陕西省金堆城露天矿排土场高边坡稳定性评价

证 ，最 后 ，根 据 变 形 破 坏 方 式 提 出 了 相 应 的 处 理 措 施 。 为 高 边 坡 的 稳 定 性 评 价 、预 测 和 防 治 提 供 了 有 价 值 的 参 考 。
关键词：高边坡；变形破坏机制；圆弧法；FLAC；稳定性
文 章 编 号 ：1003 -8035 （ 2010 ） 02 -0040 -04
图 1 北沟排土场高边坡典型工程地质剖面图 Fig. 1 Engineering geological profile of the high slope
1—人工堆渣； 2—破碎基岩体
但 在 向 其 南 侧 、西 侧 及 西 北 侧 的 顶 面 附 近 都 有 一 些 裂
缝 存 在 。 与 一 级 台 阶 下 的 斜 坡 比 较 ，二 级 台 阶 上 的 冲
中 图 分 类 号 ：TU443
文献标识码：A
0 引言
金堆 城 露 天 矿 位 于 陕 西 省 华 县 金 堆 镇 ，是 我 国 最 大的钼业生产基地。本文研究对象位于采矿场东北角 的北沟排土场，最大堆积标高为 1337. 0m，形成了最大 高度达 138. 0m 的松散碎石高边坡；在距离北沟排土场 前缘约 50m 处为露天矿开采现场，目前开挖深度已达 130 余米，为一大型深凹的露天矿边坡（ 图 1） 。
图 2 坡体破坏特征示意图 Fig. 2 Failure characteristics of the slope
2. 2 拉裂 － 滑移破坏 这 种 破 坏 主 要 产 生 于 粗 、细 相 间 堆 积 的 人 工 高 边
中国地质灾害与防治学报
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ZHONGGUO DIZHIZAIHAI YU FANGZHI XUEBAO
岩 、砂 质 板 岩 、千 枚 状 砂 质 板 岩 等 。
1. 3 地质构造
研 究 区 位 于 金 堆 城 — 黄 龙 铺 背 斜 的 倾 没 端 ，该 背
斜走向近东西向，属 于 复 式 舒 缓 褶 皱，褶 皱 轴 面 近 于
直 立 ，两 翼 基 本 对 称 且 发 育 有 次 级 平 行 褶 皱 。
边坡的变形破坏机制，将破坏方式归纳为两种类型：蠕滑 － 拉裂破 坏，拉 裂 － 滑 移 破 坏。 通 过 圆 弧 法 和 破 坏 概 率 法 计
算和分析了高边坡在天然、爆破振动和 地 震 条 件 下 5 个 不 同 剖 面 地 段 的 稳 定 性 状 态，并 利 用 FLAC 数 值 模 拟 进 行 验
上述 现 象 的 出 现，在 于 其 所 处 的 特 殊 地 质 环 境。 首先，该处堆积物位 于 天 然 斜 坡 之 上，该 天 然 斜 坡 物 质组成如下：地表为厚 0. 5m 的 耕 植 土，含 碎 石，透 水 性较强，疏 松 多 孔； 往 下 为 厚 0. 5 ～ 1. 0m 的 粘 土，饱 水 ，呈 软 塑 状 态 ，探 井 开 挖 时 沿 该 层 顶 面 有 水 渗 出 ，物 理力学性质 较 差；再 往 下 为 厚 0. 2 ～ 0. 4m 的 淤 泥 质 软土，灰 色，含 大 量 腐 植 物，呈 饱 水 状 态，软 塑。 废 渣 排到该斜坡之后，该 面 变 成 底 部 滑 移 控 制 面。 另 外， 排 土 场 人 工 高 边 坡 形 成 过 程 中 ，其 内 部 无 形 中 形 成 了 一系列平行于坡面 的 间 断 面，特 别 是 当 粗、细 颗 粒 分 阶段分别堆积时，这 种 现 象 就 更 为 明 显，结 果 形 成 了 如图 2（ a） 所 示 的 坡 体 结 构。在 该 坡 体 中，上 部 废 渣 在重力作用下，沿底 部 的 斜 坡 产 生 下 滑 分 力，从 而 沿 底 部 的 软 弱 面 产 生 向 坡 外 的 蠕 动 变 形 ，进 而 导 致 废 渣 沿 平 行 于 坡 面 的 间 断 面 产 生 顺 层 剪 切 移 动 ，并 且 在 顶 部 形 成 大 量 的 拉 张 、下 错 裂 缝 。
YW -Q03 -02 ） 作者简介：黄 鑫（1984—） ，男，在读博士，主要从事工程 地 质
及地震地质灾害方面的研究。 E-mail： kouzi84@ vip. qq. com.
第2期
黄 鑫，等：陕西省金堆城露天矿排土场高边坡稳定性评价
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（
2
）
全
新
统
冲
洪
积
层
（
Q
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+
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）
主 要 由 碎 石 夹 土 组 成 ，厚 度 较 小 ，一 般 仅 数 米 ，与
1 工程地质条件
1. 1 地形地貌 北沟排土场的第一台阶标高 1277 ～ 1305m，坡高
75m 左右，台面宽 度 大 于 12m，在 排 土 场 与 露 天 矿 相 邻侧的台阶面上，靠近边缘 2m 范 围 内 有 一 系 列 断 续 分布的裂缝，距边缘最远的裂缝距离为 10m。坡面冲 沟规 模 较 大，数 量 较 多。 二 级 台 阶 标 高 1300 ～ 1315m，高出一 级 台 阶 约 10 ～ 20m，除 北 侧 大 部 分 与 山 体 直 接 接 触 外 ，其 余 三 面 临 空 ，台 阶 顶 面 平 坦 开 阔 ，
（1. 中国科学院地质与地球物理研究所 工程地质力学重点实验室，北京 100029； 2. 同济大学地下建筑与工程系，上海 200092； 3. 中国地质大学工程技术学院，北京 100083）
摘要：通过野外实地调研，在详细研究金堆城露天矿排土场高边坡 地 质 条 件 和 边 坡 变 形 破 坏 特 征 的 基 础 上 ，分 析 了 该
的 地 方 ，透 水 性 明 显 降 低 。
陷凹槽出现，并与坡面走向小角 度 斜 交。 各 裂 缝 宽 3 ～ 10cm，最宽 处 达 60cm，裂 面 近 直 立，可 见 深 度 0. 5 ～ 1. 2m，最 深 达 1. 8m 以 上。 另 外，在 距 台 面 前 缘 28m 和 30m 远 处，也 有 宽 度 2 ～ 4cm、延 伸 长 度 大 于 15m 的 裂 缝 出 现，这 些 裂 缝 向 南 较 为 清 晰，向 北 则 掩 埋在表面未加平整的废石堆下。
统
人
工
堆
积
（
Q
m 4
l
）
主要由碎 石、块 石 组 成，分 三 个 台 阶 分 别 堆 积 而
成，厚度均在 30m 以上。堆积物棱角突出，大小混杂，
一般以数厘米到十多厘米居多，最大粒径超过 1m。
收 稿 日 期 ：2009 -12 -23 ；修 订 日 期 ：2010 -01 -30 基金项目：中国 科 学 院 知 识 创 新 工 程 重 要 方 向 项 目 （ KZCX2-
3 稳定性分析与计算
3. 1 计算参数的选择 计 算 参 数 根 据 室 内 土 工 试 验 成 果 确 定 ，均 采 用 饱
和值（表 1）。
表 1 物理力学参数 Table 1 Physical and mechanical parameters
材料 类型
弹性模 泊松比
量（ MPa）
峰值
内聚力 （ kPa）
这种破坏类型表现形式为：人工堆积废石在重力 作用下，沿 其 下 卧 软 弱 地 层 首 先 向 外 水 平 向 蠕 滑 挤 出，进而导致上部 坡 体 垂 向 拉 裂、下 沉，发 生 破 坏，如 图 2（a）所示。
目前典型剖面坡脚下宽 10 余米的台地在上部人 工堆积废石的作用 下，致 使 台 坎 前 缘 中 部 向 西 凸 出， 表 明 此 台 坎 整 体 已 向 西 位 移 ，并 在 此 台 面 上 产 生 了 一 系列纵向裂缝，裂 缝 宽 5 ～ 10cm，呈 近 东 西 方 向 延 伸 长度在 5 m 左 右，可 见 深 度 大 于 1. 5m。 在 人 工 堆 积 边坡的台面边缘可见多条近弧形的裂缝。这些裂缝 以距台面前缘 17 ～ 22. 1m 这一段的四条裂缝组成的 裂缝带最为突出，缝带宽 2 ～ 5m，呈深 5 ～ 10cm 的 下
北沟 排 土 场 高 边 坡 主 要 成 分 为 碎 石 土，在 碾 压、 自重作用下较密实，由 于 其 特 殊 的 组 成 成 分，与 自 然 斜 坡 及 粘 性 土 边 坡 相 比 有 其 独 特 的 工 程 特 性 ，从 边 坡 的变形到破坏均有别于自然形成的边坡。该边坡是 否稳定，将 直 接 影 响 到 坡 脚 近 距 离 范 围 内 的 居 民 住 宅、学校及其过往 行 人、车 辆 等 的 安 全；另 外，由 于 该 排 土 场 的 特 殊 位 置 ，在 很 大 程 度 上 受 到 矿 山 生 产 爆 破 及 靠 帮 爆 破 的 影 响 ，其 稳 定 与 否 对 露 天 矿 的 正 常 生 产 及继续发展具有重要的作用。且近年来又相继出现 坡体上部变形、开裂，排 土 场 地 基 变 形 等 坡 体 不 稳 定 现 象 ，因 此 该 排 土 场 的 稳 定 性 研 究 迫 在 眉 睫 。
为 松 散 岩 类 孔 隙 水 ，含 水 层 为 粉 土 夹 碎 石 和 人 工 堆 积
的 碎 块 石 。 含 水 层 主 要 受 到 大 气 降 水 的 补 给 ，通 过 泄
流 、径 流 以 及 泉 的 形 式 排 泄 。 在 台 面 上 各 处 的 渗 透 性
差异很大，一般情况 下 渗 透 性 非 常 好，在 经 反 复 碾 压
下伏基岩成角度不整合接触。
（3）前第四系
主要为下震旦系熊耳群（ Snl） 和中震旦系蓟县系 高山河组（ Sn2 ） 变质岩。熊耳群主要有黑云母安山玢 岩、黑云母角闪片 岩、板 岩、凝 灰 质 板 岩，有 时 夹 有 大
理 岩Байду номын сангаас。 在 蓟 县 系 高 山 河 组 中 有 石 英 岩 、含 砂 凝 灰 质 板
内摩擦 角（°）
密度 （ g / cm3 ）
破碎岩体 0. 20
2500
2000
34
人工堆渣 0. 33
15
30
26
2. 50 2. 30
表 2 各剖面稳定性计算结果
Table 2 The calculation results of the stability
剖面号 斜坡状态 稳定系数 破坏概率（% ） 备注
第 21 卷 第 2 期 2010 年 6 月
中国地质灾害与防治学报 The Chinese Journal of Geological Hazard and Control
Vol. 21 No. 2 Jun. 2010
陕西省金堆城露天矿排土场高边坡稳定性评价
黄 鑫1 ，张晓辉2 ，薛 雷1 ，牛晶蕊3 ，王媛媛1
沟 均 很 少 ，没 有 明 显 的 坡 积 物 存 在 。 三 级 台 阶 现 在 范
围还小，其 形 成 的 斜 坡 由 于 现 在 正 在 堆 积 而 不 断 掩
埋，斜坡尚未出 现 细 沟 及 冲 沟，其 顶 面 标 高 在 1337m
左右。
1. 2 地层岩性
研究区分布的主要地层如下：
（
1
）
全
新
2 变形破坏特征及机制分析
通 过 野 外 调 查 发 现 ，研 究 区 高 边 坡 不 同 地 段 因 其 所 处 地 形 地 貌 条 件 、下 伏 岩 土 的 结 构 特 征 及 本 身 的 物 质 组 成 和 粒 度 成 分 的 不 同 ，产 生 了 不 同 的 变 形 破 坏 形 式 ，总 括 起 来 主 要 有 两 种 类 型 ： 2. 1 蠕滑 － 拉裂破坏
2010 年
坡上。产生的主要原因是由于废渣在排放的过程中， 由于粗、细颗粒分阶 段 分 别 堆 积，从 而 在 坡 体 中 形 成 间断面，外加单一坡 高 较 大，导 致 坡 体 产 生 较 大 不 均 匀压缩变形、固结变 形 及 沿 间 断 面 的 剪 切 变 形，坡 顶 产生大量的拉、错裂缝，如图 2（ b） 所示。这种破坏形 式的发展结果，是顶 部 裂 缝 不 断 加 宽 及 加 深，破 坏 面 不 断 向 下 延 伸 ，慢 慢 在 坡 体 中 形 成 一 连 续 的 滑 移 控 制 面 ，最 终 导 致 斜 坡 整 体 滑 动 。
1. 4 水文地质条件
研 究 区 地 下 水 主 要 分 为 两 类，一 类 为 基 岩 裂 隙
水，含水层为石英 岩、安 山 玢 岩、片 岩、板 岩 和 花 岗 岩
的强风化层，主要分 布 在 北 沟 两 侧、露 天 矿 采 矿 坑 及
其周围、北沟排土场 公 路 东 侧 的 基 岩 裸 露 区；另 一 类