用该技术进行物理参数选择的时候存在局限，不利于分析边坡岩体结构中节理问题，对于应力集中、大形变以及大位移等问题也不适合应用。（5）离散单元分析法。此种分析方法是利用动态数值分析理论，对边坡岩体结构中的土体稳定性实施分析。该方式主要适用于分析存在节理的边坡岩体，技术人员通过计算机设备，明确应力场、边坡结构位移场以及应力应变关系的实际变化情况，有效解决边坡线性大位移问题。3 矿山边坡加固措施（1）监测预警措施。监测预警系统本质上相当于矿山边坡安全管理部门的眼睛，严格控制监测工作，采取科学的监控措施，能够实时掌握边坡的结构状态和稳定性变化情况，技术人员要对矿山边坡不同时期的稳定状态进行数据分析，并且预先探测可能发生失稳现象的危险区域，利用预警系统提前发出防止预报，保证在最佳时机完成边坡加固。（2）控制爆破。矿山工程中的爆破振动因素是最常见也是影响力最大的边坡失稳因素之一。通过调查可以发现，工程爆破振动的影响力主要与以下几个参数有关，分别是炸药的装药量、爆破的类型、爆破中心与边坡的距离、地质条件分布、起爆方式以及爆破地震波的介质类型等。在这些参数中，介质的类型和地质条件分布情况通常是无法进行改变的，因此想要抑制爆破对于边坡稳定性产生的影响，需要着手控制其他几个重要参数。尽量将爆破影响降到最低，这种控制方式能够保证坡面具有良好的形态和平整性。（3）采取冻融效应阻隔措施。对于容易出现冻融效应的矿山边坡区域，工程巡查人员要定期巡查，并且针对相对危险的边坡结构采取冻融效应阻隔措施。避免积雪融化渗入到缝隙中。这种方式有效抑制冻融反应的发生，与此同时还能够阻碍山体发生风化反应，令边坡结构更加坚固。（4）抗滑桩支护加固技术。如果想要对复杂破碎的矿山边坡结构实施加固处理，最常见的加固处理技术就是抗滑桩支护加固技术。应用这种技术之后，边坡主体结构不会受到破碎带移动的干扰而随之滑动，避免结构出现塑形形变。在施工之前，技术人员要提前明确抗滑桩支护施工细节和相关流程，保证施工效果。（5）锚杆加固技术的应用。为了维护边坡的稳定性，正确应用锚杆加固技术也是一个好的选择。通过这种加固方式能够大大降低滑坡事故的发生概率。技术人员进行加固处理的过程中，要利用锚杆，应对断裂岩石结构的向外张力，保证边坡斜率的稳定性，令其主体结构更加紧凑。4 结语综上所述，在矿山工程边坡加固中，为了保证加固的效果，要做好边坡稳定性分析，合理设计加固方案。在今后工作中，应当加强有关边坡岩层移动分析研究、边坡加固技术措施等，从而提高矿山边坡的稳定性，保证矿井安全生产及矿区周围居民的生命财产安全。[1]󰀡丁新启,乔兰.安家岭矿高陡边坡滑动破坏机理分析[J].中国矿业,2018(12).[2]󰀡于庭安,戴兴国.露天矿边坡稳定性的安全因素分析[J].矿业安全与环保,2018(1).

2019年02

月环保与节能展蒸汽梯级利用项目，对蒸汽和利用更为合理充分，极大提高了能源的利用效率，为公司节电并带来了较大的经济效益。3工业“三废”治理和综合利用3.1工业废水治理第一，建设了污水处理和回用装置，统一回收硫酸、磷酸及磷铵生产过程中产生的污水，通过工艺手段的处理后，将全部污水回收利用，实现了污水零排放。针对磷酸装置来说，产生的含氟废水，被输送到化肥厂生产氟硅酸钠产品，并在此基础上对氟硅酸钠生产装置进行适当的改进，灵活运用污水冲吸收、洗涤水化盐等多种手段尽可能促进氟硅酸钠生产水平的全面提升。经过改造以后，生产氟硅酸钠的水耗可以节省0.55m3/t，全年一共节省水16174m3。不仅如此，生产氟硅酸钠所释放出来的污水都使用到了均化磨矿系统之中，继而达到清洁生产、节能减排的效果。以上措施有效解决了污水排放问题，而且还起到了节约资源的作用。3.2工业废气治理和利用为了对四周大气环境加以优化，本企业在最近几年里先后对如下系统进行污染治理项目改造：第一，硫酸尾气系统；第二，化肥除尘系统；第三，磷铵磷酸尾气系统，第四，三废炉尾气脱硝系统。首先，为了尽可能确保开停车时不会对硫酸尾气达标排放产生影响，以此为基础构建了一套酸碱中和尾气吸收装置，继而为硫酸尾气中二氧化硫实现达标排放提供应有的保障；其次，无论是针对化肥尾气还是磷酸含氟尾来说，通过对氟吸收系统进行改进以后，所汲取后的氟硅酸水一般在生产副产品氟硅酸钠中较为适用，妥善处理了含氟废气的达标排放问题。3.3工业粉尘和废渣排放治理首先，近年来，相继对以下系统进行了技术改造：其一，磷铵除尘系统；其二，三废炉尾气治理；其三：合成氨煤场扬尘治理。与此同时，还添置了除尘设备与设施，如除尘布袋等，目的是为了提升粉尘的回收利用，为职业健康提供有力保障。其次，利用三废混燃炉装置对合成氨造气炉渣进行回收利用。最后，对磷酸生产产生的磷石膏进行重点开发研究：一是将磷石膏添加到普钙中，这样做的目的是为普钙的养分与物理性能加以完善；二是把磷石膏提供给建材企业当作相应的水泥缓凝剂，亦或是作为主要原料生产石膏板等；三是作为土壤调理剂使用。显而易见，通过这种方式可以在很大程度上促使原有的磷石膏堆场的价值充分的发挥出来，继而为企业的可持续发展提供有力保障。4结语综上所述，本文将云天化股份红磷分公司当作论述对象，从以上几个方面围绕着清洁生产及节能减排工作展开论述，并在此基础上对其相关工艺技术进行了适当的改进，取得了明显成效，