水厂铁矿边坡加固设计及其稳定性分析

D0I:10.13374/i.issm1001-053x.2005.02.034 第27卷第2期 北京科技大学学报 Vol.27 No.2 2005年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2005 水厂铁矿边坡加固设计及其稳定性分析 李长洪文俊蔡美峰李军财谭卓英 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 摘要对水厂铁矿北区边坡进行了工程地质调查研究，分析了滑坡现状和产生的原因，提 出了削坡锚固治理方案.采用FIAC有限差分法计算软件对加固前后的边坡稳定性进行了对 比分析，分析结果揭示了原边坡设计存在保守性和边坡不稳定性的矛盾，采取合理加固措施 是解决这一问题的关键，分析表明削坡锚固治理方案是有效合理的. 关键词边坡加固；锚固；稳定性；数值分析 分类号TD315 水厂铁矿是一座大型变质岩型磁铁矿，是首 都钢铁公司重要铁矿石基地之一，设计生产规模 1100万ta,已有50多年的开采历史.近几年来， c7370.7s 100 已开分 随着矿坑采深的日益增加，采场北区高陡边坡倾 倒滑移变形十分严重，该部位边坡的上部为西排 破碎站的主要运输公路，而公路的上方边坡，曾 性计最终边界 -100 -100 经是排土场，所形成的边坡均由所排废石组成， 出 厚度平均为60m.一旦该公路发生坍塌，公路上 200 -200 部边坡也将随之跨落，直接影响整个矿山的安全 356.01 334.20 图1水厂铁矿北区采场工程地质剖面图，Q一第四系人工堆 生产，因此，对该区边坡的治理及稳定性分析是 积物，E2X-一火山熔岩，Fe一磁铁矿，Ma一片麻岩，Mr一混合 十分重要的. 花岗岩 Fig.I Geological cross-section of the slope in Shuichang Mine 1工程地质构造及滑坡分析 高：局部为基性脉岩，因为强烈绿泥石化，所以强 1.1工程地质概况 度减弱. 边坡的工程地质概况如图1所示.该边坡岩 1.2滑坡现状 体上部为松散层岩组，其下为火山碎屑岩组、火 2002年3月北区采场下盘4492m边坡形成 山熔岩组和砾岩组川.边坡中下部为各类变质岩 坍塌.同年6月12日在下盘西排破碎站下方44 岩组，包括矽线黑云斜长片麻岩组、磁铁石英岩 116m水平掌子面上出现多条裂缝，起始裂缝宽 组、紫苏黑云斜长片麻岩组等.岩性边坡体上部 为0.5m,很快发展达1.5m,岩体整体位移达3m, 为人工堆积碎石土及坡积、洪积砂砾石、亚砂土、 长度约为70-90m.山对滑体及时进行了清理. 亚粘土，分布范围广，厚度变化大，强度低：松散 同年9月，在附近又发生第二次滑坡，影响长度 层下为砾层夹泥岩，砾岩胶结物中含较多泥质、 约30-50m.其后一个月，在距此滑坡南西方向 钙质，脆性较大，易风化，泥岩及火山角砾岩夹层 150m左右的同一台阶又发生第三次滑坡，边坡 极易风化，风化后强度低.边坡中部和下部岩体 影响长度约60~70m,至现场调查时，滑体大多已 为各种变质的斜长片麻岩及磁铁石英岩，强度 经处理.三次滑坡累计长度约200m,滑体最大垂 收稿日期：20040705修回日期：2004-09-22 高72m.到目前为止，该部位已发生五次滑坡. 基金顷目：国家自然科学基金资助项目N0.50074002) 13滑坡分析 作者简介：李长洪(1962一)，男，教授，博士 滑体发生在第三系砾岩夹泥岩（火山角砾岩）

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ’ 水厂铁矿边坡加 固设计及其稳定性分析 李长 洪 文 俊 蔡 美峰 李军 财 谭卓英 北 京 科技大 学 土 木与环 境工 程 学 院 ， 北 京 摘 要 对 水 厂 铁矿 北 区 边坡进行 了 工 程地质 调 查研 究 ， 分 析 了滑 坡现状和 产 生 的原 因 ， 提 出了 削坡 锚 固治 理 方案 采用 有 限差 分法 计算 软 件对 加 固前 后 的边坡 稳 定 性进行 了对 比 分 析 分 析 结果 揭示 了原边 坡设计 存 在保 守性 和 边 坡不稳 定 性 的 矛盾 ， 采 取 合理加 固措施 是解 决这 一 问题 的关键 ， 分 析 表 明削坡锚 固治 理方 案 是有 效 合 理 的 关 键 词 边坡加 固 锚 固 稳 定 性 数值分 析 分 类号 巧 一 一 八曰 八 水 厂 铁矿 是 一 座 大 型变质 岩 型 磁 铁 矿 ， 是 首 都钢 铁 公 司重 要 铁矿 石 基 地 之 一 ， 设计 生产 规模 万 ， 已 有 多年 的开采 历 史 近 几 年 来 ， 随着矿 坑 采 深 的 日益 增 加 ，采 场 北 区 高 陡边 坡 倾 倒滑 移 变 形 十 分 严 重 该 部 位 边坡 的上 部 为西 排 破 碎 站 的主 要 运 输公 路 ， 而 公 路 的上 方 边坡 ， 曾 经 是排 土 场 ， 所 形 成 的边 坡 均 由所 排 废 石 组 成 ， 厚 度 平 均 为 一 旦 该 公 路 发 生 坍 塌 ， 公 路 上 部边 坡 也 将 随之 跨落 ， 直 接 影 响整个矿 山的安全 生 产 因此 ， 对 该 区 边 坡 的 治理 及 稳 定 性分 析 是 十 分 重 要 的 、 图 水 厂 铁矿北 区采 场 工 程 地 质 剖 面 图 一第 四 系 人 工 堆 积物 ， 一火 山 熔岩 ， 磁铁 矿 ， 一片麻 岩 ， 卜混 合 花 岗岩 一 工 程 地 质构 造 及 滑 坡 分 析 工 程 地 质 概 况 边 坡 的 工程 地 质 概 况 如 图 所 示 该 边 坡 岩 体 上 部 为松 散 层 岩 组 ， 其 下 为火 山碎 屑 岩 组 、 火 山 熔 岩 组 和 砾 岩 组 “ ， 边 坡 中下 部 为各 类 变 质 岩 岩 组 ， 包 括 矽 线 黑 云 斜 长 片 麻 岩 组 、 磁 铁 石 英 岩 组 、 紫 苏 黑 云 斜 长 片 麻岩 组 等 岩 性 边 坡 体 上 部 为人 工 堆 积 碎 石 土 及 坡 积 、 洪 积 砂 砾 石 、 亚砂 土 、 亚 粘 土 ， 分 布 范 围广 ， 厚 度 变 化 大 ， 强 度 低 松 散 层 下 为砾 层 夹 泥 岩 ， 砾 岩 胶 结物 中含较 多 泥 质 、 钙 质 ， 脆性较 大 ， 易风 化 ， 泥 岩及 火 山角砾 岩夹层 极 易风 化 ， 风 化 后 强 度 低 边 坡 中部 和 下 部 岩 体 为 各 种 变 质 的斜 长 片 麻 岩 及 磁 铁 石 英 岩 ， 强 度 收 稿 日期 一 “ 巧 修 回 日期 刁 毛 基 金 项 目 国家 自然 科学 基金 资助项 目 。 作者简 介 李长洪 一 ， 男 ， 教 授 ， 博士 高 局 部 为基 性脉 岩 ， 因 为 强 烈 绿 泥 石 化 ， 所 以强 度 减 弱 滑 坡 现 状 年 月北 区 采 场 下 盘 刁 边 坡 形 成 坍塌 同年 月 日在 下 盘 西 排 破 碎 站 下 方 一 水 平 掌 子 面 上 出现 多条 裂 缝 ， 起 始 裂缝 宽 为 ， 很 快 发 展 达 ， 岩 体 整 体位 移 达 。 ， 长 度 约 为 一 矿 山对滑 体 及 时进 行 了清 理 ， 同年 月 ， 在 附近 又 发 生 第二 次滑 坡 ， 影 响长 度 约 一 其 后 一 个 月 ， 在距 此 滑 坡 南 西 方 向 左 右 的 同一 台 阶又 发 生 第 三 次 滑 坡 ， 边 坡 影 响 长度 约 一 ， 至现 场 调 查 时 ， 滑 体 大 多 已 经 处理 三 次滑 坡 累 计 长 度 约 ， 滑 体 最 大垂 高 到 目前为止 ， 该 部位 已 发 生 五 次滑 坡 滑 坡 分 析 滑 体 发 生在第 三 系砾 岩 夹泥 岩 火 山角砾岩 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2005．02．034

Vol.27 No.2 李长洪等：水厂铁矿边坡加固设计及其稳定性分析 ·133· 中（如图中阴影部分所示），岩性特征砾岩为紫红 原有边界 色，厚层状，砾石成分为片麻岩、混合花岗岩、磁 铁石英及安山质、玄武质火山角砾岩组成，砾石 削坡后的边界 含量30%一70%不等，呈泥质或钙质胶结，单个砾 2136mL410m L210m 15cmC20喷射混凝土 L36 石脆硬，强度高，但结构松散，基质易风化，力学 24 m m 强度不大.泥岩以泥质为主，含较多砂质成分，成 ,为锚素全长 1 层状，干操原岩性质硬结，有一定强度，但一经揭 L,为锚索锚段长度 露，迅速风化干裂，易崩解破碎成散体，遇水极易 软化膨胀，强度极低.此岩层构成的边坡，由于砾 岩与泥岩形成夹层，砾岩结构松散，基质易风化， 图2边坡加固方案示意图 泥岩遇水崩解强度低，支持不住上部厚层状砾岩 Fig.2 Reinforcement design of the slope 的重量，而此边坡沿走向方向又发育大型节理 kN,极限承载力为700kN,锚具为QLM15型三 面，形成断裂面（滑面），故极易发生此类滑坡.滑 孔锚具.锚索注浆采用水泥砂浆，水灰比为0.45， 面为与边坡平行的同一组节理面，滑面倾向南 (2)挂网喷射混凝土.随着预应力锚杆的施 东，与边坡倾向一致，产状为136°161°∠63°~ 工，对边坡进行挂网喷射混凝土施工，对边坡岩土 85. 体进行封闭，防止其进一步风化).钢筋网采用 本区上部散体结构边坡主要潜在破坏模式 中l0mm主筋和6mm的辅筋，主筋与预应力锚索 为圆弧形破坏，层状结构边坡主要为崩塌破坏， 焊接，混凝士喷层15cm,采用C20混凝土， 楔形破坏.下部块状及碎裂结构边坡可形成各种 (3)设置泄水孔，为了进一步增大挂网喷锚支 平面破坏，倾倒破坏， 护的稳定性，使地下水易于排出，减小整个滑体 的下滑力，护坡上设置了泄水孔.泄水孔水平间 2边坡治理 距4m,垂直间距2m,错落排列.同时还在每级台 阶底部设置了明沟，使水流畅通，不易渗漏. 根据分析，北区采场下盘的不稳定区域主要 位于西排运输公路以下的边坡，标高为34106 3 数值模拟 m.目前，该部位117,104,92,80,56m水平均己到 界，44,34m即将到界.因此，对于目前设计的边 数值模拟在FLAC软件上实现.在本项模拟 坡，宜采用局部重点加固的治理方案 过程中，首先采用弹性材料模型形成初始应力 2.1清坡及削坡 场，然后采用莫尔一库仑弹塑材料模型进行开挖 在加固前，需要把已发生塌方的岩士体清 及支护过程的模拟. 掉，并向内扩展一定的深度，以达到减载的目的， 在莫尔一库仑弹塑材料模型中，剪切屈报的 减小滑体厚度和下滑力，使滑体保持极限平衡状 判定只考虑最大主应力和最小主应力，不计中间 态.削坡后，44104m位置的边坡形成五级台 主应力的影响.剪切屈服函数为： 阶，每级台阶高12m,坡率为1：0.47.如图2所示， f=oi-oN,+2c√W 式中，N,1-sin0 _】+sinp 图中阴影部分为清除的岩土体 ,中为摩擦角，c为粘聚力.如果￡ 2.2加固及设计参数 <0,则认为发生剪切屈服破坏. 采用挂网喷锚进行加固，喷锚设计参数通过 3.1计算模型 理论分析及FLAC大变形有限差分数值计算模 应用FLAC软件对北区采场重点部位34~106 拟，并结合岩层实际特性而加以确定， m边坡进行模拟.计算范围710m×542m,划分 (1)锚索，在边坡的第一、二、三、四、五级坡 515×346个单元.模型两侧限制水平方向移动，模 面上分别布设2排、3排、3排、2排和2排预应力 型底面限制垂直方向移动.从开采前的边坡轮 锚索，锚索长度24-36m不等，具体布置如图2所 廓到现存的边坡轮廓，共分五次开挖完成.图3 示.锚索倾角25°，锚索采用MH-500型强度标准 为加固后模型的模拟计算剖面示意图.分析所用 值1860MPa的高强低松弛钢绞线，设计荷载500 指标是在岩石力学实验和工程地质调查的基础

李 长 洪 等 水 厂 铁矿 边 坡 加 固 设 计 及 其稳 定 性 分 析 中 如 图 中 阴影 部 分 所 示 ， 岩 性 特 征 砾 岩 为紫 红 色 ， 厚 层 状 ， 砾 石 成 分 为 片 麻 岩 、 混 合 花 岗岩 、 磁 铁 石 英 及 安 山质 、 玄武 质 火 山 角 砾 岩 组 成 ， 砾 石 含 量 一 不 等 ， 呈 泥 质 或 钙 质 胶 结 ， 单个 砾 石 脆硬 ， 强 度 高 ， 但 结构松 散 ， 基 质 易 风 化 ， 力 学 强度 不大 泥 岩 以泥 质 为主 ， 含 较 多砂 质 成 分 ， 成 层状 ， 干 燥原岩 性 质硬 结 ， 有 一 定 强度 ， 但 一 经揭 露 ， 迅 速 风 化 干裂 ， 易崩解 破碎成 散 体 ， 遇水 极 易 软化 膨 胀 ， 强度 极低 此 岩 层 构 成 的边 坡 ， 由于砾 岩 与泥 岩 形成 夹 层 ， 砾 岩 结构 松 散 ， 基质 易风 化 ， 泥 岩 遇 水崩解 强度 低 ， 支 持 不 住 上 部 厚层 状砾 岩 的重 量 ， 而 此 边 坡 沿 走 向方 向又 发 育 大 型 节 理 面 ， 形 成 断裂 面 滑 面 ， 故 极 易 发 生 此 类 滑 坡 ， 滑 面 为 与边 坡 平 行 的 同一 组 节 理 面 ， 滑 面 倾 向南 东 ， 与边 坡 倾 向一 致 ， 产 状 为 一 艺 。 本 区 上 部 散 体 结 构 边 坡 主 要 潜 在 破 坏 模 式 为 圆弧 形 破 坏 ， 层 状 结 构 边 坡 主 要 为 崩 塌 破 坏 ， 楔 形 破 坏 下 部块 状 及 碎 裂 结构 边坡 可 形 成 各 种 平 面破 坏 ， 倾 倒 破 坏 原有边界 图 边 坡 加 固 方 案 示 意 图 代 边 坡治 理 根据 分 析 ， 北 区采 场 下 盘 的不 稳 定 区域 主 要 位 于 西 排 运 输 公 路 以下 的边 坡 ， 标 高为 一 目前 ， 该 部位 ， ， ， ， 水 平 均 已 到 界 ， ， 即将 到 界 因 此 ， 对 于 目前 设 计 的边 坡 ， 宜采 用 局 部重 点加 固 的治 理 方 案 清坡 及 削坡 在 加 固 前 ， 需 要 把 已 发 生 塌 方 的岩 土 体 清 掉 ， 并 向 内扩 展 一 定 的深 度 ， 以达 到减载 的 目的 ， 减 小滑 体 厚度 和 下 滑 力 ， 使 滑 体保 持 极 限平 衡 状 态 口， 削坡 后 ， 一 位 置 的边 坡 形 成 五 级 台 阶 ， 每 级 台阶 高 ， 坡 率 为 如 图 所 示 ， 图 中 阴影 部 分 为清 除 的岩 土 体 加 固 及 设 计 参 数 采 用 挂 网 喷锚 进 行 加 固 ， 喷锚 设 计 参 数 通 过 理 论 分 析 及 大 变 形 有 限差 分 数 值 计 算 模 拟 ， 并 结合 岩层 实际特 性 而加 以确 定 锚 索 在 边 坡 的第 一 、 二 、 三 、 四 、 五 级 坡 面 上 分 别布 设 排 、 排 、 排 、 排 和 排 预 应 力 锚 索 ， 锚 索 长 度 一 不 等 ， 具 体 布 置 如 图 所 示 锚 索 倾 角 ， 锚 索 采 用 巧 型 强度 标 准 值 的高 强低 松 弛钢 绞 线 ， 设 计 荷 载 ， 极 限承 载 力 为 ， 锚 具 为 巧 型三 孔 锚 具 锚 索 注 浆采 用 水 泥 砂 浆 ， 水 灰 比为 挂 网 喷射 混 凝 土 随着 预 应 力锚 杆 的施 工 ，对 边 坡进行 挂 网喷射 混凝 土 施 工 ，对 边 坡 岩土 体 进 行 封 闭 ， 防止 其 进 一 步风 化 ‘习 钢 筋 网采 用 巾 血 主 筋和 小 的辅 筋 ， 主 筋 与 预应 力 锚 索 焊 接 ， 混 凝 土 喷层 巧 ， 采 用 混 凝 土 设 置 泄 水 孔 为 了进 一 步增 大 挂 网喷锚 支 护 的稳 定 性 ， 使 地 下 水 易 于 排 出 ， 减 小 整 个 滑 体 的下滑 力 ， 护 坡 上 设置 了泄 水 孔 泄 水 孔 水 平 间 距 ， 垂直 间距 ， 错 落 排 列 同时还 在 每 级 台 阶底 部 设 置 了 明沟 ， 使 水 流 畅通 ， 不 易渗漏 数 值 模 拟 数值 模 拟 在 软件 上 实现 口 在 本 项模拟 过 程 中 ， 首 先 采 用 弹 性 材 料 模 型 形 成 初 始 应 力 场 ， 然后 采用 莫 尔 一 库 仑 弹 塑材 料 模 型 进 行 开挖 及 支 护 过 程 的模 拟 在 莫 尔 一 库 仑 弹 塑 材 料 模 型 中 ， 剪切 屈 服 的 判 定 只 考 虑最 大 主应 力和 最 小主 应 力 ， 不 计 中 间 主 应 力 的影 响 剪 切 屈 服 函 数 为〔 ， 关 。 一 氏从 抓硫 入 上丝鱼业 、 、 ， 、 。 。 、 ， 卜 、 、 。 。 子 式 中 ，凡 今省笼姜 ， 沪为摩 擦 角 少、 ， 。 为 粘 聚 力 如 果人 ” ‘ ’ 巾 一 砂 ’ 丫 ” ‘于 不 用 ’ 一 “ “ ‘ 川 到、 ‘ 州 叼 “ ， 则 认 为 发 生 剪 切 屈 服 破 坏 计 算 模 型 应 用 软件 对 北 区 采场 重 点部位 一 边 坡 进 行 模拟 计 算范 围 巧 ， 划 分 个单元 模 型两侧 限制水平 方 向移 动 ， 模 型底 面 限制 垂 直 方 向移 动 环， 从 开 采 前 的边 坡轮 廓 到现 存 的边 坡 轮 廓 ， 共 分 五 次 开挖 完 成 图 为加 固后 模 型 的模 拟 计 算 剖 面 示 意 图 ， 分析所用 指 标 是 在 岩 石 力 学 实 验 和 工 程 地 质 调 查 的基 础

·134· 北京科技大学学报 2005年第2期 了塑性区模拟分析， 340 从图4中可以看出，若岩体不发生风化，塑性 区很少，基本没有，按照原来设计的边坡角进行 320 开采，边坡不会发生失稳，这体现了原设计的保 300 守性.但是随着进一步的开采，角砾岩的暴露，角 砾岩在水和阳光的作用下发生风化，强度急剧降 280 低，导致了大面积的滑坡，如图5所示.图5为角 260 砾岩岩体参数降低后，模拟出的塑性破坏范围， 图中塑性区范围明显扩大，这也与实际滑坡范围 240 大小吻合. 220 从图4和图5对比分析可知，边坡岩体风化 是边坡破坏的根本原因.若要维持边坡的稳定， 200 关键是防止边坡岩体的风化所导致岩体强度的 200 220 240260280300320340 降低，由此分析揭示了原设计的保守性和边坡不 x/m 稳定性的矛盾，采取合理的加固治理措施，防止 图3数值计算网格 Fig.3 Grids plot of the numerical model 边坡岩体风化，保持岩体强度是解决这一问题的 关键. 上综合经验选取的，见表1， 图6为进行削坡处理、清除失稳的岩土体后 3.2计算结果及分析 不进行加固的情况.图中塑性区范围仍然很大， (1)塑性区分析.对岩体风化前、岩体风化后、 并有进一步扩展的趋势.如不进行支护，则会继 削坡后无支护和削坡后及时支护四种情况进行 续滑坡，出现剥一层滑一层的恶性循环，说明仅 表1边坡岩体力学参数表 Table I Mechanical properties of rock in the slope 代号 名称 密度1kgm)弹性模量/GPa 泊松比 粘聚力MPa内摩擦角()抗拉强度Pa 2.69 0.23 0.62 21.5 0.51 1.35 0.23 0.32 21.5 0.26 EX 火山熔岩、角砾岩 2477 0.84 0.23 0.20 21.5 0.16 0.42 023 0.08 21.5 0.08 Fe 磁铁刊矿 2850 12.50 0.23 3.00 38.0 0.90 Ma 片麻岩 2609 3.81 0.25 1.50 42.0 0.70 Mr 混合花岗岩 2604 3.56 0.24 1.76 47.0 1.10 Q 第四系人工堆积物 2000 0.02 0.30 0.13 18.0 0.01 注：火山熔岩、角砾岩按风化程度不同分为四个等级：强风化、中风化、弱风化、微风化。 t 悦非n图：清折) Fl4 formnn 2) I 匹0唯 g 图4角砾岩风化前塑性区图 图5角砾岩风化后塑性区图 Fig.4 Plastic region of the slope before weathering Fig.5 Plastic region of the slope after weathering

一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 八︹、 咔月 山益今扫件门 卜八产 工 图 数值 计 算 网 格 上 综 合 经 验 选 取 的 ， 见 表 计 算 结 果 及 分 析 塑 性 区分析 ， 对 岩体 风 化 前 、 岩体风 化 后 、 削坡 后 无 支 护 和 削 坡 后 及 时 支 护 四 种 情 况 进 行 了塑 性 区模 拟 分 析 从 图 中可 以看 出 ， 若岩 体不 发 生风 化 ， 塑 性 区 很 少 ， 基 本 没 有 ， 按 照 原 来 设 计 的边 坡 角进 行 开采 ， 边 坡 不 会 发 生 失稳 ， 这 体 现 了原 设 计 的保 守性 但 是 随着 进 一 步 的开采 ， 角砾 岩 的暴 露 ， 角 砾 岩 在 水 和 阳光 的作用 下 发 生风 化 ， 强度 急剧 降 低 ， 导致 了大 面 积 的滑 坡 ， 如 图 所 示 图 为 角 砾 岩 岩 体 参 数 降低 后 ， 模拟 出 的塑 性 破 坏 范 围 ， 图 中塑 性 区 范 围明显扩 大 ， 这 也 与 实 际滑 坡 范 围 大 小 吻 合 从 图 和 图 对 比分 析 可 知 ， 边 坡 岩 体 风 化 是 边坡破 坏 的根 本 原 因 若要 维 持边 坡 的稳 定 ， 关 键 是 防止 边 坡 岩 体 的风 化 所 导 致 岩 体 强度 的 降低 由此 分析 揭 示 了原 设计 的保 守性 和 边 坡 不 稳 定 性 的矛 盾 ， 采 取 合 理 的加 固 治理 措 施 ， 防止 边坡岩 体 风 化 ， 保 持 岩 体 强度 是 解 决 这 一 问题 的 关键 图 为进 行 削 坡 处 理 、 清 除 失稳 的岩 土 体 后 不 进行 加 固 的情况 图 中塑 性 区 范 围仍 然 很 大 ， 并 有 进 一 步扩 展 的趋 势 如 不 进 行 支 护 ， 则 会 继 续滑 坡 ， 出现 剥 一 层 滑 一层 的恶 性 循 环 ， 说 明仅 表 边坡 岩体 力 学 参 数表 代 号 名称 密 度 《下 一 弹性模量厂 泊松 比 粘 聚 力了肠 〕 内摩擦角 抗拉 强 度 火 山熔 岩 、 角砾 岩 万 名 第 四 系 人工 堆积物 注 火 山熔岩 、 角 砾 岩 按 风 化程 度 不 同 分 为 四个等 级 强 风 化 、 中风化 、 弱风 化 、 微风 化 门引 沪去，户 曰 刃 门刃 刀 习例 一 丫 一 一一一 一 汰 于 · 下 不饭鸽‘ 了叭 、 ， 内 刀 ， 泞口广 咬卜一 二 · 图 角砾 岩风 化前塑 性 区 图 颐 图 角砾岩风 化后 塑性 区 图

Vol.27 No.2 李长洪等：水厂铁矿边坡加固设计及其稳定性分析 ·135· FLAC (Version 3.30) FLAt Iverzion 山e 品 图6削坡后不支护塑性区图 图7制坡后及时支护塑性区图 Fig.6 Plastic region of the slope without support after cutting Fig.7 Plastic region of the slope having support in time after cut- ting slope 采取削坡减载的边坡治理方案，不能从根本上解 (2)边坡坡面水平位移分析.图8~12为加固 决该部位的滑坡问题. 后各级台阶坡面的水平位移量图，横坐标为坡面 图7为进行削坡处理后及时进行挂网喷锚的 上各点距各级台阶坡顶的垂直距离，纵坐标为水 情况，图中塑性区明显减少，零星塑性区不会对 平位移量， 边坡的整体稳定性构成影响.由此可知预应力锚 从图中可以看出，产生较大位移部位主要在 索有很好的加固效果，对该部位滑坡的治理必须 第三、四、五级台阶坡面.引起位移的主要原因不 采取边清坡边支护的方案， 再是软弱岩层的下滑，而是由于台阶的后推，开挖 14 14 12 的 目10 0 8 6 0 468 10 12 4 681012 垂直距离m 垂直距离m 图8加固后第一级台阶边坡的水平位移变化 图10加固后第三级台阶边坡的水平位移变化 Fig.8 Horizontal displacement of Step No.1 in the slope after Fig.10 Horizontal displacement of Step No.3 in the slope after reinforcement reinforcement 14 14 12 12 10 8 8 6 4 68 10 468 1012 垂直距离m 垂直距离m 图9加固后第二级台阶边坡的水平位移变化 图1加固后第四级台阶边坡的水平位移变化 Fig.9 Horizontal displacement of Step No.2 in the slope after Fig.11 Horizontal displacement of Step No.4 in the slope after reinforcement reinforcement

、勺 李 长 洪 等 水 厂 铁矿 边 坡 加 固 设 计 及 其 稳 定性分 析 一 下 月月亡 叭郑才明 沃 刃 卜布 」 明口 盯 叮盆哪 撇即 归巨早 、 。。 二即业于 色 袱洲 翻创 皿十曲 三 川 成 勺 盆 。翻十晚 护诊 一 殆 ， 二 ， 尸 沂 台 出 之 卜 夕 通卜 如 〕 杀 子姗 之 毛 丫 一 胃 、 丫 石 幽 回 叮 以 匕 口 它日 注 归节， ‘ 川 价 侧 四， 酝翻‘ 吐 幅 〔如， 如，】 一 卢兄 「」盯 了 内 习仍， 注 刀例 一 ‘ 一一 图 削 坡 后 不 支护 塑 性 区 图 采 取 削坡 减载 的边 坡 治理 方案 ， 不 能从 根本 上 解 决 该 部位 的滑 坡 问题 图 为进 行 削坡 处 理 后及 时进行 挂 网喷锚 的 情 况 图 中塑 性 区 明显 减 少 ， 零 星 塑 性 区 不会 对 边 坡 的整 体 稳 定 性 构成 影 响 由此 可 知 预 应 力 锚 索 有很 好 的加 固效 果 ， 对 该 部位 滑 坡 的治 理 必 须 采 取 边清 坡 边 支 护 的方 案 图 削坡 后及 时支 护塑 性 区 图 边 坡 坡 面 水 平 位 移 分 析 图 一 为加 固 后 各 级 台阶坡 面 的水平 位 移 量 图 ， 横 坐标 为坡 面 上 各 点距 各 级 台阶坡 顶 的垂 直 距 离 ， 纵 坐 标 为水 平 位 移 量 从 图 中可 以看 出 ， 产 生较 大位 移 部 位 主 要 在 第 三 、 四 、 五级 台阶坡 面 引起 位 移 的主 要 原 因不 再 是 软 弱岩 层 的下滑 ， 而是 由于 台阶 的后 推 ， 开挖 划除书遥泌已 泌划书除习日洲 一 ‘ 一 垂 直距 离 图 加 固 后 第 一 级 台阶 边 坡 的水平 位移 变化 七 ‘ 一 二一一一 一 垂 直距 离 图 加 固 后 第三 级 台 阶 边 坡 的 水 平位移 变化 · 艳除书泛划里 、 伪为八‘曰 泌划书十已日 一 一 一 上 垂 直距 离 图 ， 加 固 后 第二 级 台阶边 坡的 水平位 移 变化 山 · 比 ， 一 垂 直距 离 图 加 固 后 第四 级 台阶边 坡 的水平 位移 变化 日。 加 印 ·

·136 北京科技大学学报 2005年第2期 护的加固方案，可保持岩体的强度，喷射混凝土 可对岩土体进行封闭，阻止其进一步发生风化. 利用预应力锚索可有效地改善边坡岩体的应力 目 0 状态，减小边坡塑性破坏区的范围，达到加固的 8 目的. (3)经FLAC软件分析，削坡后无支护与有支 4 2 护的对比，可知原边坡设计存在保守性和边坡不 0 稳定性的矛盾，采取合理的加固治理措施，防止 0 n 4 68 10 12 岩体风化，保持岩体强度是解决这一问题的关 垂直距离m 键 图12加固后第五级台阶边坡的水平位移变化 Fig.12 Horizontal displacement of Step No.5 in the slope after (4)喷锚支护能够有效加固边坡，既能够提高 reinforcement 边坡角，增大经济效益，又能够维护边坡岩体的 稳定性 了一定数量的岩土体而引起了更多应力变形能 的释放造成的. 参考文献 从图中还可以看出，各台阶有锚索加固部位 []蔡美峰，乔兰，李长洪，等，深凹露天矿高陡边坡稳定性分 位移量都有不同程度的降低，体现出了锚索对周 析与设计优化，北京科技大学学报，2004,26(5少：465 围岩土体的约束作用.从整个边坡的最大位移量 [2]阁莫明，徐祯祥.岩土锚固技术的新进展，北京：人民交 通出版社，2000.9 来看，加固后的边坡是稳定的. [3)]彭振斌.锚固工程设计计算与施工，北京：中国地质大学 出版社，1997 4结论 [4]王庚荪.边坡的渐进破杯及稳定性分析.岩石力学与工程 学报，2000,191)：29 (1)角砾岩发生风化前，边坡不会发生失稳. 「5)徐嘉谟。露天开挖条件下边坡岩体的移动和变形.见：第 随着开采的进一步加深和岩体风化，岩体强度降 四届全国工程地质大会论文选集.北京：海洋出版社，1992 1073 低，边坡发生了大面积塌方 6吴顺川，张怀静，某特殊露天士质边坡稳坡方案研究与应 (2)针对滑坡部位采取先削坡再挂网喷锚支 用.黄金，19993：11 Slope reinforcement and stability analysis in Shuichang mine of China LI Changhong,WEN Jun,CAI Meifeng,LI Juncai.TAN Zhuoying Civil and Environmental Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT According to the investigation on geological condition in the north region of China's Shuichang iron mine,this paper analyzes basic features and reasons of the landslide,and suggests that the slope be stabilized by cut- ting slope and anchorage.A contrast analysis of slope stability is made between unreinforced and reinforced slopes by using FLAC Software.The results show that there is a contradiction between conservatism and unstability in the original slope design,and taking a reasonable reinforcement measure is the key to solve this problem.It is verified that the reinforcment is a very effective measure for this kind of unstable slope. KEY WORDS slope reinforcement;anchorage;stability;numerical analysis

一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 ‘ 一一 一‘ 一一 垂 直 距 离 图 加 固 后 第五 级 台 阶 边坡 的 水平位移 变化 山 代 护 的加 固方 案 ， 可 保 持 岩 体 的强度 喷射 混 凝 土 可 对 岩 土 体 进 行 封 闭 ， 阻 止 其 进 一 步 发 生 风 化 利 用 预 应 力 锚 索 可 有 效 地 改善 边 坡 岩 体 的应 力 状 态 ， 减 小边 坡 塑 性 破 坏 区 的 范 围 ， 达 到 加 固 的 目的 经 软 件分 析 ， 削坡 后 无 支 护 与 有 支 护 的对 比 ， 可 知 原边 坡 设计 存 在 保 守性和 边坡 不 稳 定性 的矛 盾 采 取 合 理 的加 固治 理 措 施 ， 防止 岩 体风 化 ， 保 持 岩 体 强 度 是 解 决 这 一 问题 的关 键 喷锚 支护 能够 有 效 加 固边坡 ， 既 能够 提 高 边 坡角 ， 增 大经 济 效 益 ， 又 能够 维 护 边 坡 岩 体 的 稳 定性 书簿掣除之引日 考 文 献 蔡美 峰 ， 乔 兰 ， 李长洪 ， 等 深 凹 露 天矿 高 陡边坡稳 定性分 析 与 设 计优 化 ， 北 京科技 大 学 学报 ， ， 阎莫 明 ， 徐祯祥 岩 土 锚 固技术 的 新进 展 ， 北 京 人 民交 通 出版 社 ， ， 彭 振斌 锚 固工 程 设 计 计算 与施工 ， 北 京 中国地 质大 学 出版社 ， 王 庚荪 边 坡 的渐进破 坏 及稳 定性分 析 岩 石 力学 与 工程 学 报 ， ， 徐嘉漠 露 天开挖条件下边坡 岩 体 的移 动 和 变 形 见 第 四届 全 国工 程地 质大会 论文 选集 北 京 海洋 出版社 ， 咒 吴顺 川 ， 张 怀静 某特殊露 天 土质 边坡稳坡方案 研 究与应 用 黄金 ， 四参 了 一 定 数 量 的岩 土 体 而 引起 了更 多 应 力变 形 能 的释 放 造 成 的 从 图中还 可 以看 出 ， 各 台阶 有 锚 索 加 固部位 位 移 量 都 有 不 同程 度 的降低 ， 体现 出 了锚 索对 周 围岩 土 体 的约束 作 用 从 整 个 边坡 的最 大位 移 量 来 看 ， 加 固后 的边 坡 是 稳 定 的 结 论 角 砾 岩 发 生风 化 前 ， 边 坡 不 会 发 生 失稳 随着 开采 的进 一 步加 深 和 岩 体风 化 ， 岩 体 强度 降 低 ， 边 坡 发 生 了 大 面 积 塌 方 针 对 滑 坡 部位 采 取 先 削坡 再 挂 网 喷锚 支 喇 ， 下 ， 几企旅， ， 爪 ， ， ， 澎 ， ， 、 ， 】〕