矿山排土场边坡稳定性分析与安全评价_20110618_外考_李小春
地下岩土矿山工程中的坡面稳定性评估
地下岩土矿山工程中的坡面稳定性评估地下岩土矿山工程中的坡面稳定性评估是确保工程安全和有效管理岩土矿山的重要步骤。
随着现代矿山工程的快速发展，对于坡面稳定性评估的需求越来越迫切。
本文将探讨地下岩土矿山工程中坡面稳定性评估的重要性、常用评估方法以及相关的应用。
一、坡面稳定性评估的重要性地下岩土矿山工程中的坡面稳定性评估是确保工程安全的重要保障。
随着矿山深度的增加和压力的积聚，岩土体容易发生滑坡、崩塌等事故。
因此，通过对岩土体进行稳定性评估，可以及早发现潜在的风险，采取合适的防护措施，确保工程的安全运行。
二、常用坡面稳定性评估方法在地下岩土矿山工程中，常用的坡面稳定性评估方法包括现场观察法、实验室试验法和数值模拟法。
现场观察法：通过对岩土体的现场观察，包括地质构造、岩层厚度及倾角、裂隙发育等进行判断。
根据地质数据的分析和现场观察，评估岩土体的稳定性，并采取相应的措施。
实验室试验法：通过对采集的岩土样本进行实验室试验，测试其物理力学参数、岩石强度和变形特征等。
根据试验结果，结合地质勘探数据，采用各种力学模型来评估坡面的稳定性。
数值模拟法：利用计算机软件进行数值模拟，对岩土体的力学行为进行分析。
通过建立合适的数学模型和边界条件，模拟岩土体的应力和变形情况，从而评估坡面的稳定性。
数值模拟法具有计算效率高、结果可视化等优势，已经成为坡面稳定性评估中常用的方法之一。
三、坡面稳定性评估的应用坡面稳定性评估在地下岩土矿山工程中具有广泛的应用。
首先，它可以用于确定岩石开挖的最佳设计方案。
通过评估不同开挖方案下的坡面稳定性，可以选择最为安全、经济的方案。
其次，坡面稳定性评估可以指导岩土体的支护设计。
通过评估岩土体的稳定性，可以确定合适的支护措施，如锚杆、喷射混凝土防护等。
此外，坡面稳定性评估还可以用于风险预警和灾害防治工作中，以及岩爆、冲击地压等灾害的评估和预防。
总之，地下岩土矿山工程中的坡面稳定性评估对于工程的安全运行和风险控制具有重要意义。
矿山排土场边坡稳定性分析及安全评价-20110618 外考 李小春
一.相关规范的解读
《有色金属矿山排土场设计规范 GB 50421-2007》
一.相关规范的解读
《有色金属矿山排土场设计规范 GB 50421-2007》
一.相关规范的解读
《建筑边坡工程技术规范》 GB 50330-2002
5.1.2 根据边坡岩土类型和结构，综合采用工程地质类比法和刚 体极限平衡计算法进行 5.1.3对土质较软、地面荷载较大、高度较大的边坡，其坡脚地 面抗隆起和抗渗流等稳定性评价应按现行有关标准执行
矿山排土场边坡 稳定性分析及评价
李小春 研究员
中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室
钢铁企业总图运输设计规范 金属非金属矿山排土场安全生产规则 AQ_2005-2005 有色金属矿山排土场设计规范 GB50421-2007 岩土工程勘察规范 GB 50021-2001 金属非金属矿山安全规程 GBl6423—2006 岩土工程勘察技术规范 YS 5202-2004 《 金属非金属矿山安全规程 》GB l6423-2006
地转移入河床
经过3个过程：(1)滑动岩土
滑坡转化型泥石流
体的广泛库伦破坏；(2)由 高孔流体压力导致的部分或 完全液化；(3)滑坡平动动
工程类比/ 有限元/离
散元
能转化为颗粒振动内能
三.排土场的失效模式识别与计算方法
四.稳定性分析方法的分类
名称
原理
具体方法
选取原则
定 性
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
工程类比
对已有边坡和待分析边坡从各个方面进行对比、归 纳和总结，判断边坡稳定性
编号 1 2
3
正常级排土场特征
排土场基础较好或不良地基经过有效处理
排土场各项参数符合设计要求和排土场作业管理要求，用余推力法计算的安全系数大于 1.15，正常生产的 排水沟及泥石流拦挡设施符合设计要求的
边坡工程稳定性分析及综合评价
边坡工程稳定性分析及综合评价摘要：随着人口的急速增长和土地的过度开发，边坡问题已成为全球性三大地质灾害之一。
文中对某边坡的稳定性影响因素作了深入研究，并对边坡稳定性进行了综合分析评价，同时对边坡的稳定性分析方法与评价进行了探讨，具有一定参考意义。
关键词：边坡；稳定性分析；评价如今，边坡稳定性分析及研究已经成为工程建设中非常要的部分，同时边坡稳定性分析方法也在不断的开创和发展。
新的边坡稳定性分析方法不断出现，古老的方法又不断得到改进，逐步由定性向非定性和定量的方向发展。
通过这些边坡稳定性分析方法，可以为工程提供合理的边坡结构，以及对具有破坏危险的边坡进行人工处理，避免边坡失稳造成灾害和损失，从而提高工程总体经济效益。
1 边坡稳定性的影响因素地层岩性的差异是影响边坡稳定的主要因素。
不同地层有其常见的变形破坏形式，岩性对边坡的变形破坏也有直接影响。
还有地质构造对边坡的稳定，尤其是岩质边坡稳定的影响十分明显．断层和节理裂隙对边坡变形破坏的影响则更为明显。
另外水、地震、大规模爆破和机械振动、边坡形态、人类工程活动对边坡的稳定性都有显著影响。
2 边坡稳定分析及综合评价2.1 工程概况某段公路山体边坡总面积约为275m2，滑面长度总长为79m，坡度3°～48°，根据坡体形态和工程地质条件，将山体分为I段路堤边坡、II段滑坡，滑面长度分别为22m、47m，上部是岩石风化土，呈散体结构，约7.3m；下部是强风化闪长岩，岩体松散，高8.2m。
2.2 分析方法目前，工程中比较常用到的极限平衡法有：传递系数法、Fllenius法、pencer 法、Janbu法、Bishop法、平面破坏计算法以及楔形体法等。
在工程实践中，极限平衡法的选择主要根据边坡破坏滑动面的形态，结合本工程的特点选取传递系数法进行稳定系数的计算。
2.3 边坡稳定性计算根据工程滑坡的地形和地质构造特征，稳定性分析采用极限平衡传递系数法计算边坡稳定系数。
边坡稳定性分析与安全评价研究
边坡稳定性分析与安全评价研究边坡稳定性分析的背景随着城市化的进一步发展，土地空间的变化与扰动也越来越频繁。
巨大的土地崩塌灾害在不同的地方持续发生，并且往往会对人们的财产和生命产生不可逆的损失。
尽管我们已经采取了各种各样的措施来减少这种灾害的发生，但边坡属于自然地形，其稳定性自身并没有得到保证。
因此，为了保证城市化进程的顺利进行，地质学家对边坡进行稳定性分析和安全评价显得尤其重要。
边坡稳定性分析的定义边坡稳定性是指岩石、土壤或者其他工程材料在牵制力与剪切力的相互作用下，所能承受的最大应力条件。
这种情况下，边坡具有持续稳定性而不产生变形和断裂的能力。
边坡稳定性分析是通过计算机模拟或实地勘探、实验室测试等方式，分析边坡承载力的变化规律，在确定变化规律和未来趋势的基础上，寻找安全稳定的方法。
边坡稳定性分析的原理当边坡承受的应力状态具备某种致破应力时，即致破力被激活，边坡就有可能发生倒塌、溃塌或滑坡。
因此，边坡稳定性分析过程主要考虑边坡受力状况、地下水、岩土体结构、岩土力学性质等因素，根据各种因素的数值，并对它们进行合理的分析和计算，得到边坡分析的相关参数。
边坡稳定性分析的涉及范围1. 针对新建道路的边坡、铁路边坡以及隧道口处的边坡，需要进行稳定性分析的计算；2. 针对既有边坡的稳定性问题，需要进行随时的安全评估和稳定性监测；3. 针对因气候变化等自然因素导致致破力变化的边坡，需要定期进行稳定性分析。
边坡稳定性分析的方法1. 常规方法：常规方法是指在不涉及高精度计算情况下，采用现场勘察、实地试验、分层锤击测试等手段对边坡的稳定性进行分析。
2. 数学模型法：数学模型法是指将边坡复杂的地质情况，转换成一些主要因素和性质，用计算机等工具进行精细模拟，并得到相应的结果和计算公式，预测和分析未来的变化趋势。
3. 监测法：边坡监测通过实际测量，把实测结果与分析结果进行比对，发现并修正分析模型的误差，保证边坡的持续稳定。
露天矿排土场边坡稳定性分析与评价
露天矿排土场边坡稳定性分析与评价摘要对边坡稳定性的分析是土木工程学科中的一项重要研究课题，分析的方法也包含多种。
本文在对边坡稳定性分析的基础之上，对各种工况下露头矿排土场边坡的稳定性进行分析和评价，旨在为排土场边坡的综合管理提供可参考的依据。
关键词露头矿；排土场；边坡稳定性；分析；评价露天矿排土场边坡因为地形地貌和地质结构的原因，加上自然灾害的影响，很容易发生危险性较大的地质灾害。
随着对矿产资源的开发，露头开采的不断进行，使露天矿排土场的边坡日渐高陡，对于边坡稳定性的重视度逐渐提高，边坡稳定性的分析研究成为了岩土工程和土木工程学科方面专家普遍关心的重要课题。
对于排土场边坡稳定性的分析，国内外已经有多种方法，在实际应用中被广泛的使用和推广。
排土场的边坡同岩质边坡比较起来本质上有很大的区别，同其它的自然坡体也有很大的差异，符合自身条件特点的稳定性分析方法还有待于开发和发展。
排土场边坡出现滑坡等灾害情况受多方面的不确定因素的影响，所以传统的稳定性分析方法结果的准确度也不够理想。
目前对露天矿排土场边坡稳定性的分析方法都建立在假设的基础之上，其分析结果有明显的误差存在。
本文针对这个问题，以实际工程为分析基础，将多种分析方法结合，整理出关于排土场边坡稳定性分析的更加适合的方法，以便于在实际的工作中加以应用。
1排土场边坡稳定性影响因素及滑坡的主要模式1.1 排土场边坡稳定性的影响因素露天矿排土场边坡的稳定性受多方面因素的影响，归纳起来可分为外在因素和内在因素两大类型。
外在影响因素主要包括水、工程以及外部振动等因素的影响作用；内在因素主要包括边坡的土质、结构以及地应力等影响作用。
外在因素的变化要比内在因素快很多，但是外在因素对边坡稳定性的破坏要通过内在因素来发挥作用，也就是说只用内在因素和外在因素两方面相结合发挥综合作用，才导致排土场边坡发生变形乃至破坏。
1.2 排土场边坡滑坡的主要模式排土场边坡滑坡主要有以下三种模式：1）边坡内部滑坡。
矿山排土场边坡稳定性分析及安全评价
环境条件：选择远离居民区、水源地、自然保护区等环境敏感区域
交通条件：选择交通便利、便于运输和施工的地区
土地利用：选择土地资源丰富、可利用土地面积较大的地区
经济因素：选择经济成本较低、经济效益较高的地区
排土场设计
01
选址：选择地质条件稳定、地形适宜的地点
03
边坡设计：根据土质、坡度、高度等因素进行设计
02
设计原则：安全、环保、经济、美观
04
排水系统设计：设置完善的排水系统，防止水土流失和滑坡
排土场监测与维护
应急预案：制定应急预案，应对突发情况，确保人员安全
3
1
2
4
监测内容：边坡稳定性、地表变形、地下水位、降雨量等
监测频率：根据排土场规模、地质条件等因素确定
维护措施：定期清理边坡、加固边坡、设置排水设施等
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
矿山排土场事故案例分析
事故原因分析
地质条件不稳定：边坡岩土体结构不稳定，易发生滑坡、崩塌等事故
设计不合理：排土场设计不符合规范要求，边坡坡度、高度等参数不合理
施工质量问题：施工过程中未按照设计要求进行施工，导致边坡稳定性降低
管理不善：排土场管理不到位，未及时监测边坡稳定性，未能及时发现和处理安全隐患
02
影响因素分析
地质条件：岩土类型、结构、强度等
边坡形状：坡度、坡高、坡面形态等
环境因素：气候、植被、地震等
水文条件：地下水位、降雨量、渗流等
工程活动：开挖、填筑、爆破等
管理因素：设计、施工、监测等
安全评价
安全评价标准
01
边坡稳定性：分析边坡的稳定性，包括边坡的坡度、坡高、坡面形态等
02
地质条件：分析地质条件对边坡稳定性的影响，包括岩土类型、地下水条件等
露天煤矿边坡稳定性分析与评价报告
露天煤矿边坡稳定性分析与评价报告山西某某某某煤业有限公司露天矿边坡稳定性分析与评价报告第一章绪言一、任务来源2009年11月20日山西省国土资源厅为山西某某某某煤业有限公司颁发了编号为C1400002009111220044251号《采矿许可证》，批准开采9-11号煤层，矿田面积5.2554km2，生产规模为60万t /a。
2010年5月31日经山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室晋煤重组办发[2010]38号文《关于山西某某某某煤业有限公司重组整合方案调整的批复》批准，山西某某永煤业有限公司开采方式由井工开采变更为露天开采，矿井能力由6 0万t/a提升到90万t/a。
该矿重组整合后特委托山西同地源地质矿产技术有限公司编制该矿的地质报告，山西同地源地质矿产技术有限公司于2010年11月编制完成了《山西某某县某某煤业有限公司兼并重组整合露天煤矿地质报告》。
经过对地质报告所提供资料进行了大量的分析、计算、比较，我院认为该矿地质、煤层赋存等条件基本可以满足露天开发的条件，且采用露天方式开发矿田内煤炭资源具有安全性高、煤炭回收率高等优势，因此该矿特委托我院进行《山西某某县某某煤业有限公司露天煤矿兼并重组整合项目初步设计》的编制工作。
二、目的任务通过广泛搜集、研究已有资料，根据露天矿实际采掘情况和外排土场情况，结合已有勘察、设计成果和资料，外围调查与重点勘察相结合，室内研究与野外勘察相结合，认真做好边坡地质原型的勘察研究，在地质分析的基础上，系统分析研究边坡体的变形破坏机制及其演化过程，并对其稳定性进行评价、预测。
具体任务如下：1、收集有关地质、水文地质资料等相关资料；2、对边坡及周边进行1：5000地形测绘；3、对边坡及周边进行1：5000工程地质填图及调查；4、在采掘场边坡范围内布设探井不少于6个，并进行描述、取样，所取样品具代表性并进行室内试验；5、通过收集和勘查后查明边坡所处的地质环境，包括地形地貌、地层岩性、坡体结构、地质构造、水文地质条件等。
矿山排土场边坡稳定性分析及安全评价
添加 标题
长期经济效益：矿山排土场边坡稳定性分析及安 全评价有助于延长矿山服务年限，提高资源利用 效率，降低资源浪费，实现长期经济效益。
添加 标题
综合经济效益：矿山排土场边坡稳定性分析及安 全评价有助于促进矿山企业与当地社区的和谐发 展，实现经济、社会和环境的综合效益。
排土场资源综合利用
资源利用方式：将排土场作为资源进行综合利用，如利用排土场进行土地复垦、植被恢复等。 经济效益：通过排土场资源综合利用，可以创造经济效益，降低矿山企业的运营成本。 生态效益：排土场资源综合利用有助于改善矿山生态环境，提高生态质量。 社会效益：排土场资源综合利用可以促进社会可持续发展，提高社会福祉。
排土工艺：不同排土工艺对边坡稳 定性有不同影响
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
排土场设计：排土场设计不合理， 可能导致边坡失稳
气候条件：降雨、风化等气候因素 对边坡稳定性产生影响
边坡变形破坏模式
滑坡：边坡上的土体沿某一滑 动面整体下滑
崩塌：边坡上的岩体突然崩落
倾倒：边坡上的岩体因重力作 用发生弯曲、折断而倾倒
边坡加固措施
注浆加固：通过注 浆技术提高边坡岩 土体的力学性能和 稳定性
锚杆加固：利用锚 杆对边坡进行锚固， 增强其整体稳定性
挡土墙建设：在边 坡外围建设挡土墙， 减少边坡变形和滑 移
植被防护：通过种 植植被对边坡进行 防护，降低水土流 失，提高稳定性
矿山排土场安全 评价
安全评价标准及程序
单击此处添加标题
空气污染及防治
矿山排土场产生的粉尘和有害气体 对周边空气质量的影响
采取的空气污染防治措施，如洒水 降尘、封闭运输等
添加标题
添加标题
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李小春 研究员
中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室
钢铁企业总图运输设计规范 金属非金属矿山排土场安全生产规则 AQ_2005-2005 有色金属矿山排土场设计规范 GB50421-2007 岩土工程勘察规范 GB 50021-2001 金属非金属矿山安全规程 GBl6423—2006 岩土工程勘察技术规范 YS 5202-2004 《 金属非金属矿山安全规程 》GB l6423-2006
问题识别 = 主要影响因素 + 部位 + 机理+过程 例如：堆载过高引起的沿排土场-基岩界面的滑坡
失效 模式
破坏部位
排料 特性
影响因素
界面特 地基特 荷载条
性
性
件
边界条 件
排土场本体 软化
滑坡
界面 地基
破碎
颗粒运 动
湿陷 软化 植物 坡积土
液化 软化
重力 超载 地震 爆破
地形 涌泉 降雨
三.排土场的失效模式识别与计算方法
流固 多种外 耦合
流体导致岩土软化、细颗粒流失，同时岩土的力学 和结构变化又改变流体运移通道
有限元/有限差分
力综合 作用
地震-
降雨
地震的累积效应导致边坡岩体力学参数的降低，为 有限元/有限差分 后来的外地质营力创造了条件，最终导致了边坡的 失稳破坏
三.排土场的失效模式识别与计算方法
失效 模式
破坏部位
基土的压实、 地基土：在饱和粘土层中，由于土的渗透效
固结
果差，当土受到外界压力后，土粒间附着的 孔隙水一时难以排除，外界压力迫使水压增 大，粒间压力一时难以增加，从而引起排土
报告内容
第一部分 一.相关规范的解读 二.稳定性分析与评价的流程 三.稳定性分析方法的分类 四.不同分析方法所需的信息及勘察测试要求 五.历史资料与初步勘察的工作要点 六.失稳模式及其机理 七.计算分析的要点 八.稳定性评价的指标与判据
第二部分 实例：峨口排土场稳定性评价
一.相关规范的解读
《有色金属矿山排土场设计规范 GB 50421-2007》
排土料
特性
软化 排土场本体
破碎
变形 超限
界面
颗粒运 动
地基
压实
影响因素
界面特 地基特 荷载条
性
性
件
湿陷 软化 滑移
固结 压实 软化
重力 超载 地震
边界条 件
地形 涌泉 降雨
固结
三.排土场的失效模式识别与计算方法
图5. 降雨控制的排土场地基变形超限影响因素分布图
三.排土场的失效模式识别与计算方法
失效 模式
降雨控制的排土场本体滑坡影响因素分布图
三.排土场的失效模式识别与计算方法
图3. 降雨控制的排土场界面滑坡影响因素分布图
三.排土场的失效模式识别与计算方法
图4. 降雨控制的排土场地基滑坡影响因素分布图
三.排土场的失效模式识别与计算方法
失效 模式 主要控制因素
过程
计算方法
地震
地震惯性力和超静孔隙水压力的作用，下滑力增 类比/有限元/极限
一.相关规范的解读
《有色金属矿山排土场设计规范 GB 50421-2007》
一.相关规范的解读
《有色金属矿山排土场设计规范 GB 50421-2007》
一.相关规范的解读
《建筑边坡工程技术规范》 GB 50330-2002
5.1.2 根据边坡岩土类型和结构，综合采用工程地质类比法和刚 体极限平衡计算法进行 5.1.3对土质较软、地面荷载较大、高度较大的边坡，其坡脚地 面抗隆起和抗渗流等稳定性评价应按现行有关标准执行
影响因素
过程
计算方法
地形地貌、 排弃方式
排土场下垫面承载力不一，排弃岩土空间分 布很不均匀，造成排土场不同部位的非均匀 沉降
有限元/有限 差分
排土料：松散岩土物料，在自重和外载荷作 工程类比/有
变形 超限 排土料与地
用下的逐渐压实和沉降。其沉降系数为 1.1～1.2，沉降过程延续数年
限元/有限差 分/经验公式
山坡汇水面积大而未修筑排水沟或排水沟被严重堵塞的 经验算，用余推力法计算的安全系数小于1.0的
编号 1 2 3 4
病级排土场特征 排土场地基条件不好，对排土场的安全影响不大的 易发生泥石流的山坡排土场，下游有山地、沙漠或农田，未采取有效的防治措施的 未按排土场作业管理要求的参数或规定进行施工的 经验算，用余推力法计算的安全系数大于1.00小于设计规定值的
编号 1 2
3
正常级排土场特征
排土场基础较好或不良地基经过有效处理
排土场各项参数符合设计要求和排土场作业管理要求，用余推力法计算的安全系数大于 1.15，正常生产的 排水沟及泥石流拦挡设施符合设计要求的
一.相关规范的解读
• 稳定性评价的条件：土质或陡坡基；危险级、病级 • 计算分析方法：极限平衡、工程类比、地质分析、数值模拟 • 评价指标：抗滑稳定性：Fs 1.15-1.30
泥石流、塌陷、滚石、变形开裂：措施 操作中可能遇到的问题 • 失稳类型遗漏、勘察针对性、计算方法选取、计算参数取值 • 评价指标与判据 • 议题1：现行规范等的问题？
二.稳定性分析的流程
• 基于问题识别的排土场稳 定性分析方法
• 问题：特征+要素+过程 • 勘察、计算、评价都要立 足机理、因素
三.排土场的失效模式的识别与计算方法
5 当边坡破坏机制复杂时，宜结合数值分析法行分析 5.2.5采用折线滑动法时，边坡稳定性系数按照传递系数法计算 （并未直接指明，但公式说明中出现了剩余下滑力、传递系数） 5.2.6对存在地下水渗流作用的边坡，稳定性分析应按下列方法 考虑地下水的作用：
1. 水下部分岩土体重度取浮重度; 2. 提供了动水压力的计算公式
大，抗滑力减小
平衡/有限差分
低粘性土发生液化，孔隙压力猛增，土抗剪强度迅 类比/有限元/有限
速减小或完全丧失
差分/离散元
降雨
基质吸力丧失或大减少；土体含水量增加，容重增 有限元/有限差分/
大；地下水位抬高，渗透力增大
极限平衡/
滑坡
软弱层 (黄土基底等)
抗剪强度降低;；黄土地基中可能产生演化弱层
工程类比/有限元/ 有限差分
一.相关规范的解读
《 金属非金属矿山安全规程 》GB l6423-2006
编号 1. 2
3
4 5
危险级排土场特征
在山坡地基上顺坡排土或在软地基上排土，未采取安全措施，经常发生滑坡的
易发生泥石流的山坡排土场，下游有采矿场，工业场地，居民点、永久性建筑等设施，未 采取切实有效的防治措施
排土场存在重大危险源（如汽车排土场未建安全车挡，铁路排土场铁路线顺坡和曲率半径 小于规程最小值），极易发生车毁人亡事故