D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.06.001 第30卷第6期 北京科技大学学报 Vol.30 No.6 2008年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2008 基于临界滑移场技术的排土场边坡稳定性分析 韦寒波)孙世国)高谦)王文婷) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)北方工业大学建筑工程学院，北京100041 3)中国建筑科学研究院，北京100013 摘要应用临界滑移场技术，对排土场边坡进行临界滑动面搜寻，结果证明其边坡滑动面并非圆弧滑面：再应用临界滑移 场技术的扩展方法进行反向搜寻，不仅可以得到排土场边坡的安全系数，还能求得边坡的最佳设计坡角， 关键词排土场：边坡稳定性：滑动面：临界滑移场 分类号TD854.6 Stability of waste-dump slopes based on critical sliding field technology WEI Hanbo).SUN Shiguo?),GAO Qian),WANG Wenting3) 1)School of Civil and Environmental Engineering.University of Science and Technology Beijing Beijing 100083.China 2)College of Architecture Engineering,North China University of Technology.Beijing 100041,China 3)China Academy of Building Research,Beijing 100013.China ABSTRACI The critical sliding field technology was used to probe the sliding surface of a waste-dump slope.It is shown that the sliding surface of the slope is not a circular one.The reverse probing was carried out by using the expending method of critical sliding field,and the result show that both the safety factor and the optimum slope angle of waste-dump can be obtained. KEY WORDS waste-dump:slope stability:sliding surface:critical sliding field 对于给定滑动面（圆弧或任意形状）的边坡，应 本文所研究的排土场边坡便是属于这种介质比 用极限平衡条分法能够很好地计算出相应的边坡安 较复杂且多台阶的边坡，龙桥排土场是布沼坝露天 全系数山.然而，对于滑动面未知的边坡，特别是边 矿目前主要使用的排土场，其下方不远处为一小集 坡介质分布比较复杂时，滑动面形状不能用圆弧或 镇，排土场边坡的安全与稳定将直接威胁小集镇居 别的标准曲线描述，这时就必须先找出任意形状的 民的生命财产安全·排土场坡角取何值为最佳、如 临界滑动面，其求解过程是非常复杂的， 何确定最佳值等一系列问题亟待解决，本文着重研 边坡临界滑移场技术是在边坡极限平衡条分法 究人工堆积边坡与山体边坡复合体的滑面搜寻技 基础上发展起来的边坡稳定性分析方法，它直接从 术、边坡稳定性评价方法及其优化设计等问题，确保 整体出发，通过数值方法模拟出边坡体内任一点的 排土场土地使用率最大，同时保证排土场与周边环 危险滑动方向和条块间最不利推力，最终得到一簇 境的安全， 任意形状危险滑动面（其中一条为临界滑动面）的临 界滑动场·相对于其他方法，临界滑移场法求解方 1边坡临界滑移场技术 便可靠，所得临界面能充分逼近已经取得的解析解， 1.1临界滑动面搜寻 不存在局部极值问题，也无需人为地确定初始滑动 临界滑移场方法能准确快速确定边坡任意形状 面2. 临界滑动面，全面评价边坡整体和局部稳定性等. 收稿日期：2007-04-05修回日期：2007-06-12 它首先将边坡体分成很多条块（条块数比常规条分 基金项目：北京市优秀人才基金资助项目(No-KM200710009007): 法所采用的数目要多得多)，再将条块分成众多状态 北京市教委资助项目(No.20041D0500204) 点，在给定安全系数下，边坡体的强度按同一比例 作者简介：韦寒波(1982一)·男：硕士研究生， 发挥，过条块线上的任一点（不只限于状态点）都存 E-mail:weihanbo@163.com: 高谦(1956-)男，教授，博士生导师 在有危险滑动方向（用tana表示，a为过该点上条
基于临界滑移场技术的排土场边坡稳定性分析 韦寒波1） 孙世国2） 高 谦1） 王文婷3） 1） 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 2） 北方工业大学建筑工程学院北京100041 3） 中国建筑科学研究院北京100013 摘 要 应用临界滑移场技术对排土场边坡进行临界滑动面搜寻．结果证明其边坡滑动面并非圆弧滑面；再应用临界滑移 场技术的扩展方法进行反向搜寻不仅可以得到排土场边坡的安全系数还能求得边坡的最佳设计坡角． 关键词 排土场；边坡稳定性；滑动面；临界滑移场 分类号 TD854∙6 Stability of waste-dump slopes based on critical sliding field technology W EI Hanbo 1）SUN Shiguo 2）GA O Qian 1）W A NG Wenting 3） 1） School of Civil and Environmental EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） College of Architecture EngineeringNorth China University of TechnologyBeijing100041China 3） China Academy of Building ResearchBeijing100013China ABSTRACT T he critical sliding field technology was used to probe the sliding surface of a waste-dump slope．It is shown that the sliding surface of the slope is not a circular one．T he reverse probing was carried out by using the expending method of critical sliding fieldand the result show that both the safety factor and the optimum slope angle of waste-dump can be obtained． KEY WORDS waste-dump；slope stability；sliding surface；critical sliding field 收稿日期：2007-04-05 修回日期：2007-06-12 基金项目：北京市优秀人才基金资助项目（No．KM200710009007）； 北京市教委资助项目（No．20041D0500204） 作者简介：韦寒波（1982—）男硕士研究生 E-mail：weihanbo＠163．com； 高 谦（1956—）男教授博士生导师 对于给定滑动面（圆弧或任意形状）的边坡应 用极限平衡条分法能够很好地计算出相应的边坡安 全系数［1］．然而对于滑动面未知的边坡特别是边 坡介质分布比较复杂时滑动面形状不能用圆弧或 别的标准曲线描述这时就必须先找出任意形状的 临界滑动面其求解过程是非常复杂的． 边坡临界滑移场技术是在边坡极限平衡条分法 基础上发展起来的边坡稳定性分析方法．它直接从 整体出发通过数值方法模拟出边坡体内任一点的 危险滑动方向和条块间最不利推力最终得到一簇 任意形状危险滑动面（其中一条为临界滑动面）的临 界滑动场．相对于其他方法临界滑移场法求解方 便可靠所得临界面能充分逼近已经取得的解析解 不存在局部极值问题也无需人为地确定初始滑动 面［2］． 本文所研究的排土场边坡便是属于这种介质比 较复杂且多台阶的边坡．龙桥排土场是布沼坝露天 矿目前主要使用的排土场其下方不远处为一小集 镇排土场边坡的安全与稳定将直接威胁小集镇居 民的生命财产安全．排土场坡角取何值为最佳、如 何确定最佳值等一系列问题亟待解决．本文着重研 究人工堆积边坡与山体边坡复合体的滑面搜寻技 术、边坡稳定性评价方法及其优化设计等问题确保 排土场土地使用率最大同时保证排土场与周边环 境的安全． 1 边坡临界滑移场技术 1∙1 临界滑动面搜寻 临界滑移场方法能准确快速确定边坡任意形状 临界滑动面全面评价边坡整体和局部稳定性等． 它首先将边坡体分成很多条块（条块数比常规条分 法所采用的数目要多得多）再将条块分成众多状态 点．在给定安全系数下边坡体的强度按同一比例 发挥过条块线上的任一点（不只限于状态点）都存 在有危险滑动方向（用 tanα表示α为过该点上条 第30卷 第6期 2008年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．6 Jun．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．06．001
.582 北京科技大学学报 第30卷 块滑面的倾角)和最不利推力P,它们使最终出口处 间力的方向0按有关常规条分法考虑，根据条块受 剩余推力最大[].Tana和P可近似认为沿条块 力平衡（如图1），其推力计算公式为： 线分段线性分布，对于具体条块只计力的平衡，条 P.-cos(0-1)P:-1tcos(a-B-)W:1+K2+udisin 9-cilicos cos(c一0：一9：) (1) B=arctan(1/K.) (2) 边坡角度设计比较保守，可以再适当增大坡角闺. -arctan(tan /F) 通过系统地改变边坡角大小，就可以求出在给定安 (3) ci=ci/F 全储备系数条件下的最大坡角，即给定工程地质条 其中，F。为当前设定的安全系数，W:为条块重量， 件和相应岩层力学参数条件下所能允许的最大边坡 u:为条底孔隙水压力，K。为地震影响系数，c:和9 角，据此，便可确定最佳边坡角设计值 分别为条底凝聚力和内摩擦角，：为条底边长， 2排土场边坡稳定性研究 和-1分别为本条块和上条块底面倾角；P:-1和P 为条块间推力 2.1排土场边坡工程地质条件 小龙潭盆地为一南北长7km,东西宽2~3km 的椭圆形盆地，南盘江流经盆地中部略偏北，盆地边 缘标高1.2km,南盘江标高1.033km,地形平缓，总 体略向南盘江倾斜，坡度2°5°. 盆地周围属溶蚀构造中山区，发育着与地层走 向及构造线一致的山梁和沟谷·龙桥排土场地处盆 地西南侧，属溶蚀构造中山区，地表分水岭近南北走 图1条块受力示意图 Fig.1 Forces on the slices 向，山顶呈浑圆状，最高点标高1.7km,坡脚标高 1.2km,相对高差500m,高程1.375km以上为自然 临界滑移场法的出发点是，对于设定的安全系 斜坡，地形坡度10°~12°，高程1.375km以下为阶 数F,逐一求出各状态点的最危险滑动方向tana, 梯状人工堆积边坡，坡高100~150m,坡面角5°， 使最终剩余推力极大，调整安全系数，使最大的极 龙桥排土场坡体堆填物料来源于布沼坝露天煤 大剩余推力为零，得出临界状态下边坡体内的危险 矿采掘的剥离物，主要剥离物料为第四系坡积、冲 滑移方向场（如图2所示），进而在此基础上追踪出 洪积、湖沼积层黏性土、含炭黏土、砾砂等，坡洪积黏 连续的临界滑移场， 性土为具弱~中等膨胀性土，新第三系泥灰岩碎 块、煤层中夹矸、少量含炭黏土岩、新近堆填物区为 近5a堆积至今，而老堆填物区堆积年限为8~10a, 危险滑动面 据钻探揭露排土场分布第四系人工填土层(Qm)和 残坡积层(Q+)·基底为三叠系个旧灰岩组T、 T2和T地层，岩层岩性以中等风化~微风化的 图2边坡危险滑移方向场 灰岩为主，与强风化的砂岩、泥岩和泥灰岩等成互层 Fig.2 Dangerous sliding directional field 相间出现，表土成因主要为残坡积，由褐黄、褐红色 黏土组成，夹少量灰岩、泥岩和粉砂岩碎块，块度2~ 1.2最佳边坡角设计原理 5cm不等，含量一般为5%~10%. 如果在可能发生变形的区域内进行所有危险滑 目前排土场地面标高1.225~1.375km,排土 动面的搜寻，就可以找到当前条件下边坡的安全系 场排弃堆填高度已经达到150m,1.525km等高线 数，反过来，如果给定安全系数，即F取需要的某 以下尚有排土容量为347.69×105m3,规划龙桥排 个数值，在设定的边坡角度下如果恰好能搜寻出临 土场最终排弃高程为1.525km,总堆填高度将达到 界滑动面，则代表找到在此安全系数F,条件下所 300m,边坡工程安全等级为一级.为此，如何在确 允许的最大坡角，边坡在此安全储备系数条件下达 保安全的前提下最大限度地提高现有场地的排土容 到极限状态；如果没有搜出滑面，则代表当前设定的 量，是该矿山目前面临的主要问题
块滑面的倾角）和最不利推力 P它们使最终出口处 剩余推力最大［2—3］．Tanα和 P 可近似认为沿条块 线分段线性分布．对于具体条块只计力的平衡条 间力的方向θ按有关常规条分法考虑．根据条块受 力平衡（如图1）其推力计算公式为： Pi＝ cos（αi—θi—1—φi） Pi—1＋cos（αi—βo—φi） Wi 1＋ K 2 o＋ uilisinφi—cilicosφi cos（αi—θi—φi） （1） βo＝arctan（1／Ko） （2） φi＝arctan —1（tanφi／Fs） ci＝ci／Fs （3） 其中Fs 为当前设定的安全系数Wi 为条块重量 ui 为条底孔隙水压力Ko 为地震影响系数ci 和φi 分别为条底凝聚力和内摩擦角li 为条底边长αi 和αi—1分别为本条块和上条块底面倾角；Pi—1和 Pi 为条块间推力． 图1 条块受力示意图 Fig．1 Forces on the slices 临界滑移场法的出发点是对于设定的安全系 数 Fs逐一求出各状态点的最危险滑动方向 tanα 使最终剩余推力极大．调整安全系数使最大的极 大剩余推力为零得出临界状态下边坡体内的危险 滑移方向场（如图2所示）进而在此基础上追踪出 连续的临界滑移场． 图2 边坡危险滑移方向场 Fig．2 Dangerous sliding directional field 1∙2 最佳边坡角设计原理 如果在可能发生变形的区域内进行所有危险滑 动面的搜寻就可以找到当前条件下边坡的安全系 数．反过来如果给定安全系数即 Fs 取需要的某 个数值在设定的边坡角度下如果恰好能搜寻出临 界滑动面则代表找到在此安全系数 Fs 条件下所 允许的最大坡角边坡在此安全储备系数条件下达 到极限状态；如果没有搜出滑面则代表当前设定的 边坡角度设计比较保守可以再适当增大坡角［4］． 通过系统地改变边坡角大小就可以求出在给定安 全储备系数条件下的最大坡角即给定工程地质条 件和相应岩层力学参数条件下所能允许的最大边坡 角．据此便可确定最佳边坡角设计值． 2 排土场边坡稳定性研究 2∙1 排土场边坡工程地质条件 小龙潭盆地为一南北长7km东西宽2～3km 的椭圆形盆地南盘江流经盆地中部略偏北盆地边 缘标高1∙2km南盘江标高1∙033km地形平缓总 体略向南盘江倾斜坡度2°～5°． 盆地周围属溶蚀构造中山区发育着与地层走 向及构造线一致的山梁和沟谷．龙桥排土场地处盆 地西南侧属溶蚀构造中山区地表分水岭近南北走 向山顶呈浑圆状最高点标高1∙7km坡脚标高 1∙2km相对高差500m高程1∙375km 以上为自然 斜坡地形坡度10°～12°高程1∙375km 以下为阶 梯状人工堆积边坡坡高100～150m坡面角5°． 龙桥排土场坡体堆填物料来源于布沼坝露天煤 矿采掘的剥离物．主要剥离物料为第四系坡积、冲 洪积、湖沼积层黏性土、含炭黏土、砾砂等坡洪积黏 性土为具弱～中等膨胀性土．新第三系泥灰岩碎 块、煤层中夹矸、少量含炭黏土岩、新近堆填物区为 近5a 堆积至今而老堆填物区堆积年限为8～10a 据钻探揭露排土场分布第四系人工填土层（Q ml ）和 残坡积层（Q el＋dl ）．基底为三叠系个旧灰岩组 T 1—3 2 、 T 1—2 2 和 T 1—1 2 地层岩层岩性以中等风化～微风化的 灰岩为主与强风化的砂岩、泥岩和泥灰岩等成互层 相间出现．表土成因主要为残坡积由褐黄、褐红色 黏土组成夹少量灰岩、泥岩和粉砂岩碎块块度2～ 5cm 不等含量一般为5％～10％． 目前排土场地面标高1∙225～1∙375km排土 场排弃堆填高度已经达到150m1∙525km 等高线 以下尚有排土容量为347∙69×106 m 3规划龙桥排 土场最终排弃高程为1∙525km总堆填高度将达到 300m边坡工程安全等级为一级．为此如何在确 保安全的前提下最大限度地提高现有场地的排土容 量是该矿山目前面临的主要问题． ·582· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷
第6期 韦寒波等：基于临界滑移场技术的排土场边坡稳定性分析 ,583 2.2排土场边坡稳定性实例分析 物与基底间接触面的指标取基底表土的抗剪强度 利用临界滑移场技术，不仅可以找到排土场边 指标. 坡临界滑动面，计算出边坡的最小安全系数，还能通 1390 1390 过优化搜寻确定边坡的最佳设计坡角，本次实例分 1340 1340E 排弃物料 析所选计算剖面轮廓如图3所示，结合勘察报告中 基底 所提供的数据，考虑到排弃物中含有泥灰岩、砂土等 1190 1190 物料，最终取用稳定性计算参数如表1所示.排弃 图3现有边坡剖面轮廓图 Fig.3 Outline of the existing slope section 表1排土场边坡岩体力学参数 Table 1 Mechanical parameters of rock masses of the waste dump slope 天然重度 凝聚力，CkPa 内摩藤角，/() 分层 岩性 Y/(kN'm-3) 直接剪切 饱和剪切 直接剪切 饱和剪切 土质排弃物料(Q) 粉土、粉质黏土、黏土 18.9 35.7 29.7 20.9 15.9 基底土层(Q叶d)未填土区 黏土 17.0 65.8 12.9 基底土层(Q+)填土区 黏土 18.1 72.7 42.5 15.1 8.8 泥质粉砂岩 25.3 基岩(T) 灰岩 26.7 基岩承载力标准值为514~2788kPa 泥灰岩 26.2 (1)现有边坡临界滑面搜寻与稳定性评价.根 高程为1.525km,总堆填高度达到300m,到界边坡 据临界滑移场技术，先取F,=1.00进行危险滑动 计算剖面轮廓如图6所示，临界滑移场搜寻结果如 面搜寻，若满足最大的极大剩余推力为零或者接近 图7所示，由搜寻结果可知，计算剖面原设计到界 零，且边坡达到极限平衡状态，则边坡体内存在一条 边坡的整体安全系数为1.42，排土场坡顶存在局部 临界滑动面，搜寻结果如图4所示，从搜寻结果看 单台阶危险地段 来，计算剖面边坡体内没有出现危险滑动面，说明该 100 边坡整体是稳定的 80 100 40 20 60 % 0 50 100150200250300 20 坡长m 0 0 50 100150200250300 图5现有边坡临界滑移场(F.=1.52) 坡长m Fig.5 Critical sliding field of the existing slope (F.=1.52) 图4现有边坡危险滑移场(F。=1.00) 11540 Fig.4 Dangerous sliding field of the existing slope (F.=1.00) 1540 且1440 1340 排弃物料 基底 是 1440 要确定边坡整体的安全系数，需要不断地改变 1240 1240 安全系数值进行循环搜索，如果当安全系数取某个 定值时，边坡达到极限状态，边坡体内刚好出现临界 图6到界边坡剖面轮廓图 滑动面，则该安全系数取值即为边坡的实际安全系 Fig.6 Outline of the final slope section 数.结果显示当F,取值为1.52时，边坡达到极限 (③)最佳边坡角的优化设计.原设计到界边坡 状态，搜寻出临界滑动面（如图5），则该计算剖面现 的整体安全系数F,=1.42,说明15°的坡角取值有 有边坡整体安全系数为1.52.搜寻结果显示该边坡 些过于保守，没有达到土地的充分利用，由于排土 的临界滑动面是折线形的，而并非圆弧滑面， 场的堆填高度很大，边坡角度的少量变化，都能够引 (②)到界边坡临界滑面搜寻与稳定性评价，按 起堆填容量的很大变化，由此带来的经济效益是非 照原设计，排土场到界边坡的坡脚取值为15°，排弃 常显著的可.所以，确定合理的安全系数，设计最佳
2∙2 排土场边坡稳定性实例分析 利用临界滑移场技术不仅可以找到排土场边 坡临界滑动面计算出边坡的最小安全系数还能通 过优化搜寻确定边坡的最佳设计坡角．本次实例分 析所选计算剖面轮廓如图3所示结合勘察报告中 所提供的数据考虑到排弃物中含有泥灰岩、砂土等 物 料最终取用稳定性计算参数如表1所示．排弃 物与基底间接触面的指标取基底表土的抗剪强度 指标． 图3 现有边坡剖面轮廓图 Fig．3 Outline of the existing slope section 表1 排土场边坡岩体力学参数 Table1 Mechanical parameters of rock masses of the waste-dump slope 分层 岩性 天然重度 γ／（kN·m —3） 凝聚力C／kPa 内摩擦角φ／（°） 直接剪切 饱和剪切 直接剪切 饱和剪切 土质排弃物料（Q ml ） 粉土、粉质黏土、黏土 18∙9 35∙7 29∙7 20∙9 15∙9 基底土层（Q el＋dl ）未填土区 黏土 17∙0 65∙8 — 12∙9 — 基底土层（Q el＋dl ）填土区 黏土 18∙1 72∙7 42∙5 15∙1 8∙8 泥质粉砂岩 25∙3 基岩（T 1 2） 灰岩 26∙7 基岩承载力标准值为514～2788kPa 泥灰岩 26∙2 （1） 现有边坡临界滑面搜寻与稳定性评价．根 据临界滑移场技术先取 Fs＝1∙00进行危险滑动 面搜寻若满足最大的极大剩余推力为零或者接近 零且边坡达到极限平衡状态则边坡体内存在一条 临界滑动面．搜寻结果如图4所示．从搜寻结果看 来计算剖面边坡体内没有出现危险滑动面说明该 边坡整体是稳定的． 图4 现有边坡危险滑移场（ Fs＝1∙00） Fig．4 Dangerous sliding field of the existing slope （ Fs＝1∙00） 要确定边坡整体的安全系数需要不断地改变 安全系数值进行循环搜索．如果当安全系数取某个 定值时边坡达到极限状态边坡体内刚好出现临界 滑动面则该安全系数取值即为边坡的实际安全系 数．结果显示当 Fs 取值为1∙52时边坡达到极限 状态搜寻出临界滑动面（如图5）则该计算剖面现 有边坡整体安全系数为1∙52．搜寻结果显示该边坡 的临界滑动面是折线形的而并非圆弧滑面． （2） 到界边坡临界滑面搜寻与稳定性评价．按 照原设计排土场到界边坡的坡脚取值为15°排弃 高程为1∙525km总堆填高度达到300m．到界边坡 计算剖面轮廓如图6所示临界滑移场搜寻结果如 图7所示．由搜寻结果可知计算剖面原设计到界 边坡的整体安全系数为1∙42排土场坡顶存在局部 单台阶危险地段． 图5 现有边坡临界滑移场（ Fs＝1∙52） Fig．5 Critical sliding field of the existing slope （ Fs＝1∙52） 图6 到界边坡剖面轮廓图 Fig．6 Outline of the final slope section （3） 最佳边坡角的优化设计．原设计到界边坡 的整体安全系数 Fs＝1∙42说明15°的坡角取值有 些过于保守没有达到土地的充分利用．由于排土 场的堆填高度很大边坡角度的少量变化都能够引 起堆填容量的很大变化由此带来的经济效益是非 常显著的［5］．所以确定合理的安全系数设计最佳 第6期 韦寒波等： 基于临界滑移场技术的排土场边坡稳定性分析 ·583·
,584 北京科技大学学报 第30卷 350 价值，带来的经济效益十分显著 300 250 200 参考文献 150 100 [1]Pan JZ.Slope Analysis of Stability against Sliding and Land- 50 slide on Building.Beijing:Water Resources Press.1980:14 0, 0 200400600800100012001400 (潘家铮.建筑物的抗滑稳定和滑坡分析·北京：水利出版社， 坡长m 1980:14) [2]Zhu D Y.Zhou ZS.Theory of globally critical slip field of slopes 图7到界边坡临界滑移场(F,=1.42) and its application to practical engineering.China Civil Eng J. Fig.7 Critical sliding field of the final slope F.=1.42) 1999,32(3):66 (朱大勇，周早生，边坡全局临界滑动场(GCSF)理论及工程应 的边坡角度，必定能带来可观的经济效益 用土木工程学报，1999,32(3)：66) 根据露天矿设计规范，附近有重要建筑物或工 [3]Zhu BZ.Kong J H,Zhu D Y.et al.Modification to the remain" 业设施的边坡，其安全系数应取1.30~1.50.考虑 ingforce method for landslide analysis.Geotech Invest Surv. 到龙桥排土场的长期存在性，其到界边坡安全系数 2005(5):12 (朱本珍孔剑华，朱大勇，等.对滑坡剩余推力计算方法的改 的选取，要依据对排土场基底工程地质条件的分析 进.工程物察，2005(5)：12) 和边坡稳定性对附近小集镇与矿山开采的影响，再 [4]SunS G.Ran Q F.Li G Z.Method of optimum design using 通过结合我国其他排土场的工程经验[一]，选取边 technology of critical sliding field.China Min Mag.2006.15 坡的安全储备系数为1.30.通过系统的改变坡角取 (10):73 (孙世国，冉启发，李国柱，应用临界滑移场技术进行坡角优化 值进行循环优化搜索，求得将来到界边坡的最佳设 设计的方法.中国矿业，2006,15(10)：73) 计坡角为17°.设计边坡轮廓如图8所示，临界滑动 [5]Wang W Z.Ran Q F.Sun S G.Analysis of Combined Body 场搜寻结果如图9所示 Stability of Open Pit Slope and Hillside.Beijing:Metallurgical Industry Press.2001:72 1540叶 1540 是10 日1440 樽弃物料 1440且 (王文忠，冉启发，孙世国露天边坡与山体边坡联合体稳定性 l3覆 分析-北京：治金工业出版社，2001：72) 基底 1240 1240 [6]Wang Z W.Zhu X P.Stability study of Yinwan waste dump of Hei- daigou open pit mine.Opencast Coal Min Technol,2005(1):19 图8设计边坡剖面轮廓图 (王振伟，朱新平.黑岱沟露天矿阴湾排土场稳定性研究，露天 Fig.8 Outline of the designing slope section 采矿技术，2005(1)：19) [7]Ma G W.Stability analysis of Jinduicheng open pit mine's dump. 350 Met Mine,2004,338(8):32 300 (马公望，金堆城露天矿排土场稳定性分析·金属矿山，2004， 250 200 338(08).32) 150 100 [8]Du W P.Yan R G.Gu D S.A new technique of stabilizing 50 slope.enlarging volume and augmenting resource of high bench dumping site.JCent South Univ Technol Nat Sci.2000.31 0 200 40060080010001200 坡长m (1):13 (杜炜平，颜容贵，古德生·超高台阶土场稳坡扩容增源新技术 图9设计边坡临界滑动场(F.=1,30) 中南工业大学学报，2000,31(1)：13) Fig9 Critical sliding field of the designing slope (F.=1.30) [9]Mu D Y,Wan X Y.Mimic experiment and analysis on slope sta- bility of open-air mud removing yard.Kunming Univ Sci Tech- mol,1994,19(1):12 3结论 (穆大耀，王勋业露天排土场边坡稳定性模拟试验与分析·昆 明工学院学报，1994,19(1)：12) 利用有限土地增加排土场堆填容量是露天矿山 [10]Cao Y,Li J H.Yan R G,et al.Practice and decision study of 最大限度降低成本的重要途径，在堆填高度有限的 building superhigh bench dumping site.Chin Rock Mech 情况下，如何获取最佳坡角，增加排土容量，一直是 Emg,2002,21(12):1858 人们探索的焦点[山.本文应用临界滑移场理论， 曹阳，黎剑华，颜荣贵，等超高台阶排土场建设决策研究与实 践.岩石力学与工程学报，2002,21(12)：1858 对龙桥排土场现有边坡进行临界滑动面搜寻，并确 [11]Wang Y.Determination of rational bench height of open pit 定边坡的安全稳定系数；随后进行理论扩展，选取合 dump.Met Mine.2004.332(2):24 理的边坡安全储备系数，反向优化搜寻，求得排土场 (汪勇·露天矿排土场合理台阶高度的确定金属矿山，2004， 332(2):24) 到界边坡的最佳设计坡角，此方法具有一定的实用
图7 到界边坡临界滑移场（ Fs＝1∙42） Fig．7 Critical sliding field of the final slope （ Fs＝1∙42） 的边坡角度必定能带来可观的经济效益． 根据露天矿设计规范附近有重要建筑物或工 业设施的边坡其安全系数应取1∙30～1∙50．考虑 到龙桥排土场的长期存在性其到界边坡安全系数 的选取要依据对排土场基底工程地质条件的分析 和边坡稳定性对附近小集镇与矿山开采的影响再 通过结合我国其他排土场的工程经验［6—7］选取边 坡的安全储备系数为1∙30．通过系统的改变坡角取 值进行循环优化搜索求得将来到界边坡的最佳设 计坡角为17°．设计边坡轮廓如图8所示临界滑动 场搜寻结果如图9所示． 图8 设计边坡剖面轮廓图 Fig．8 Outline of the designing slope section 图9 设计边坡临界滑动场（ Fs＝1∙30） Fig．9 Critical sliding field of the designing slope （ Fs＝1∙30） 3 结论 利用有限土地增加排土场堆填容量是露天矿山 最大限度降低成本的重要途径．在堆填高度有限的 情况下如何获取最佳坡角增加排土容量一直是 人们探索的焦点［8—11］．本文应用临界滑移场理论 对龙桥排土场现有边坡进行临界滑动面搜寻并确 定边坡的安全稳定系数；随后进行理论扩展选取合 理的边坡安全储备系数反向优化搜寻求得排土场 到界边坡的最佳设计坡角．此方法具有一定的实用 价值带来的经济效益十分显著． 参 考 文 献 ［1］ Pan J Z．Slope A nalysis of Stability against Sliding and L andslide on Building．Beijing：Water Resources Press1980：14 （潘家铮．建筑物的抗滑稳定和滑坡分析．北京：水利出版社 1980：14） ［2］ Zhu D YZhou Z S．Theory of globally critical slip field of slopes and its application to practical engineering．China Civil Eng J 199932（3）：66 （朱大勇周早生．边坡全局临界滑动场（GCSF）理论及工程应 用．土木工程学报199932（3）：66） ［3］ Zhu B ZKong J HZhu D Yet al．Modification to the remaining-force method for landslide analysis． Geotech Invest Surv 2005（5）：12 （朱本珍孔剑华朱大勇等．对滑坡剩余推力计算方法的改 进．工程勘察2005（5）：12） ［4］ Sun S GRan Q FLi G Z．Method of optimum design using technology of critical sliding field．China Min Mag200615 （10）：73 （孙世国冉启发李国柱．应用临界滑移场技术进行坡角优化 设计的方法．中国矿业200615（10）：73） ［5］ Wang W ZRan Q FSun S G．A nalysis of Combined Body Stability of Open Pit Slope and Hillside．Beijing：Metallurgical Industry Press2001：72 （王文忠冉启发孙世国．露天边坡与山体边坡联合体稳定性 分析．北京：冶金工业出版社2001：72） ［6］ Wang Z WZhu X P．Stability study of Yinwan waste-dump of Heidaigou open-pit mine．Opencast Coal Min Technol2005（1）：19 （王振伟朱新平．黑岱沟露天矿阴湾排土场稳定性研究．露天 采矿技术2005（1）：19） ［7］ Ma G W．Stability analysis of Jinduicheng open-pit mine’s dump． Met Mine2004338（8）：32 （马公望．金堆城露天矿排土场稳定性分析．金属矿山2004 338（08）：32） ［8］ Du W PYan R GGu D S．A new technique of stabilizing slopeenlarging volume and augmenting resource of high bench dumping site．J Cent South Univ Technol Nat Sci200031 （1）：13 （杜炜平颜容贵古德生．超高台阶土场稳坡扩容增源新技术． 中南工业大学学报200031（1）：13） ［9］ Mu D YWan X Y．Mimic experiment and analysis on slope stability of open-air mud removing yard．J Kunming Univ Sci Technol199419（1）：12 （穆大耀王勋业．露天排土场边坡稳定性模拟试验与分析．昆 明工学院学报199419（1）：12） ［10］ Cao YLi J HYan R Get al．Practice and decision study of building super-high bench dumping-site． Chin J Rock Mech Eng200221（12）：1858 曹阳黎剑华颜荣贵等．超高台阶排土场建设决策研究与实 践．岩石力学与工程学报200221（12）：1858 ［11］ Wang Y．Determination of rational bench height of open-pit dump．Met Mine2004332（2）：24 （汪勇．露天矿排土场合理台阶高度的确定．金属矿山2004 332（2）：24） ·584· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷
