基于Bishop法的戈壁平地堆型排土场稳定性分析

李 浩 张海磊 严文炳

（①新疆白银矿业开发有限公司 富蕴 836100 ②西北矿冶研究院 白银 730900

③甘肃省深井高效开采与灾变控制工程实验室 白银 730900）

0 前言

Bishop法是工程上最常用的一种能对边坡稳定性进行定量分析的方法，该法为各种非圆弧滑动分析及土条分界面上条间力的计算提供了有利条件，国内郑颖人院士等学者利用Bishop法及其一系列改进方法开展广泛的边坡稳定性分析工作，取得了丰硕的研究成果[1]。

矿山排土场由松散的剥离物组成，稳定性差，季节性灾害比较明显，排土工程一直是露天矿安全生产的薄弱环节[2-3]。为保证矿山安全生产，有必要开展系统的排土场稳定性分析工作。

1 矿山排土场现状概述

新疆索尔库都克铜矿排土场为典型的戈壁平地型排土场，通过3Dmine软件建模发现：索尔库都克铜矿排土场坡脚东西跨度为最大为710m，南北坡脚最大跨度为1150m，最大排土高度71m；西帮局部形成748m、760m水平的最终台阶；南帮形成780m、815m、830m水平的工作台阶及南部排土公路；东帮主要为低品位矿石堆场，堆高为746m水平；折返式排土公路向南北均衡分配排土；排土场四周建有坡脚拦石坝，具体见图1。

通过图1可以看出：西帮有局部滑移，将原来最终台阶淹没破坏，经过自沉降、滑移等逐渐趋于稳定状态；东帮控制相对较好，坡脚砂土层仍呈现地形起伏的现象；南帮有排弃公路，对排土压实作用比较大，边坡角相对稳定一些。

以每隔100m划分一个剖面的方式，将排土场划分为五个纵剖面图、十一个横剖面。对各剖面边坡角、坡面角、排土场跨度及排土高度等进行统计分析得：

（1）排土场东帮平均边坡角为16.8°，西帮平均边坡角为21.3°，南帮平均边坡角为25.6°，北帮平均边坡角为21.3°，排土场整体边坡角小于设计排弃物自然安息角。表1给出了各横剖面边坡角。

（2）部分边坡坡面角较大，如横6、横7剖面西侧坡面角均大于40°，过大的坡面角会造成边坡局部破坏，引起边坡小范围失稳，现场踏勘发现，排土场横5、横6、横7剖面西侧边坡或坡顶均出现不同程度的小规模破坏现象等，具体包括隆起、地基推移、坡顶裂缝等。

表1 排土场各横剖面参数

2 排土场稳定性分析方法

如图2所示，Bishop法假定各土条底部滑动面上的抗滑最小安全系数均相同，即等于整个滑动面的平均最小安全系数，取单位长度边坡按平面问题计算，即可得Bishop法计算边坡稳定最小安全系数的普遍公式。

图2 Bishop法计算简图

Bishop证明：若忽略土条两侧的剪切力，所产生的误差仅为1%。

3 排土场稳定性分析

本次索尔库都克铜矿排土场稳定性分析主要依靠GeoStudio2012软件完成。根据排土场各横剖面轮廓图和排土场各类岩土体物理力学参数，建立排土场各剖面有限元计算模型，通过软件内置的Bishop法计算程序即可得出如图3所示的排土场安全系数。各横剖面安全系数具体计算结果见表2。

图3 横5剖面东侧边坡安全系数

表2 Bishop法计算的各横剖面边坡安全系数

设定此次用于评价的排土场最小安全系数K应不低于1.30。由表2可知：

（1）排土场的整体安全系数都大于1.3，说明排土场边坡在整体上是稳定的。

（2）排土场临界滑移面位于边坡中下部，滑面长度30-200m不等。

（3）排土场东侧边坡的安全系数普遍高于西侧边坡的安全系数。

（4）排土场高度越高，边坡安全系数越低；随着排高的不断增加，矿山应采取必要措施进一步增强排土场稳定性。

4 结论

⑴由于排土场边坡工程的复杂性，排土场边坡稳定评价不能依赖于单一方法，未来下一步采用多种方法进行综合性分析。

⑵索尔库都克铜矿排土场监测系统于2017年10月建成，监测数据分析发现，除部分正在进行排废作业点附近的监测点有微弱水平位移外，排土场整体稳定性较好。