地震动力响应下某矿山排土场边坡稳定性分析.pdf

第 卷第期有色金属（矿山部分）年月犱 狅 犻：犼 犻 狊 狊 狀 地震动力响应下某矿山排土场边坡稳定性分析刘泉，王晨（四川省冶金设计研究院，成都 ；四川铸创安全科技有限公司，成都 ）摘要：地震引起的边坡动力响应是诱发排土场失稳的主要诱因之一。以某矿山排土场边坡为背景，采用 软件模拟分析了级地震作用下某排土场边坡质点位移时程曲线、质点应变时程曲线以及安全系数时程变化曲线。研究结果表明：在地震力作用时间段内，该矿山排土场边坡最大质点位移、最大质点应变仅为 与 ，安全系数最小值为 ，大于规定的许用安全系数 ，表明该排土场边坡处于稳定状态。关键词：地震动力响应；排土场；边坡稳定性；质点位移；质点应变；安全系数中图分类号：文献标志码：文章编号：（）犃 狀 犪 犾 狔 狊 犻 狊狅 犳 狊 犾 狅 狆 犲 狊 狋 犪 犫 犻 犾 犻 狋 狔狅 犳犪犿 犻 狀 犲犱 狌 犿 狆狌 狀 犱 犲 狉 狊 犲 犻 狊 犿 犻 犮犱 狔 狀 犪 犿 犻 犮狉 犲 狊 狆 狅 狀 狊 犲 ，（，；，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；收稿日期：基金项目：四川省自然科学基金项目（）作者简介：刘泉（），男，高级工程师，采矿工程专业，主要从事金属非金属矿高效开采设计与地质灾害防治，：。通信作者：王晨（），男，工程师，采矿工程专业，主要从事矿山安全技术方面的研究，：。排土场滑坡是影响露天矿山安全生产的重要灾害，对矿山生产工作人员以及对矿区周边的居民安全带来了严重威胁 。在山区和丘陵地带地震诱发的滑坡往往具有分布广、数量多和危害大的特点。地震波在岩土体中的传播方式以纵波和横波为主，其中，纵波主要引起岩土体竖直方向震动，而横波则诱发岩土体水平方向摆动，对于排土场边坡而言，水平横波是诱发排土场发生失稳滑坡的主要诱因。近年来，国内学者对地震作用下岩土体边坡稳定性做了大量研究。周成等采用有限差分软件研究了动载作用下岩体变形特征，并对支护设计提出了具体的建议。王云庆等采用 软件研究了渗流和地震作用下尾矿库的位移、加速度、液化区与地震时间的关系，进而对尾矿库稳定性进行了分析。陈茜等采用室内岩石力学试验、爆破振动监测以及数值模拟手段研究了高陡顺层岩质边坡在动载作用下的稳定性。张立春等采用 软件模拟了岩质边坡在四种工况下的安全系数，系统评价了岩质边坡的稳定性。李源源等根据爆破第期刘泉等：地震动力响应下某矿山排土场边坡稳定性分析振动监测获取了边坡振动传播规律，并采用数值模拟手段分析了动载下断层岩体的劣化损伤效应。陈德付 采用 与 软件对扩容后的排土场稳定性进行研究，研究结果表明扩容后的排土场稳定性满足规范要求。以上研究表明，地震动力作用对边坡稳定性有显著的影响，造成稳定性不断降低。基于此，本文以某露天矿山排土场为研究对象，采用 软件进行模型构建，通过将汶川地震波施加于模型上，模拟计算度烈度下地震荷载对边坡的稳定性影响。分析了地震荷载作用下质点位移时程曲线、应变时程曲线以及安全系数时程曲线，对该排土场在度烈度下的稳定性进行了评价。地质概况与排土场等级 地质概况矿区岩性以中细粒含十字石绢云石英片岩层为主，局部夹少量的粉砂质片岩、变质粉砂岩。在岩体以西产状倾向南西，在岩体以东倾向北东；地层倾角较缓，倾角 ，具有因挤压作用形成的褶皱，矿区内岩石地层产状与地层主体产状略呈反向倾。排土场现状边坡堆积物包括覆盖土和夹石，位于露天采场的东北侧，现状排土区域占地面积约 ，排土场现状地形呈斜坡状，包含个台阶，前缘坡脚高程为 ，后缘平台高程约为 ，相对高差 左右。排土场剖面图如图所示。图排土场边坡剖面图犉 犻 犵 犛 犲 犮 狋 犻 狅 狀 犪 犾 狏 犻 犲 狑狅 犳 狋 犺 犲狑 犪 狊 狋 犲犱 狌 犿 狆狊 犾 狅 狆 犲 排土场等级根据 冶金矿山排土场设计规范（）条款规定：排土场的等级应根据场地条件、排土场堆置高度及排土容积按照表的规定划分为四级。表排土场等级分级表犜 犪 犫 犾 犲犌 狉 犪 犱 犲狅 犳狑 犪 狊 狋 犲犱 狌 犿 狆狊 犾 狅 狆 犲等级场地条件堆置高度犎排土容积犞万一不良犎 犞 二复杂 犎 犞 三一般 犎 犞 四良好犎 犞 根据矿区提供的资料，该排土场地形条件相对简单，堆置高度为，排土容积 万。因此，该排土场等级为四级。基于此，根据 冶金矿山排土场设计规范（），地震工况下，等级为四级的排土场最低安全系数不得低于 。岩体力学参数矿岩物理力学参数是计算结果可靠性的主要影响因素。根据矿方提供的资料，最终确定岩体物理力学参数，结果见表。表折减后的岩体物理力学参数犜 犪 犫 犾 犲犘 犺 狔 狊 犻 犮 犪 犾 犪 狀 犱犿 犲 犮 犺 犪 狀 犻 犮 犪 犾 狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉 狊狅 犳 狉 狅 犮 犽犿 犪 狊 狊犪 犳 狋 犲 狉 狉 犲 犱 狌 犮 狋 犻 狅 狀岩性抗拉强度 黏聚力 弹性模量 泊松比内摩擦角（）堆积体 基岩 地震波加载据 中国地震动参数区划图（），矿区所在地地震动峰值加速度为 ，反应谱特征周期 ，地震基本烈度为度。本次模型中加载的地震荷载采用 年月 日四川汶川大地震加速度记录，如图所示。将汶川地震波时程曲线以加速度方式施加在模型边界条件上，让其传播并进行模拟。考虑到地震主震一般为 左右，本次模拟地震时长取，具体加载区段为图中峰值最大处前后取，这样意味着本次对边坡稳定性模拟分析是在度地震所携带的破坏能量最强时间段内进行的。该排土场边坡模型见图所示。有色金属（矿山部分）第 卷图模型加载地震波犉 犻 犵 犛 犲 犻 狊 犿 犻 犮狑 犪 狏 犲 狊 犾 狅 犪 犱 犲 犱狅 狀狋 犺 犲犿 狅 犱 犲 犾图排土场边坡数值模型犉 犻 犵 犖 狌 犿 犲 狉 犻 犮 犪 犾犿 狅 犱 犲 犾 狅 犳狑 犪 狊 狋 犲犱 狌 犿 狆狊 犾 狅 狆 犲 地震动力响应模拟分析 质点位移时程曲线通过施加地震荷载后，便可完成地震荷载条件下的露天边坡的数值模拟，为了分析地震动力扰动对排土场边坡的稳定性影响，本研究通过在构建的模型中选取代表性的节点，监测这些节点在地震时间段内的位移时程变化，以此定性判断边坡是否发生失稳。如图所示。可知，在地震动力响应下，各测点位移在水平方向的时程曲线随着时间的推移，有着相同的位移趋势，位移量先增大后变小。水平图排土场边坡质点位移时程曲线犉 犻 犵 犜 犻 犿 犲犺 犻 狊 狋 狅 狉 狔犮 狌 狉 狏 犲狅 犳狆 犪 狉 狋 犻 犮 犾 犲犱 犻 狊 狆 犾 犪 犮 犲 犿 犲 狀 狋 狅 狀狑 犪 狊 狋 犲犱 狌 犿 狆狊 犾 狅 狆 犲方向位移量最大值为，可见并未出现较大的位移量，因此，从位移时程上定性来看，该排土场边坡在级地震下处于稳定状态。质点应变时程曲线图为地震荷载下排土场各测点的应变时程曲线，由图可知，随着时间的推移，各监测点应变有着增大接着减小趋势。水平方向最大应变量仅为 ，同样的，排土场边坡并未出现较大的应变量，从应变时程上定性来看，该排土场边坡在级地震下处于稳定状态。图排土场边坡质点应变时程曲线犉 犻 犵 犜 犻 犿 犲犺 犻 狊 狋 狅 狉 狔犮 狌 狉 狏 犲狅 犳狆 犪 狉 狋 犻 犮 犾 犲狊 狋 狉 犪 犻 狀狅 狀狑 犪 狊 狋 犲犱 狌 犿 狆狊 犾 狅 狆 犲 安全系数时程曲线为了更为深入、定量地研究地震动力响应下排土场边坡的稳定性，可采用 中的 变形分析模块分析地震动力响应下边坡的安全系数，由于时刻不同对应的安全系数也不同，碍于篇幅，仅以图为例展示了地震时刻 时对应的滑移面形态与安全系数。图排土场边坡滑移面形态与安全系数（狋 狊）犉 犻 犵 犛 犺 犪 狆 犲犪 狀 犱狊 犪 犳 犲 狋 狔犳 犪 犮 狋 狅 狉狅 犳 狋 犺 犲 狊 犾 犻 犱 犻 狀 犵狊 狌 狉 犳 犪 犮 犲狅 犳狑 犪 狊 狋 犲犱 狌 犿 狆狊 犾 狅 狆 犲（狋 狊）图为地震作用时间段内排土场安全系数随时间变化曲线，可知，在整个时间段内，该排土场安全系数最低值为 ，超过许用安全系数 ，表明在地震时间段内，该露天矿山排土场现状边坡一直处于稳定状态。第期刘泉等：地震动力响应下某矿山排土场边坡稳定性分析图排土场边坡安全系数时程曲线犉 犻 犵 犜 犻 犿 犲犺 犻 狊 狋 狅 狉 狔犮 狌 狉 狏 犲狅 犳 狊 犪 犳 犲 狋 狔犮 狅 犲 犳 犳 犻 犮 犻 犲 狀 狋狅 犳狑 犪 狊 狋 犲犱 狌 犿 狆狊 犾 狅 狆 犲 结语为研究某露天排土场边坡在地震荷载响应下的稳定性，本文利用 软件进行动力时程分析，模拟计算度烈度下地震荷载对边坡的稳定性影响，研究结论如下：）根 据 冶 金 矿 山 排 土 场 设 计 规 范（），该排土场等级为级，在地震工况下许用安全系数不能低于 。）通过质点位移时程曲线与质点应变时程曲线分析可知，水平方向上最大质点位移与最大应变分别为 与 。从定性角度分析可知，该排土场处于稳定状态。）通过安全系数时程曲线分析可知，在地震时刻内，安全系数最小值为 ，大于许用安全系数 ，从定 量 角 度 分 析 可 知，该 排 土 场 处 于 稳 定状态。参考文献李文超，张波，李伟伊敏露天矿生态修复技术露天采矿技术，（）：，（）：王振伟，李斌，王智涛，等伊敏露天矿弱层与正断层复合作用下顺倾边坡变形规律露天采矿技术，（）：，（）：尹紫红地震作用下的高速公路滑坡稳定性分析重庆工学院学报（自然科学版），（）：（），（）：侯超群，王晓谋，石恒俊地震对边坡稳定性影响分析路基工程，（）：，（）：周成，邓涛，廖元欢，等爆破动荷载作用下露天矿岩质边坡稳定性及支护研究有色金属（矿山部分），（）：，（），（）：，王云庆，王铭明，李连强，等某高尾矿坝考虑渗流作用下的抗震性能分析有色金属（矿山部分），（）：，（），（）：陈茜，张宁晓，林智勇爆破扰动下顺层岩质破碎高陡边坡的稳定性监测与数值分析矿冶，（）：，（）：张立春，禹燕生基于 的露天矿山边坡的稳定性分析水泥工程，（）：，（）：李源源，李屹，张良兵，等爆破地震波作用下含断层结构面高陡边坡动 力 响 应 分 析 有 色 金 属 工 程，（）：，（）：，陈德付地震荷载作用下露天矿外排土场扩容边坡稳定性分析露天采矿技术，（）：，（）：