基于SLIDE的某尾矿库边坡稳定性分析

朱泽勋，吴 莉

(中国有色金属工业昆明勘察设计研究院， 云南昆明 650051)

基于SLIDE的某尾矿库边坡稳定性分析

朱泽勋，吴 莉

(中国有色金属工业昆明勘察设计研究院， 云南昆明 650051)

以圆弧形滑动面为计算模型，采用A·W·毕肖普条分法，应用SLIDE软件对某尾矿库进行静力稳定性数值分析，得出了此尾矿坝的稳定安全系数，并对尾矿库的稳定性进行评价。

尾矿库;稳定性分析;SLIDE;毕肖普(Bishop)圆弧法

1 尾矿库概况

某矿尾矿库于1958年建成使用，经过50多年的运营，目前已经堆至2036 m(独立高程系)，相对于场地东南侧合田磷肥厂地面，高差为71 m;相对于场地南部昆明三养肥料有限公司地面，高差为56 m;相对于场地西南部西山区看守所大门地面，高差为50 m。堆积过程中自然形成了3个台阶。

尾矿库西面边坡高差 14.48～30.38 m，坡度30.5°～34.1°;渣库南面边坡形成 2 个平台，第一平台与第二平台高差约 4.5～6.5 m，坡度约26°～28°;第二平台至边坡脚高差约28～29 m，坡度约33.4°～36.5°;渣库东面边坡形成 3 个平台，第一平台与第二平台高差约 5.4～6.5 m，坡度约26°～27°，第二平台与第三平台高差约28.2～43 m，坡度约21°～38.5°，第三平台至边坡脚高差约 21～37 m，坡度约30°～34.5°。

2 尾矿库静力稳定性分析

2.1 尾矿库边坡堆积体组成及力学参数

该尾矿库边坡堆积体由熔炼渣①、污泥①1、生活垃圾①2、人工填土①3层组成，主要成分为熔炼渣、污泥，次要成分为生活垃圾及人工填土，大部分未经碾压。渣体下伏地层为红粘土②、②1、②2及灰岩③、③1。

根据野外大型剪切试验、室内试验结果，结合该地区工程经验，得出各岩土层的抗剪强度指标，见表1和表2。

表1 自然条件下边坡稳定性验算参数取值

表2 浸水条件下边坡稳定性验算参数取值

2.2 边坡稳定性计算软件SLIDE

SLIDE软件是由加拿大RocScience公司研发的评价岩质或土质边坡安全系数或者失效概率的二维极限平衡程序，滑面可以使用圆弧或者非圆弧形式。程序计算方法基于竖直条分极限平衡分析。该软件基本特点有:对于给定边坡，可指定已知滑面或者驱动程序之自动搜索滑面;集成了Bishop，Janbu，Spencer，GLE/Moergenstern－Price和其他一些方法;可考虑多种材料模型(各向异性、非线性摩尔－库仑等);集成了有限元法，稳态地下水建模、分析和数据解释程序。该软件拉裂面的计算模式有干燥和充水两种。

2.3 渣库边坡稳定性计算

该尾矿库堆积体在重力作用下向临空方向发生剪切蠕变，变形体后缘发育自地表向深部发展的拉裂，坡体内不存在控制性滑面，滑面的具体位置主要受最大剪应力分布控制，该面以上实际为一自地表向下递减的剪切蠕变带。随着蠕滑的进展，坡面下沉，拉裂面向深部扩展，往往达到潜在剪切面，造成剪切面上剪应力集中。地表水沿拉裂面渗入坡体，从而又促进蠕滑的发展，削弱剪切面的抗剪强度，最后渣土被剪断而导致滑坡。根据以上分析可知，渣库边坡破坏的力学模式属于蠕滑—拉裂模式，其滑动面一般为圆弧形式。

选用毕肖普(Bishop)圆弧法对该尾矿库边坡进行稳定性计算。以尾矿库最高点为中心呈辐射状一次选取8个切面做为计算剖面，按表1和表2指标，采用毕肖普(Bishop)圆弧法对尾矿库边坡进行自然(干燥)条件下和浸水(充水)条件下稳定性验算，尾矿库边坡各剖面的稳定系数见表3。

表3 尾矿库边坡稳定性计算结果

3 尾矿库边坡稳定性评价

按《建筑边坡工程技术规范》GB50330－2002，尾矿库边坡安全等级为一级，采用圆弧滑动法计算时，相应的边坡稳定安全系数为1.30。

该尾矿库边坡在自然状态下，5#、6#剖面稳定性系数 Ks=0.805～0.893，处于不稳定状态;其余剖面稳定性系数Ks=1.056～1.296，但其稳定性系数均小于1.3，即在自然状态下，其处于基本稳定状态，但安全储备不足。尾矿库边坡在浸水状态下，8#剖面、7#剖面第二至第三平台边坡稳定性系数Ks=1.08～1.124，处于基本稳定状态，但其稳定性系数均小于1.3，安全储备不足。其余剖面稳定性系数Ks=0.715～1.042，均小于 1.05，即其均处于不稳定状态。现对各剖面的稳定性分述如下。

(1)1#、2#剖面穿过尾矿库北西部的渣体开裂段，其所在位置附近边坡高差14.48～22.67 m，坡度30.5°～34.1°，剖面走向222°～ 236°。边坡在自然状态下稳定性系数Ks=1.080～1.135，处于基本稳定状态，但安全储备不足。边坡在浸水状态下稳定性系数Ks=1.018～1.026，处于不稳定状态。根据所揭露剖面分析，1#剖面BP6钻孔纵向上揭露4层污泥层①1，其厚度0.5～2.3 m，呈不均匀分布;2#剖面BP7钻孔纵向上揭露4层污泥①1，其厚度0.8～2.8 m，中间夹 5.5 m 厚的垃圾层①2，呈不均匀分布。该段边坡堆积体物质成分分布很不均匀，不连续，力学性质差异大，容易引起不均匀沉降，从而引起堆积体的开裂，一旦在连续降雨或暴雨状态下，容易沿着渣体开裂面形成边坡的滑动面。

(2)3#剖面所在位置附近边坡高差29.00～30.38 m，坡度 32.4°～33.1°，剖面走向 222°。边坡在自然状态下稳定性系数Ks=1.078，处于基本稳定状态，但安全储备不足。边坡在浸水状态下稳定性系数Ks=1.023，处于不稳定状态。

(3)4#剖面跨过2个平台，第一平台与第二平台高差约6 m，坡度约26°;第二平台至边坡脚高差约28 m，坡度约36.5°，剖面走向231°。第一平台边坡处于稳定状态;第二平台边坡在自然状态下稳定性系数Ks=1.056，处于基本稳定状态，但安全储备不足。边坡在浸水状态下稳定性系数Ks=1.01，处于不稳定状态。

(4)5#剖面跨过2个平台，剖面走向184°，第一平台与第二平台高差约6.5 m，坡度约28°;第二平台至边坡脚高差约28.3 m，坡度约33.4°。第一平台边坡处于稳定状态;第二平台边坡在自然状态下稳定性系数Ks=0.805，在浸水状态下稳定性系数Ks=0.715，都处于不稳定状态。

(5)6#剖面处于渣库的东南方向，主要跨过3个平台，剖面走向112°，第一平台与第二平台高差约6.5 m，坡度约27°;第二平台与次第三平台高差约43 m，坡度平均约21°;次第三平台至边坡脚高差约21 m，坡度约30°。第一平台边坡、次第三平台至边坡脚边坡处于稳定状态;第二平至次第三平台边坡在自然状态下稳定性系数Ks=0.893，在浸水状态下稳定性系数Ks=0.833，都处于不稳定状态。

(6)7#剖面处于渣库的东南方向，主要跨过3个平台，剖面走向111°，第一平台与第二平台高差约5.4 m，坡度约26°;第二平台与第三平台高差约28.2 m，坡度约31°;第三平台至边坡脚高差约37 m，坡度约34°。第一平台边坡处于稳定状态;第二平台至第三平台边坡在自然状态下稳定性系数Ks=1.234，第三平台边坡在自然状态下稳定性系数Ks=1.109，都处于基本稳定状态，但安全储备不足。在浸水状态下第二平台至第三平台边坡在稳定性系数Ks=1.124，处于基本稳定状态，但安全储备不足;在浸水状态下第三平台边坡至坡脚边坡稳定性系数Ks=1.042，处于不稳定状态，边坡处于失稳状态。

(7)8#剖面处于渣库的东南方向，主要跨过3个平台，第一平台与第二平台高差约5.5 m，坡度约27°;第二平台与第三平台高差约38.5 m，坡度约31.4°;第三平台至边坡脚高差约 33 m，坡度约34.5°。第一平台边坡处于稳定状态;第二平台至第三平台边坡在自然状态下稳定性系数Ks=1.118，第三平台至坡脚边坡在自然状态下稳定性系数Ks=1.296，都处于基本稳定状态，但安全储备不足。在浸水状态下，第二平台至第三平台边坡在稳定性系数Ks=1.080，第三平台至坡脚边坡稳定性系数Ks=1.20，都处于基本稳定状态，但安全储备不足。

［1］ 胡明鏊.某上游法尾矿坝抗滑稳定性浅析［J］.岩土力学，2003，32(2):44－46.

［2］ 肖 慧，盛建龙，姚 尧.基于GEO－SLOPE的某尾矿库稳定性分析［J］.现代矿业，2011，(7).

［3］ 王肇慧，肖盛燮，刘文方.边坡稳定性计算方法的对比分析［J］.重庆交通学院学报，2005，(6) .

［4］ 时卫民，郑颖人，唐伯明.滑坡稳定性评价方法的探讨［J］.岩土力学，2003，24(4).

［5］ GB50330－2002.建筑边坡工程技术规范［S］.

［6］ 石建勋，刘新荣，廖绍波，等.矿区排土场堆载对边坡稳定性影响的分析［J］.采矿与安全工程学报，2011，28(2).

［7］ 马春福，陈恩利，吕 鹏，等.某铁矿尾矿坝的稳定性分析［J］.国防交通工程与技术，2009，(2).

2011－08－18)

朱泽勋(1964－)，男，云南宣威人，工程师，主要从事岩土工程方面的工作，Email:619910377@qq.com。