浅谈矿山排土场设计及优化治理

2020-06-30柴立

中国金属通报 2020年2期

关键词：排土场安全系数断面

柴立

（中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038）

1 排土场概况

该排土场所在区域的地质特征为典型的河流冲洪积Ⅱ级阶地平原地貌。地形标高是21m～36m，排土场大约可以存放64700万t，大约占用土地面积是610hm2。

2 排土场安全设计

针对排土场进行有效的安全设计，对排土场的工作人员安全、设备安全及下游生命财产安全有着至关重要作用。排土场安全设计过程中要充分考虑边坡稳定性、安全措施及相关建筑结构的安全防护距离等因素。

3 排土场边坡稳定性分析及优化措施

3.1 影响排土场边坡稳定的主要因素

本排土场中影响边坡稳定性的因素主要包括。

3.1.1 地基土的性质

针对本排土场工程做了详细全面的地质勘探、原位测试和室内试验等工作，得出本排土场的地层岩土性质为：勘测深度范围内的排土场表层属于素填土（Qml），然后是统黄褐色冲积粉土及细砂（Qal），再往下是统冲洪积（Qal+pl）细砂及黏性土。排土场的地基土层参数如表1所示。

表1 排土场地基土层参数

3.1.2 水文地质条件

本排土场工程中水文地质的影响作用主要表现在大气降水、地表水及地下水三个方面。

（1）大气降水的影响。大量的大气降水会减弱排土场物料的内摩擦角及黏聚力，使稳定性不足。本排土场地区的气候属于温带大陆性气候，不仅降水时间段集中，而且降水量也比较大。据多年监测数据得知，该区域每年的降水量平均是668mm，且6月～9月是降雨集中时间段，且7月、8月多有暴雨。

（2）地表水影响。地表水主要因大气降水而形成，排土场区域及周边地势属于北高南低、东高西低的情况，易在北侧和东侧形成比较大的汇水面积。如果降雨比较大的情况下，就易在地表产生径流而对排土场边坡脚形成冲刷作用，破坏排土场稳定性，增大直线型滑坡几率。同时，地表水的持续下渗会减弱排土场基层的黏聚力，易在边坡上引发整体滑动。

（3）地下水影响。本排土场钻孔勘查过程中都遇到地下水。地下水可使土体软化、强度降低。同时，在土体的毛细作用下，也会增大地下水的浸湿面积，扩大不利影响。另外，地下水位的升降会形成很强的动水压力及静水压力，且也会溶解土层结构内的易溶物质，进而破坏土体结构稳定引发滑坡问题。

3.1.3 地震

本排土场设计过程中充分考虑了地震因素，设计抗震防烈度是Ⅶ度区第一组，基本地震加速度设计值是0.15g。

3.2 排土场的滑坡类型

本排土场地处平原地区，平均坡度＜1%。所以排土场自身滑坡和沿地基软弱层滑坡是本排土场中易发的滑坡形式。其中，排土场自身滑坡产生的原因是由于降水冲刷排土台阶，减小了场地内物流内摩擦角和黏聚力引起的土体滑动。沿地基软弱面滑坡则主要是由于软土地基、地表水排泄不畅、地下水位上升或总堆置高度太高等原因引起的。

3.3 排土场稳定性计算

3.3.1 计算参数

①排土场下部地基土层计算参数（见表1）；②排土场堆积体计算参数（见表2）；③抗震设防烈度为7°，设计基本地震加速度为0.15g；④根据排土场工程地质勘查报告，17-17断面处地面标高为22.20m，是排土场最危险断面之一，因此以17-17断面作为计算断面。

表2 排土场堆积体参数

3.3.2 计算模型

在排土场工程中，安全平台的宽度情况对边坡稳定有着至关重要的影响。安全平台宽度越大，则边坡越稳定，但容纳量就越小。反而言之，安全平台宽度越小，边坡越不稳定，然而容纳量会增大。因此，设计排土场边坡的时候应确保安全的基础上，再尽可能的增大其容积。本排土场17-17断面位置的堆置高度设计为103.8m，安全平台设计宽度是20m，边坡自然安息角是35°，这种情况下的17-17断面的具体计算模型如图2所示。