排土场边坡稳定性研究与安全分析

3. 3. 2. 1 排土场平台稳定性计算
荷作用下计算模拟模型如图 5所示。采用推力传递
排土场台阶内部滑坡在静载荷作用下计算模拟 模型如图 2所示。计算结果表明: 当采用瑞典法时,
法计算, 排土场整体地震载荷稳定系数为 1. 371。
排土体的静载荷稳定系数为 1. 122, 小于三级边坡
工程安全等级 K = 1. 20的要求; 采用简化毕肖普法 校核时, 排土体的静载荷稳定系数为 1. 188, 小于三
边坡稳 定性分析 方法有: 极限平 衡计算法 ( LEM ) ; 有限单元法 ( FEM ) ; 数值分析方法 ( DDA ) 、 可靠度分析方法、模糊数学法和灰色预测系统法等。 不同的方法具有各自的优点和不足: 极限平衡法计 算简单, 但假设过多; 有限单元法能深刻描述土体内 部应力及应变, 对边坡体的位移发展、土体滑动方向 可以进行模拟, 能反映边坡内部应力分布, 适应岩土 的复杂性和非均匀性, 但是计算过于繁琐, 容易受单
级边坡工程安全等级 K = 1. 20的要求, 不符合安全
规程要求。
排土场台阶内部滑坡在地震载荷作用下计算模
拟模型如图 3所示。计算结果表明: 当采用瑞典法
时, 排土体的地震载荷稳定系数为 1. 051; 采用简化
自重, kN /m; Pw i为第 i 计算条块的动水压力, kN /m; N i 为第 i 计算条 块滑 体在 滑动面 法线 上的 反力, kN /m; T i 为第 i计算条块滑体在滑动面切线上的反 力, kN /m; Ri 为第 i 计算条块滑 动面上的 抗滑力, kN /m。
滑面为折线形的采用推力传递法计算边坡稳定
2 排土场滑坡特征
排土场与基底滑坡类型可以分为三种: 排土场 内部滑坡、沿排土场与基底接触面的滑坡、沿基底软
弱层的滑坡。见图 1。
( 1) 排土场内部滑坡。基底岩层稳 固, 由于岩
石物料的性质、排土工艺及其它外界条件所导致的 排土场滑坡, 其滑动面出露在边坡的不同高度。当 排弃物是大块坚硬岩石时, 其压缩变形较小, 排土场 比较稳定。若岩石破碎, 含较多的砂土, 随着排土场 高度的增加, 继续压实和沉降, 排土场内部出现孔隙 压力的不平衡和应力集中区。孔隙压力降低了潜在 滑动面上的摩擦阻力, 因而可能导致滑坡。
w i cos i; T i = w i s in i。
式中, w i 为第 i 块段滑体所受的重力, kN /m; 其他符
号物理意义同前。
1. 2 HH SLOPE软件
HH SLOPE软件是由黄河勘测规划设计有限公
司 ( 原黄委会设计院 ) 和河海大学联合开发的边坡
稳定性计算软件。程序是在 W indow s98 /W in2000/ W indow sXP 操作系统下运行, 以 AutoCAD为图形支
( 1. H ebei X inye Engineering T echno logy Co. , L td. 2. H ebe i Iron & S tee l G roup XuanGang Com pany) Abstract: Advantages and d isadvantages of each m ain calcu lation m ethods of slope stab ility are sum
性系数, 计算公式如下:
n- 1 n - 1
K = i= 1 s n- 1
R
i
j
∀
=
1
#j
n- 1
i= 1
T
i
j
∀
=
1
#j
+ Rn ,
+ Tn
#j = cos ( i - i+ 1 ) - sin ( i -
( 2)
n- 1
i+ 1 )
tan
i+ 1;
∀
j= 1
#j
=Байду номын сангаас
#i #i+ 1 #i+ 2 #n - 1; R i = (N i - ui ) tan i + ciLi; N i =
m arized and com pared, som e comm on m ethods wh ich covered by lim it equ ilibrium analysis m ethods are stud ied and ana lyzed system at ically. Applied strategy and calcu lating results analysis are done w ith intro duce HH SLOPE so ftw are and com b ine w ith pro ject pract ice in a w aste dum p. Safety factor of static plate load and se ism ic load of w aste dum p calcu lated by using HH SLOPE softw are. The resu lts slope stab ility situation of w aste dump could be reflected effic ien tly 、accurate ly and intuitive ly by adopt HH SLOPE soft w are.
赵鸣展 ( 1971- ), 男, 河北怀安 人, 工程 师, 075100 河北省 张家 口市。
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元划分方案、边界条件的确定、外荷载向量建模的影 响。
大量工程实践表明, 采用极限平衡分析方法分 析边坡稳定性是比较可 靠的, 主 要优点是简便、准 确。人们在研究和分析许多露天矿边坡和排土场稳 定性时都采用这一方法, 并已有许多计算程序可供 选择。极 限 平衡 分 析常 用 的 方法 有 瑞 典条 分 法 ( Fe llenius) 、毕肖普法 ( B ishop) 、萨珥玛法 ( Sarm a )、 简布法 ( Janbu) 和推力法等。其中瑞典条分法是进 行边坡稳定性分析常用的方法之一。该法假定滑动 面是一个圆弧面, 并认为条块间的作用力对边坡的 稳定性影响不大, 可以忽略, 即假定条块两侧的作用 力大小相等、方向相反, 且作用于同一条直线上, 因 此, 该方法只满足滑动块体整体力矩平衡条件, 而不 满足条块的静力平衡条件, 这是其区别其它研究方 法的主要方面。瑞典条分法应用的时间较长, 积累 了丰富的工程经验, 目前仍然是工程上常用的方法。 瑞典条分法 ( F ellen ius)边坡稳定性系数计算:
Ser ia l N o. 495 Ju ly. 2010
现代矿业
M ORDEN M IN ING
总 第 495期 2010年 7月第 7期
排土场边坡稳定性研究与安全分析
赵鸣展 马萃林
杨宝慧
(河北新烨工 程技术有限公司 ) (河北钢铁集团宣钢公司 )
摘 要: 总结与比较了边坡稳定性各种主要计算方法的优缺点, 系统分析了极限平衡法所涵盖 的几种常用方法, 引进 HH SLOPE软件, 结合某排土场工程实际, 进行应用思路与计算结果分析。 利用 HH SLOPE 软件计算排土场静力载荷和地震载荷二种工况的安全系数。研究结果表明: 采用 HH SLOPE软件能高效、准确、直观地反映排土场边坡稳定性情况。
3. 3 HH SLOPE 软件分析与排土场稳定性计算 3. 3. 1 HH SLOPE 软件分析
该排土场稳定性计算应用 HH SLOPE 软件, 分 别从静载荷和地震载荷两种工况进行分析。每种工 况再分别从排土场平台和整体稳定性进行考虑: 排
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总第 495期
现代矿业
2010年 7月第 7期
土场平台边坡可能产生圆弧滑动, 应用瑞典法计算 3. 3. 2 排土场稳定性计算分析
赵鸣展 马萃林等: 排土场边坡稳定性研究与安全分析
2010年 7月第 7期
n- 1
K
s=
R i= 1 i
n- 1
,
( 1)
T i= 1 i
Ri = N i tan i + ciLi; N i = (G i + G bi ) cos i + Pwi sin( !i -
i ); T i = ( Gi + G bi ) s in i + Pw i cos( !i - i ) , 式中, K s 为边坡稳定性系数; ci 为第 i计算条块滑动 面上岩土体的粘结强度标准值, kPa; i 为第 i计算 条块滑动面上岩土体的内摩擦角标准值, ( ); Li 为 第 i计算条块滑动面长度, m; i、!i 分别为第 i 计算 条块底面倾角和地下水位面倾角, ( ) ; G i、Gbi分别 为第 i 计算条块上岩土体自重、滑体地表建筑物的
算。计算结果见表 2。
表 2 排土场稳定性计算结果表
剖面编号
验算部位
A A#
弃土平台边坡 排土场整体
计算方法
瑞典法 简化毕肖普法
推力传递法
两种工况下稳定系数 K
静载荷 7度地震载荷
1. 122
1. 051
1. 188
1. 116
1. 741
1. 371
备注
通过计算机自动搜索最危险滑动面, 按圆弧滑动计算。 通过计算机自动搜索最危险滑动面, 按圆弧滑动计算。 按沿地基接触面折线形滑动破坏模式, 采用折线滑动法计算。
3 HH SLOPE 软件在排土场边坡稳定性计算与应 用
结合某露天矿工程实例, 对 HH SLOPE 软件在 某排土场边坡稳定性计算与安全分析中的应用进行
阐述与介绍, 并从工程实践的角度对其进行分析与 评判。
3. 1 排土场概况 该排土场属于山坡 型, 山坡 基底坡度 11 。排
土场总堆置高度约 95m, 总容积 214. 68 ! 104m 3, 总 边坡角 24 , 属于三等排土场。抗震设防 烈度为 ∀ 度, 基本地震加速度值为 0. 10g。 3. 2 岩土体物理力学计算参数
图 1 排土场滑坡类型示意 图
( 2)沿基底接触面的滑坡。当山坡型排土场的 基底倾角较陡, 排土场与基底接触面之间的抗剪强 度小于排土场物料本身的抗剪强度时, 易产生沿基 底接触面的滑坡。
( 3)基底软弱层的滑动。当排土场坐落在软弱 基底上时, 由于基底承载能力不够而产生滑移, 并牵 动排土场的滑坡。
K eyw ord s: W aste dum p; Slope; HH SLOPE softw are; Stab ility ana lysis
露天开采除开采矿石外, 还要剥离表土和废石。 为了堆放大量的土方量和废石, 对排土场废石排放 和计算的要求就非常高, 而建立模型正好符合这一 要求, 它不仅方便、快捷, 而且准确、可靠性高。以下 介绍建立模型在露天矿排土场稳定分析中的应用。 1 边坡稳定性计算方法与 HH SLOPE软件 1. 1 边坡稳定性计算方法
根据该露天矿的地质勘探资料及废石场岩土工
程勘察报告, 选取排土场的物理力学计算参数, 见表 1。
表 1 岩土体物理力学计算参 数表
名称 上层废弃料 下层废弃料
基岩
密度 ∃/ ( kN /m3 ) 17. 6 19. 6 25. 5
内聚力 C / kPa 内摩擦角 / ( )
20
30
20
34
160
40
排土场抗滑稳定的安全系数, 应用简化毕肖普法进 行校核。排土场整体稳定性思路为: 排土场整体可
应用 HH SLOPE 软件, 计算机自动搜索最危险 滑动面, 稳定性计算为瑞典条分法圆弧破坏模式; 整
能产生折线滑动, 采用折线滑动法进行计算, 应用推 体稳定性按沿地基接触面 折线形滑动破坏 模式计
力传递法计算排土场整体稳定的安全系数。
撑软 件, 能 够 计 算 边 坡 的 稳 定 安 全 系 数。 HH
SLOPE 软件是一个二维的评价土体 边坡中圆弧和 非圆弧滑动面稳定状况的计算程序软件, 已广泛应
用于土石坝、露天矿山边坡和公路边坡等的稳定性
计算与分析, 它包括多种稳定性计算方法。针对稳
定性分析的对象, 可从静载荷和地震载荷二个方面 进行计算分析, 全面地评判对象的稳定性。
关键词: 排土场; 边坡; HH SLOPE 软件; 稳定性分析 中图分类号: TD854. 6 文献标识码: A 文章编号: 1674 6082( 2010) 07 0064 03
S lop e S tability S tudy and Safety A nalysis ofW aste D um p Zhao M ingzhan1 M a Cu ilin1 Y ang Baohu i2