矿山排土场边坡稳定性分析与安全评价_20110618_外考_李小春

大，抗滑力减小
平衡/有限差分
低粘性土发生液化，孔隙压力猛增，土抗剪强度迅 类比/有限元/有限
速减小或完全丧失
差分/离散元
降雨
基质吸力丧失或大减少；土体含水量增加，容重增 有限元/有限差分/
大；地下水位抬高，渗透力增大
极限平衡/
滑坡
软弱层 (黄土基底等)
抗剪强度降低;；黄土地基中可能产生演化弱层
工程类比/有限元/ 有限差分
山坡汇水面积大而未修筑排水沟或排水沟被严重堵塞的 经验算，用余推力法计算的安全系数小于1.0的
编号 1 2 3 4
病级排土场特征 排土场地基条件不好，对排土场的安全影响不大的 易发生泥石流的山坡排土场，下游有山地、沙漠或农田，未采取有效的防治措施的 未按排土场作业管理要求的参数或规定进行施工的 经验算，用余推力法计算的安全系数大于1.00小于设计规定值的
基土的压实、 地基土：在饱和粘土层中，由于土的渗透效
固结
果差，当土受到外界压力后，土粒间附着的 孔隙水一时难以排除，外界压力迫使水压增 大，粒间压力一时难以增加，从而引起排土
报告内容
第一部分 一.相关规范的解读 二.稳定性分析与评价的流程 三.稳定性分析方法的分类 四.不同分析方法所需的信息及勘察测试要求 五.历史资料与初步勘察的工作要点 六.失稳模式及其机理 七.计算分析的要点 八.稳定性评价的指标与判据
第二部分 实例：峨口排土场稳定性评价
一.相关规范的解读
《有色金属矿山排土场设计规范 GB 50421-2007》
矿山排土场边坡 稳定性分析及评价
李小春 研究员
中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室
钢铁企业总图运输设计规范 金属非金属矿山排土场安全生产规则 AQ_2005-2005 有色金属矿山排土场设计规范 GB50421-2007 岩土工程勘察规范 GB 50021-2001 金属非金属矿山安全规程 GBl6423—2006 岩土工程勘察技术规范 YS 5202-2004 《 金属非金属矿山安全规程 》GB l6423-2006
一.相关规范的解读
《有色金属矿山排土场设计规范 GB 50421-2007》
一.相关规范的解读
《有色金属矿山排土场设计规范 GB 50421-2007》
一.相关规范的解读
《建筑边坡工程技术规范》 GB 50330-2002
5.1.2 根据边坡岩土类型和结构，综合采用工程地质类比法和刚 体极限平衡计算法进行 5.1.3对土质较软、地面荷载较大、高度较大的边坡，其坡脚地 面抗隆起和抗渗流等稳定性评价应按现行有关标准执行
流固 多种外 耦合
流体导致岩土软化、细颗粒流失，同时岩土的力学 和结构变化又改变流体运移通道
有限元/有限差分
力综合 作用
地震-
降雨
地震的累积效应导致边坡岩体力学参数的降低，为 有限元/有限差分 后来的外地质营力创造了条件，最终导致了边坡的 失稳破坏
三.排土场的失效模式识别与计算方法
失效 模式
破坏部位
问题识别 = 主要影响因素 + 部位 + 机理+过程 例如：堆载过高引起的沿排土场-基岩界面的滑坡
失效 模式
破坏部位
排土料 特性
影响因素
界面特 地基特 荷载条
性
性
件
边界条 件
排土场本体 软化
滑坡
界面 地基
破碎
颗粒运 动
湿陷 软化 植物 坡积土
液化 软化
重力 超载 地震 爆破
地形 涌泉 降雨
三.排土场的失效模式识别与计算方法
泥石流、塌陷、滚石、变形开裂：措施 操作中可能遇到的问题 • 失稳类型遗漏、勘察针对性、计算方法选取、计算参数取值 • 评价指标与判据 • 议题1：现行规范等的问题？
二.稳定性分析的流程
• 基于问题识别的排土场稳 定性分析方法
• 问题：特征+要素+过程 • 勘察、计算、评价都要立 足机理、因素
三.排土场的失效模式的识别与计算方法
降雨控制的排土场本体滑坡影响因素分布图
三.排土场的失效模式识别与计算方法
图3. 降雨控制的排土场界面滑坡影响因素分布图
三.排土场的失Leabharlann Baidu模式识别与计算方法
图4. 降雨控制的排土场地基滑坡影响因素分布图
三.排土场的失效模式识别与计算方法
失效 模式 主要控制因素
过程
计算方法
地震
地震惯性力和超静孔隙水压力的作用，下滑力增 类比/有限元/极限
排土料
特性
软化 排土场本体
破碎
变形 超限
界面
颗粒运 动
地基
压实
影响因素
界面特 地基特 荷载条
性
性
件
湿陷 软化 滑移
固结 压实 软化
重力 超载 地震
边界条 件
地形 涌泉 降雨
固结
三.排土场的失效模式识别与计算方法
图5. 降雨控制的排土场地基变形超限影响因素分布图
三.排土场的失效模式识别与计算方法
失效 模式
编号 1 2
3
正常级排土场特征
排土场基础较好或不良地基经过有效处理
排土场各项参数符合设计要求和排土场作业管理要求，用余推力法计算的安全系数大于 1.15，正常生产的 排水沟及泥石流拦挡设施符合设计要求的
一.相关规范的解读
• 稳定性评价的条件：土质或陡坡基；危险级、病级 • 计算分析方法：极限平衡、工程类比、地质分析、数值模拟 • 评价指标：抗滑稳定性：Fs 1.15-1.30
5 当边坡破坏机制复杂时，宜结合数值分析法行分析 5.2.5采用折线滑动法时，边坡稳定性系数按照传递系数法计算 （并未直接指明，但公式说明中出现了剩余下滑力、传递系数） 5.2.6对存在地下水渗流作用的边坡，稳定性分析应按下列方法 考虑地下水的作用：
1. 水下部分岩土体重度取浮重度; 2. 提供了动水压力的计算公式
影响因素
过程
计算方法
地形地貌、 排弃方式
排土场下垫面承载力不一，排弃岩土空间分 布很不均匀，造成排土场不同部位的非均匀 沉降
有限元/有限 差分
排土料：松散岩土物料，在自重和外载荷作 工程类比/有
变形 超限 排土料与地
用下的逐渐压实和沉降。其沉降系数为 1.1～1.2，沉降过程延续数年
限元/有限差 分/经验公式
一.相关规范的解读
《 金属非金属矿山安全规程 》GB l6423-2006
编号 1. 2
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危险级排土场特征
在山坡地基上顺坡排土或在软地基上排土，未采取安全措施，经常发生滑坡的
易发生泥石流的山坡排土场，下游有采矿场，工业场地，居民点、永久性建筑等设施，未 采取切实有效的防治措施
排土场存在重大危险源（如汽车排土场未建安全车挡，铁路排土场铁路线顺坡和曲率半径 小于规程最小值），极易发生车毁人亡事故