[摘要]陕北某矿排土场边坡是由废石和黄土经人工堆积压实行成。拍弃时，先排废石，后堆放土，分层排弃、压实。松散黄土体经压实后强度增加，在一定的边坡角和土石台阶高度下，合适的安全平台布置显得尤为重要，本文针对特定的台阶高度和边坡角度下，通过边坡稳定性计算和数值模拟对排土场稳定性进行研究，进而得安全、经济的安全平台宽度。
[关键词]广东农业科学学报,排土场,边坡,安全平台,稳定性
1 排土场概况
根据剥挖量及其周围的地质地形条件及开拓方式，近距离排土以及环保的要求选择外排小型土场地。排土初期将表土和岩石单独堆放在一个临时排土场，后期转移至新排土场，采用台阶式堆放，上部黄土台阶高度5m，下部岩石台阶高度10m，外边坡坡率为1：1。排土过程中分层摊平压实。排土场共分为四个台阶，最下部为废石，上部三个台阶为压实后的黄土，废石经压密及充填后岩石在边坡角为45°时，岩质边坡趋于稳定。上部黄土台阶之间须留出足够宽度的安全平台，适当宽度的安全平台对黄土边坡稳定性及阻截上部土体滑落均具有重要意义。根据当地经验及室内试验确定经人工压实的黄土容重为17kN/m3，粘聚力为16kPa，内摩擦角为18°。
2 边坡稳定性分析
排土场边坡稳定性分析方法包括极限平衡计算方法、有限单元法、数值分析法等，极限平衡法计算简单但假设较多;有限单元法能深刻描述土体内部应力、应变的变化，对边坡的位移发展、土体滑动方向进行模拟，能反应边坡内部应力的分布，适应于岩土复杂性，但是计算过于繁琐，容易受建模、边界条件和外界荷载的影响。大量的工程实践表明，采用极限平衡分析法分析边坡稳定性是比较可靠的，主要优点是简便、相对准确，技术人员在分析许多露天矿边坡和排土场稳定性时，通常采用这一方法，计算边坡稳定性，然后建立模型，通过数值模拟结果与稳定性结果作对照。
2.1排土场边坡模型
考虑到拦截下落土体引起的安全隐患，安全平台宽度应在3m以上，当排土场边坡安全平台宽度为3m时，上部土质边坡模型如图1-1，纵向宽度为30m，高15米，台阶边坡角45°，根据岩土参数，对此边坡进行稳定性计算，采用极限平衡法寻找最危险滑裂面，并计算出边坡稳定性系数，如图1-2。同理，当安全平台宽度为3.5m、4.0m、4.5m、5.0m时，利用极限平衡理论分别计算出边坡稳定性。
2.2排土场边坡稳定性分析
排土场下部边坡为人工压实、充填后的岩石边坡，处于较稳定状态;当坡度和坡高一定时，上部土质边坡稳定性系数随着安全平台在宽度的增加而逐步增大。通过寻找最危险滑裂面及稳定性计算，得出平台宽度为3.5m时，边坡稳定性系数为1.12;宽度为4m时，稳定性系数为1.16;宽度为4.5m时，稳定性系数为1.19;宽度为4.5m时，稳定性系数为1.23，;宽度为5m时，稳定性系数为1.27。安全平台宽度与边坡稳定性系数关系如表1-1。
为更有效的对照极限平衡法对稳定性的计算结果，对此边坡模型进行有限元数值模拟。分析不同安全平台宽度时，边坡在自重作用下引起的土体内部位移变化大小。数值模拟选用图1-1中的模型，人工压实的黄土容重为17kN/m3， 粘聚力为16kPa，内摩擦角为18°。
通过GTS数值模拟得出图1-3、1-4中所示的结果，当安全平台宽度为3m时，最大位移为1.4cm，且内部土体位移量多处于10-2m这个数量级上，说明虽然边坡整体趋于基本稳定状态，但内部土体变形量稍大，此台阶宽度对边坡稳定不趋于保守。而平台宽度为5m时，虽土体内部最大位移量为1cm，但其余土体均在10-3m这个数量级上，即边坡整体稳定，土体内部稳定，此平台宽度下边坡稳定趋于保守。
2.3确定合理的安全平台宽度
当安全平台宽度大于3m时，边坡均处基本稳定-稳定状态，由于考虑到降雨、地表水入渗等问题，一般平台宽度应趋于保守，使边坡稳定，土体内部变形量小。
平台宽度为4.5m时，边坡稳定性为1.23，宽度为5m时，边坡稳定性为1.27。综合考虑场地、坡高、坡角等因素，合适的安全平台宽度应为4.5-5.0m。
3 结论
本文通过对排土场边坡的稳定性计算及数值模拟对照得出，在一定坡高、坡角工况下，在平台宽度大于3m时，随宽度的增加边坡由基本稳定状态转至稳定状态，且坡体内部整体变形趋于减小，当宽度为5m时，土体位移量为10-3m数量级上，同边坡稳定性系数基本吻合。通过稳定性计算和边坡内部土体位移量的数值模拟，从而根据场地情况选择出合理的安全平台宽度。
参考文献
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