.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150m‚1∙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