摘要：深入分析了露天矿排土场边坡稳定性并提出治理优化方案，探讨了影响边坡稳定的内外因素，建立了地质简化模型，并利用PFC软件模拟分析了不同剖面的应力和位移。结果显示，1-1剖面边坡安全系数为1.271，处于稳定状态；而2-2剖面最小安全系数为1.047，存在滑坡风险。为此，提出分台阶排土和堆置反压平台等措施，显著提升了边坡稳定性，确保了工程安全。

　　关键词：露天矿排土场；边坡稳定性；滑坡模式；PFC数值模拟；治理优化措施

       0引言

　　在岩土工程与土木工程中，边坡稳定分析至关重要，工程实践中，需评估排土场边坡、岩质边坡及天然土坡的稳定性。确定性分析与不确定性方法(如蒙特卡洛模拟法、一次二阶矩法)广泛应用于研究，模糊数学、灰色理论及里化理论等提供有效工具[1-2]。本文探讨了土场边坡特点及其稳定性影响因素，分析了滑坡模式，旨在为工程实践提供指导。综合运用多种分析方法，可更全面评估边坡稳定性，确保工程安全。

       1工程情况

　　1.1项目介绍

　　排土场地形复杂，多为陡峭坡度，坡度范围在300~550，极端坡度可达600~850。有9个台阶，堆置总高度359m，台阶坡面角为21.90，最终边帮角12.3O。自然山坡地形倾斜，V形谷地也有其特点，地表植被对这些区域也有一定影响。但在605m平台以下边帮角变化至16.50。总容积约为2.35亿m²，设计等级为一类排土场。岩土体分类主要包括松散松软土类和层状碎屑岩类。场地位于溪上游位置，地表水流向北向南，季节性地表水流量在0~10Ls之间。高台阶排弃的岩土极易遭受雨水冲刷的作用，曾出现过大规模的滑坡现象，滑体的体积大概有200万m。雨季经常性滑坡对场地稳定性构成威胁，需进行系统的稳定性评估和有效的排土场治理。

　　1.2工程条件

　　露天矿包含内排土场和外排土场以及采场。其中基底岩层有物料层、粉土层等多层次结构，各层性质差异大影响稳定性，要综合考虑保安全。 

      排弃物料主要由岩土、砂岩、泥岩等混杂物组成，这些物质在堆放过程中形成了特定的地质结构。基底物料层结构较为松散，渗透性和储水性都较好，为上层物料提供了良好的排水条件。粉土层在排土场中具有重要特征，其平均厚度为22.59m，天然含水里在角12.3O。自然山坡地形倾斜，V形谷地也有其特点，地表植被对这些区域也有一定影响。但在605m平台以下边帮角变化至16.50。总容积约为2.35亿m²，设计等级为一类排土场。岩土体分类主要包括松散松软土类和层状碎屑岩类。场地位于溪上游位置，地表水流向北向南，季节性地表水流量在0~10Ls之间。高台阶排弃的岩土极易遭受雨水冲刷的作用，曾出现过大规模的滑坡现象，滑体的体积大概有200万m。雨季经常性滑坡对场地稳定性构成威胁，需进行系统的稳定性评估和有效的排土场治理。

　　1.2工程条件

　　露天矿包含内排土场和外排土场以及采场。其中基底岩层有物料层、粉土层等多层次结构，各层性质差异大影响稳定性，要综合考虑保安全。

　　排弃物料主要由岩土、砂岩、泥岩等混杂物组成，这些物质在堆放过程中形成了特定的地质结构。基底物料层结构较为松散，渗透性和储水性都较好，为上层物料提供了良好的排水条件。粉土层在排土场中具有重要特征，其平均厚度为22.59m，天然含水里在2.7%~40.8%范围，天然密度在1.38~2.14 g/cm范围。干强度、韧性等有相应表现，无光泽，具垂直节理，孔隙、虫孔及植物根系分布其中，还含钙质结核、云母，且有夹砂砾石层，显示出地质结构复杂性。外排土场岩层示意图，如图1所示。

　　黏土层厚度变化大，从0.1~56.8 m不等，平均为18.08 m，天然含水质量分数为11.3%~42.6%，天然密度在1.49~2.43 g/cm3。颜色以红和棕红为主，结构有垂直节理等，含铁锰质等结核，还夹杂卵石层与漂石层。

　　地层有下石盒子组等，基岩为中砂岩等，基岩层节理裂隙明显。第四系黄土层有上层覆盖角度。采场边帮可见，不同地层不整合接触，风化基岩层尤甚。

　　1.3岩土物理力学性质指标

       基于现有的岩土体物理力学性质试验研究成果，运用工程类比法以及反演法，得到了露天矿排土场岩土体物理力学性质的推荐指标值，基底土的容重为20.3 kN/m3，黏聚力为35 kPa，内摩擦角为28.5O；填土的容重为18.9 kN/m3，黏聚力为22 kPa，内摩擦角为25.2O。

　　2排土场边坡变形失稳机制研究

　　2 1数值模型

　　通过排土场的剖面1-1和剖面2-2建立边坡工程地质模型，并利用PFC软件进行数值模拟研究，可以深入分析边坡失稳的情况。模拟过程中能够清晰地观察到失稳时的应力集中区域，进而揭示失稳破坏的具体原因。

　　借助PFC颗粒流程序开展模拟运算，初始时构建长方形边坡模型，接着进行地层划分且设定细观力学参数[3]。该模型的约束条件明确，X轴两侧以及Y轴底部予以固定，上边界则为自由状态。运用Fish函数来模拟开挖流程，这在排土场研究方面意义重大，能够对基底和填土状况加以分析，探究边坡外部形态的稳定性，还能有效预估在不均衡力作用时边坡的反应情况。

　　2.2排土场（1-1剖面）受力分析

　　边坡的应力分布情况，如图2所示。在边坡模型研究中，应力分布情况备受关注。X轴方向有其特定的内部与外部应力表现，呈现内紧外松状态。在Y轴方向上，基底处的应力峰值达到了6.892 MPa，而顶部的应力水平则随之发生了相应的变化。在模型的斜坡表面上，颗粒的位移量非常明显，其中记录到的最大位移量为2.18 m。从破坏模式看，填土物料易发生圆弧滑动破坏。这些信息有助于评估边坡稳定性，以便采取措施，如加固等，防止潜在破坏，保障安全。

　　2.3排土场（2-2剖面）受力分析

　　图3展示了边坡的应力分布情况，其中在Y轴方向上，模型的底部记录到了最高的应力，其值为5 139.200 Pa。位移分布上存在片帮破坏现象，滑移距离约在3.5～5.1 m。为监测边坡稳定性，采用多种手段，如GPS监测进行地表变形监测等。单台阶高度也与稳定性相关。通过这些监测，能及时发现安全隐患。实际中还包括位移、动态、应力及地表水和地下水监测等，全面保障边坡稳定，预防潜在危险。

　　3边坡稳定性分析

　　3.1稳定分析方法确定

　　边坡稳定性评估有初步判别标准，依据《露天矿设计规范》，以边坡安全系数为准，大于1.20边坡稳定，处于1.10~1.20之间基本稳定，小于1.10则不稳定。实际评估时，不仅看安全系数，还需考量结构面产物、露天矿经验、边坡滑移面形状等。为监测边坡状态，利用GPS等进行地表变形监测，及时察觉安全隐患，保障边坡安全，确保顺利进行[4]。具体的边坡安全系数，如表1所示。

　　3.2计算边坡稳定性

　　PFC计算结果为边坡研究提供了重要依据，1-1剖面边坡的安全系数是1.271，达到了安全储备系数大于1.2这一标准。显示该剖面稳定性较好；然而，2-2剖面边坡安全系数仅1.047，低于安全标准，处于不稳定状态。边坡最大位移值达2.19 m，模型底部应力最大值为5.789 4 MPa，这些反映了边坡的变形情况。Slide极限平衡分析模型用于进一步分析，同时采取巡视监测等措施，以及制定防护措施，以确保边坡安全稳定，预防潜在的破坏和危险，保障相关工程的顺利进行和周边环境的安全。

　　4治理措施

　　4.1分台阶排土

　　高台阶排土方式下的排土场存在诸多问题，如截水设施缺乏，导致排土场主沟出现淤积，淤泥堆积影响安全性。为改进排土场状况，可采取分台阶排土方式。在旱季，先清理废石，在上部进行合理排土[5]。对于软弱土层和强风化岩石，应避免集中排土，可采用分散排弃。同时要注意排土过程中可能形成的软弱面，以防内部滑坡，从而保障排土场稳定性，提高其安全性，实现排土场的科学管理和可持续运行。

　　4.2堆置反压平台

　　2-2剖面因高台阶排土形成陡边坡，安全系数问题受关注。滑坡风险需通过优化堆置方式治理，以提高边坡稳定性，确保安全。此举有助于减少地质灾害，保障周边环境及工程顺利进行，需综合考虑制定科学方案。采用分台阶排土方式，设置反压平台，如80 m宽的平台反压坡脚。在排土作业中，通过这些措施来提升边坡的稳定性，确保满足安全稳定的目标，保障矿山生产安全，减少潜在风险，促进矿山的可持续发展。

　　5结论

　　通过综合运用多种分析方法，研究了影响边坡稳定的内在和外在因素，分析了滑坡的主要模式，并建立了地质简化模型。利用PFC软件进行数值模拟，揭示了边坡失稳的具体原因和应力分布情况。计算结果表明部分剖面有滑坡风险，为此提出采用分台阶排土和堆置反压平台等治理措施，以降低风险，保障安全稳定。研究表明，这些措施可以有效提升边坡稳定性，确保工程安全。研究为类似工程提供了重要的参考和指导。

　参考文献

　　[1]张岩，蔡峰，李海涛.平朔东露天矿排土场边坡破坏模式与稳定性研究[J].煤炭工程，2020，52（9）：130-134.

　　[2]蓝宇.基于数值模拟的露天矿排土场高陡边坡稳定性分析与治理[J].矿业研究与开发，2023，43（3）：77-82.

　　[3]陈鹏，陈鹏飞.露天矿排土场边坡稳定性分析[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2010，29（6）：1028-1031.

　　[4]徐攀，宫明琪.某露天矿内扩排土场边坡稳定性分析[J].现代矿业，2022，38（6）：115-117.

　　[5]翟栋.元宝山露天煤矿3#线黄土基底排土场稳定性分析[D].阜新：辽宁工程技术大学，2011.