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3工程实例 3.1平朔安太堡露天煤矿南排土场及基底土层概况 平朔安太堡露天煤矿南排土场排弃高度达到135.00m(标高+1315.00m～+1450.00m)，边坡角度为19゜～21゜。采用154t重型卡车运输和重型推土机排土。排弃物料为岩石和表层黄土的混合物，含有少量煤矸石。平朔安太堡露天煤矿为特大型企业，其开采强度很大，所以排土场的水平推进速度和高度增长速度也是很大的。据统计，排土场年平均抬高速度达2l.00m，但是此排土场，由1430.00平盘抬高到1450.00平盘仅仅用了3个月时间。 排土场基底为马兰黄土，厚度约3.00m～30.00m，其下为粉质粘土与红色粘上互层，厚度约8.00m～25.00m，再下为二迭系砂岩、砂页岩和泥岩等组成。 3.2平朔安太堡露天煤矿南排土场滑坡概况 平朔安太堡露天煤矿南排土场位于该矿工业广场南侧。1991年10月29日零时5分，排土场靠工业广场一侧发生大规模滑坡。滑坡体覆盖范围走向长1050.00m～1095.00m，宽度420.00m，高差135.00m(1450.00～1315.00水平)，滑坡体积约1132万m3，滑舌长达200.00m，滑坡体前的地基土层被挤压而隆起。而且其滑坡速度很快，剧烈滑动时间仅为20 s～30s。滑坡体冲向排土场坡角处的工业广场，破坏了平鲁公路约730.00m，埋没了矿大门守卫室，洗车间，排水沟440 .00m，摧毁了灯桥及矿大门至办公楼段公路等工业设施。 3.3平朔安太堡露天煤矿南排土场滑坡特点 经过现场勘察和分析，认为这是一次典型的软基底高排土场基底承载力不足造成的滑坡。其特点和滑坡体空间形态除了与一般滑坡有共同点外，还有其特殊之处。这些特殊点是其区别于一般滑坡的重要标志和提供计算理论的客观基础。滑坡体平面形状见图3。 滑坡体在1450.00平盘上的长度近500.00m，张裂隙边缘呈圆弧形，直径为480.00m滑坡后的几天内在1450.00平盘上还留有3条连续的张裂隙带。在三个勘察剖面中，2#剖面居滑坡体中心部位，并垂直于张裂隙，是一个最具代表性的剖面。见图4。 排土场滑坡后，对出现的张裂隙深度进行测量，结果为73m，由于测量点b为可及点，裂隙底部的b’为测量时的不可及点，所以实际的张裂隙深度要大于73m。三个剖面上张裂隙出现的距离分别为52，100，54m。第二剖面的100m最具有代表性，是外力最集中的部位。 3.4由排土场岩土条件和滑坡特征形成的几个基本概念 1）高达125m的排弃高度和含水接近饱和的黄土与红粘土的基底构成了软基底高排土场。 2）边坡高度为125m、总体边坡角仅为19゜～21゜的滑坡体而言，其具有的深达73m(仅为可测部分)的垂直张裂隙和达l00.00m的张裂隙出现宽度，都是一般滑坡所不可能出现的。 3）从钻孔揭示的结果看，滑坡发生在基底土层内。基底软弱层为饱和状态互层的粉质粘土、粘土。 本滑坡体的特征，与地基土层承载力不足造成土体整体失稳的理论和实践是一致的。 3.5基底土层承载力验算 以最具代表性的2#剖面为例，采取自然状态、饱和状态和一个过渡状态下的土层物理力学指标c、φ值进行验算。2#剖面处的排弃高度h=125m，压底平盘的段高为h1=20m，排弃物料的容重γ为19.0kn／m3，计算压底荷载为380kpa，主荷载为q=2375kpa。土层物理力学指标c、φ值分别根据原勘察报告和滑坡后勘察所得的土层残余强度指标选取。计算参数及计算结果见表1。 地基土抗剪强度指标中内摩擦角中对其承载力影响最大，直接关系排土场的整体稳定，而对内摩擦角φ进行敏感性分析。地基承载力储备系数fs与内摩擦角φ的函数关系见图5。 这座排上场为永久性的，因此设计时边坡稳定安全系数不应低于1.25，验算结果简述如下： 1)持力层在自然状态下，对高度为125m的排土场可以有1.27的安全储备系数，边坡是稳定的。 2)持力层受水浸润后，内摩擦角降低到18.2%26ordm;时，排土场处于极限平衡状态。当土层内摩擦角降低到 18.2%26ordm;以下时，基底承载力不足，将引起排土场的整体失稳。当安全储备系数为0.80～0.90时，必然会发生滑坡，经过验算，此时土层的内摩擦角值应为15%26ordm;～16%26ordm;。 由计算结果还可看出，当地基土内摩擦角降低到8.7%26ordm;时(滑动中土层的残余抗剪强度指标)，安全储备系数仅为0.45，这说明南排土场滑坡速度必然是惊人的，实践印证了这一点。 3.6排土场压底荷载验算 根据现场滑坡特征得出，造成滑坡的主荷载宽度为a=100m；压底荷载宽度根据滑坡前的原始边坡形状，确定为235m(压角荷载宽度b为边坡坡肩至边坡线上垂直荷载等于2375kpa的点之间水平距离)。 下面验算边坡失稳时的土层内摩擦角值。边坡失稳时，主荷载与压底荷载应处于极限平衡状态。根据式(6)计算出φ=18.2%26ordm;，与地基极限承载力的验算结果吻合。验算表明：当排土场处于滑动的临界状态时，基底土层的平均内摩擦角应为18.2%26ordm;。当土层的平均内摩擦角低于18.2%26ordm;时，压底荷载宽度已经不能平衡所承受的压力而导致边坡失稳。 4 结论 1）本文论述了进行基底承载力评价的重要性和必要性，提出了以基底承载力评价软基底高排土场稳定性的新方法。此方法不但具有严谨的理论根据，而且通过大量工程实践表明，此方法对评价软基底高排土场稳定性具有很强的实用性，对揭示软基底高排土场整体失稳的实质有着重大的意义。 2）软基底高排土场基底承载力分析方法，不但能够对已存在的软基底高排土场边坡进行稳定性评价和预测,并且对露天矿软基底高排土场边坡的设计工作同样具有重要的指导作用。 【参考文献】 1、 郑大同.地基极限承载力的计算.北京：中国建筑工业出版社,1979年 2、 杨英华.土力学.北京：地质出版社,1987年  |
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