1、目 錄達連河露天煤礦南幫邊坡穩定性分析I1 前 言31.1 項目背景、意義及目標31.2 研究內容31.3 研究方法與技術路線42 邊坡工程地質條件分析62.1 工程概況62.1.1 位置與交通62.1.2 地形地貌82.1.3 礦山開采簡介82.1.4 氣候條件及地震烈度82.2 區域地質82.3 礦區地質92.3.1 地層巖性92.3.2 地質構造102.4 邊坡工程地質122.4.1 勘探區工程地質122.4.2 地層巖性132.4.3 巖體結構類型152.4.4 水文地質特征172.5 潛在滑坡模式分析192.6 巖土體物理力學指標的確定192.7 小結203 邊坡穩定性極限平衡計算2

2、13.1 邊坡安全儲備系數確定213.2 穩定性定量分析方法簡介213.2.1 極限平衡理論概述213.2.2 計算方法的選擇223.3 邊坡穩定性分析253.3.1 計算剖面選取253.3.2 計算結果及分析283.4 小結324 結論331 前 言1.1 項目背景、意義及目標邊坡穩定性分析與控制是露天開采領域研究的關鍵問題。如何針對不同露天礦特有的工程及地質特征，提出合理的邊坡設計及穩定性控制方案，確保露天礦實現高效、安全及持續生產，是采礦工程科學技術人員亟待解決的關鍵問題之一。達連河露天礦于2010年進行了改擴建設計，提出橫采內排確定南幫最終幫坡角是41°，外排土場距采場邊界距

3、離大于50m。目前外排土場高度大于100m，采場最終采深超過200m，形成了高陡復合邊坡，且內排壓腳難以實現，外排土場距采場邊界距離幾乎為零，存在較大滑坡風險，曾在2011年發生兩次小規?；拢瑖乐赝{露天礦安全生產。項目通過對達連河露天礦頂幫穩定性問題進行研究，為露天礦安全生產提供必要的技術支持。1.2 研究內容為保證達連河露天礦順利實施，避免滑坡災害的發生，必須對南幫邊坡進行穩定性分析，為露天礦安全生產提供基礎。本項目主要研究內容如下：(1) 邊坡工程地質條件分析 進行現場調研及資料搜集工作，分析露天礦剝采排工程現狀、發展概況及地面設施布置情況，為確定不同邊坡區段的重要性提供基礎； 分析采

4、場頂幫邊坡地層巖性、地質構造、巖體結構及水文地質等條件以及排棄物料性質； 總結露天礦地質及邊坡穩定性分析成果，選取巖土體物理力學參數； 建立邊坡工程地質模型。 分析采場頂幫、南排土場以及頂幫-南排土場北幫復合邊坡的潛在滑坡模式。(2) 邊坡穩定性評價 選取邊坡安全儲備系數； 對邊坡現狀進行穩定性評價； 1.3 研究方法與技術路線本項目采用理論分析、剛體極限平衡的研究方法，綜合分析達連河露天煤礦南幫邊坡的穩定性，并提出合理的邊坡穩定性分析方案。所采取的技術路線如圖1-1所示。(1) 現場調研通過現場調研，詳細分析達連河露天煤礦的工程概況，收集相關資料及以往的研究成果。(2) 工程地質踏勘對露天礦

5、區域地質背景及現狀邊坡工程地質特征進行分析，結合以往的勘探成果，初步判定邊坡的潛在滑坡模式，確定巖土體物理力學指標，為邊坡穩定性分析計算提供基礎。(3) 剛體極限平衡法迄今為止，在邊坡穩定性分析中，剛體極限平衡法以其概念清晰、計算簡單、工程資料豐富應用最為廣泛。常用的剛體極限平衡分析方法有：瑞典圓弧法、瑞典條分法、Bishop法、Janbu法、Morgenstern-Price法、Spencer法、Sarma法、剩余推力法、通用條分法、楔形體法、Newmark法和美國陸軍工程師團法。其中，Bishop法適合于圓弧滑動，而剩余推力法適合于任意曲面滑動，針對達連河露天煤礦邊坡工程地質地質條件，本項

6、目擬基于該兩種算法的原理，利用剛體極限平衡分析軟件，對邊坡的穩定性進行計算和評價。圖 1-1 技術路線流程圖2 邊坡工程地質條件分析掌握邊坡的工程地質特征是科學評價邊坡穩定性、充分認識滑坡機理的前提和基礎。本章在區域地質及礦區地質分析的基礎上，重點分析達連河露天煤礦南端邊坡的工程地質特征，為邊坡穩定性影響因素及潛在滑坡模式分析提供基礎。2.1 工程概況2.1.1 位置與交通依蘭煤田位于黑龍江省中部松花江兩岸，依蘭縣西南與方正、通河縣交界處，呈北東-南西向三角地帶。其地理坐標為東經129°129°30，北緯46°46°20。礦區所在地達連河鎮交通較為便利。

7、除沒有鐵路直通外，公路及江河航運、空運等皆較發達。達連河礦區的交通位置見圖2-1。圖 2-1 交通位置圖公路往東北行駛22.5km到達依蘭縣城。該地是松花江、牡丹江、倭肯河匯合處，每年510月間定期客輪、貨輪（一般300500t，最大千噸）通航，上行341km經沙河子、方正、賓縣等船站到省城哈爾濱市。下航行100km經宏克力、湯源縣等船站到合江地區佳木斯市。12月到來年3月江冰封凍，可行駛載重卡車等。同時，依蘭還有通往佳木斯、樺南、勃利縣的汽車。城東門外有飛機場，定期民航抵哈爾濱、佳木斯市。往西經沙河子、方正、賓縣之高速公路直達哈爾濱市。達連河露天煤礦位于松花江東岸的達連河鎮南部，坐標為東經1

8、29°2018129°2311，北緯46°085646°1001。露天煤礦范圍東自F2、西到F12號斷層；北起煤系基底4花崗巖，南到上12，開采深度90m-150m。本區以哈同公路為界顯示不同地理景觀：東部為低山丘陵地雞爪溝壑帶，達連河向西流入松花江；西部為松花江東岸的河漫灘濕洼草地開闊地帶，地形標高一般在9698m間。松花江從露天礦田西部邊界向東北方向流去；在露天煤田的西南和松花江對岸為中山地帶，地理景觀見圖2-2。圖 2-2 地理景觀圖2.1.2 地形地貌本區地處松花江畔的沖積平原，東部為低山丘陵、雞爪溝壑帶，達連河西入松花江；西部為松花江東岸開闊的

9、河漫灘濕洼草地。松花江沿礦區西部邊界流向東北，其西南與西北處為中山地帶。2.1.3 礦山開采簡介礦業公司所屬露天煤礦于1964年小規模開發建設，1966年投產后形成0.30Mt/a的生產能力。隨著哈依煤氣工程的上馬，經正規的建設和幾次改擴建，目前核定規模2.60Mt/a。露天煤礦已建立起完整的采運排等生產系統，采用單斗卡車開采工藝，主要設備為4.6m3電鏟，45t和25t卡車，形成了水、電、路、(通)訊完善的基礎設施，以及行政福利設施，為進一步擴能改造奠定了堅實的基礎。經過半個多世紀的建設，以達連河鎮為中心形成了較為完善的礦區輔助、附屬企業及設施。礦區行政和生活服務設施主要有辦公大樓、食堂及招

10、待所、醫院、中小學、職工住宅樓等。礦區主要輔助附屬設施有礦區汽車大修廠、礦區機修廠、礦區炸藥庫、礦區物資庫、礦區救護中隊等。另外，在礦區東北角中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司建有消防站。2.1.4 氣候條件及地震烈度本區氣候屬中溫帶大陸性氣候。年最高氣溫(七、八月份)38、年最低氣溫(一月份)37、年平均氣溫3。夏季較短，冬季較長。無霜期135天，封凍期長(11月到翌年4月)，一般凍結層厚1.501.80m。年降水量約566.8mm，且多集中于夏秋兩季。該礦所在地區地震烈度為6度，地震分組為第一組，設計基本地震動峰值加速度值為0.05g。2.2 區域地質該區地層出露較全，分布較廣。最古老屬元古界變

11、質片巖系與片麻花崗巖出露于依蘭縣城東北及東南部山區以及中、西部的上古生界海西期花崗巖和中生界白堊系碎屑沉積巖建造，構成煤盆地基底。其上沿松花江兩岸通河、方正、依蘭至樺南一帶發育下第三系始漸新統陸相含油煤建造及上第三系碎屑巖、噴出玄武巖。第四系洪積、沖積層。2.3 礦區地質2.3.1 地層巖性本區含煤地層為下第三系始-漸新統達連河組()；以河床相、泥炭沼澤相、湖泊相為主的陸相含煤、油頁巖、碎屑巖沉積建造。該組地層從巖層性及巖相組合，在垂向上分為三段，地層綜合柱狀圖見圖2-3。由下向上分為三段分別為：(1) 上部砂頁巖段由灰-灰白色粗砂巖、含礫砂巖及粉細砂巖互層組成，整段巖性上部較細以河漫相粉細砂

12、巖及沼澤相炭質泥巖互層為主，下部以河床相砂巖為主，橫向上自西向東巖性粒度變粗，厚度增大。(2) 中部油頁巖段主要由巨厚的靜水湖泊相油頁巖和薄層粉細砂巖組成，以黑-黑褐色為主，局部夾灰白色粉細砂巖條帶。含較多的植物碎屑及植物化石，下部含琥珀，該段地層自西向東變薄，至東部邊緣被砂巖取代。(3) 下部含煤段上部以泥炭沼澤相的主要煤層群和炭質泥巖與湖泊相的油頁巖及砂巖組成，底部由洪積、沖積相花崗質長石砂巖與河、湖相泥巖、油頁巖及粘土巖組成。本段含該區可采煤層上、上1上2、上、中及下層煤。勘探區可采煤層為上1、上1上2、上2、中、下。煤層全區可采，煤層屬較穩定型。(4) 關于巖性巖相變化此變化是由東往西

13、，巖性由粗變細，即由洪積、沖積相砂礫巖到湖沼相油頁巖和煤層，東部與煤層呈犬齒交錯形式接觸，且煤層層位抬高之勢，說明東部是盆地邊緣，沉積物來源于東北面。當時地形是東北高而西南低，東北面為陸源剝蝕區。根據其構造運動，沉積建造特征，古地理與古植物環境，煤層、煤質發育特征與富煤帶形成機制及其后構造變動與巖漿活動，變質作用等特征，依蘭煤田含煤建造的成因類型應屬新生代老三紀始漸新世陸相褐煤建造類的構造斷陷盆地型。(5) 關于地層時代該化石植物群中古老分子較多，根據我國聚煤規律，新生代成煤是由東北而南遷，此是地處東北方，從佳伊地塹形成和對煤田控制來看，是應較早的下降接受大量陸相碎屑巖沉積建造，并得以很好地保

14、存。按照沉積旋回等是始漸新統或達連河組下、中段即相當第1旋回為始新統，其上第(上部含煤組)、旋回等相當漸新統較為合適。 2.3.2 地質構造礦山位于大地構造新華夏系第二隆起帶張廣才嶺隆起北緣。依蘭煤田位于東西向構造帶與華夏世構造體系的復合部位。依蘭煤田總體上呈東西向展布，其盆底沉積顯然受沙河子-永豐這一東西向坳斷帶所制約，是蘇-達斷裂與這一坳斷帶相交復合作用的結果，為煤系的沉積創造了有利場所。(1) 基本構造形態達連河區在依蘭煤田的東部，即依蘭-牡丹江經向構造帶以西，沙河子-永豐東西向構造帶與華夏式佳-依地塹北段的復合構造的東北部位，區內呈近東西或北東-南西向的S型構造，其西北邊被地塹東界的蘇

15、-達斷裂相切，東南被北西傾向的F1正斷層相切成的三角扇形斷陷地帶。本次勘探的區域基本上是一向南傾伏的單斜構造。(2) 地層產狀勘探區內，煤層露頭的展布基本上呈東西向，傾向南，傾角淺部露頭處較陡，中部較緩并存在波狀起伏，深部變陡。從全區看屬于緩傾斜地層。圖 2-3 地層綜合柱狀圖(3) 褶皺與隆起從以往的鉆探資料與露天礦剝采工程所揭示的資料看，本區在傾向上距煤層露頭約1000m有一條近走向的隆起帶，在9線上有一條近南北向的隆起帶，他們對煤系地層、煤層、煤質及后期構造等起到一定的控制作用。(4) 斷層區內斷層較發育，特點是在較大斷層的兩側的次級斷裂更為發育，構成本區主要構造特點。對本區的斷層分述如

16、下：F5斷層：為東部的邊界斷層，走向北東35，傾向南東，傾角70，是一規模較大的正斷層。落差向南加大，北部100m，南部300m，北部有69-6與60-246，和80-105與79-106孔間不連續，南部由83-148與99-3孔間不連續，4-5線間露頭的北移所控制，發育于4-8線間。F4斷層：是區內的一條較大的正斷層，發育于6-3線間，走向NE41，傾向NW，傾角70，斷距50m左右，79-5與59-201孔間不連續，控制程度較可靠。F39斷層：正斷層，發育于4-3線間，斷層落差較小，一般在20m左右，走向NW70，傾向北東，80-131鉆孔實見，控制程度較可靠。F3斷層：正斷層，為本區東部

17、的邊界斷層，發育于4-2線間，走向NE50，傾向SE，傾角65°，落差在50-70m之間，一般為60m，控制程度較可靠。通過地層實際揭露情況及鉆孔控制，井田內斷層有以下特征。 目前所查明的斷層均為正斷層。 落差一般不大(除F5邊界斷層外)，但區內傾角平緩使其水平錯距較大。 從平面的展布方向看呈以北東向為主，以北西向為輔的兩組斜交斷層，組合成X型構造。 排列方式：同方向的傾斜斷層連續出現在剖面上與相反傾斜的斷層組成地壘和地塹式的構造形式。2.4 邊坡工程地質2.4.1 勘探區工程地質煤田的沉積建造環境和應力應變分布等因素，制約了勘探區工程地質特征。沉積過程中，由于地形條件的控制(基底不

18、平)，內外應力作用的差異和其它因素的干擾(風浪、流速等)形成下部巖層的巖性和物理力學性質的各向異性。在油頁巖沉積過程中，由于和諧的沉積韻律(沉積物的周期性)和沉積物的分異，形成了油頁巖的原生層狀特征，從而構成了本區巖體初級結構。 由于北東向的壓性應力作用，形成全區發育的同向裂隙(為本區的主要裂隙)在不同巖性中其形態和作用表現為：油頁巖中呈X型剪性裂隙，粗、中砂巖中呈直線型張性裂隙。為本區巖層的級結構面的主要組成部份。因斷層在走向和傾向的切割，使巖體支離，形成該區的斷裂破碎帶，從而降低了巖層的整體強度。基底海西期花崗巖，因長期的風化剝蝕作用形成的風化裂縫帶，構成了煤系基底的次結構面。 2.4.2

19、 地層巖性勘探區所見邊坡巖體組成，自下而上由第三系、第四系地層組成，地層厚度、巖性及組合特征為：(1) 第三系含煤地層該套地層以泥巖、粉細砂巖、中粗砂巖、油頁巖、煤、含礫粗砂巖礫巖為主。層厚控制273m-353m，平均厚311m。泥巖占6%；砂巖砂礫巖占44%；油頁巖占35%；煤占3%；砂礫巖-礫巖占12%。Pa，中值1.41MPa。砂巖、砂礫巖：巖層以粉細砂巖、砂礫巖礫巖為主，其于少部分中、粗砂巖。顏色為深灰、灰、灰白色。砂巖多為砂泥質膠結、巖性結構復雜富含炭化植物莖葉。粉砂巖、細砂巖多具微波狀、波狀層理，中、粗砂巖松散易碎。Pa。Pa。油頁巖：顏色為深灰色-灰褐色；為本區最具代表性巖層；固

20、結較差，極易風化松散破碎；刀刻強度軟-較軟。Pa。煤層：密度為1.41g/cm3，含水量2.70%。(2) 第四系地層砂土：顏色為黃褐色；粒級為細砂-中砂-粗砂-礫砂，稍濕-很濕，硬塑-松散。（見顆粒組成表2-1）表 2-1 顆粒組成表顆 粒 組 成 %砂土的稱(按GB/T50123-1999)粒 徑 大 小mm2020-22-0.50.075-0.00510.03細砂16.35-31.80中砂粗砂礫砂粉土：黃褐色-淺灰綠色；軟，濕，可塑。天然含水率（%）：14.71-19.62，土粒比重（Gs）：2.66，天然孔隙比e：0.554-0.665，飽和度Sr（%）：71-78，干密度d（g/cm

21、3）：19.11-19.64，液限L（%）：21.48-24.15，塑限wP(%)：14.9-15.9，液性指標Il：-0.03-0.45，塑性指標IP：6.55-8.26；固結實驗壓縮系數 0.1 0.2 (l/MPa ) ：0.13-0.22和壓縮模量Es 0.1 0.2 (l/MPa )；7.41-11.90；抗剪強度粘聚力c(KPa) ：21.2-25.6和內摩擦角（°）11.2-16.5。砂粘土（粉質粘土）：顏色為黃褐色-灰色-淺灰綠色；稍密-密實，濕，軟，可塑。天然含水率（%）：20.72-37.77，土粒比重（Gs）：2.68-2.71，天然孔隙比e：0.619-1.0

22、04，飽和度Sr（%）：80-100，干密度d（g/cm3）：18.63-20.23，液限L（%）：28.56-37.21，塑限wP(%)：17.5-20.6，液性指標Il： 0.03-1.30，塑性指標IP：11.08-16.61；固結實驗壓縮系數 0.1 0.2 (l/MPa )：0.20-0.45，壓縮模量Es 0.1 0.2 (l/MPa )：4.00-8.58；抗剪強度粘聚力c(KPa)：8.9-26.3，內摩擦角（°）5.8-14.5。粘土：顏色為黃褐色；具塑性、滑膩感強。天然含水率（%）：16.96-24.15，土粒比重（Gs）：2.71-2.74，天然孔隙比e：0.5

23、07-0.683，飽和度Sr（%）：83-97，干密度d（g/cm3）：19.84-21.03，液限L（%）：34.15-38.54，塑限wP(%)：19.5-21.1，液性指標Il：-0.07-0.18，塑性指標IP：14.66-17.47；固結實驗壓縮系數 0.1 0.2 (l/MPa )：0.12-0.25，壓縮模量Es 0.1 0.2 (l/MPa )：6.67-13.33；抗剪強度粘聚力c(KPa)：22.3-29.6，內摩擦角（°）10.2-16.9。(3) 碎石土（覆蓋層）本次補勘有2個鉆孔控制，-2號鉆孔控制23.85m、-3號鉆孔控制0.65m；平均厚12.25m，

24、為采剝堆積的矸石、砂礫、砂土、粉土等，松散。2.4.3 巖體結構類型巖體結構類型是巖體的基本特征，它控制著巖體變形和破壞的力學機制，在工程地質勘察過程中，應在試驗的基礎上確定巖體的結構類型，從而判定巖體的力學介質類型及巖體力學模型，并根據巖石力學試驗成果結合地質條件評價巖體的穩定性。(1) 松散土體 第四系松散砂礫石可視為均質連續的巖體，其厚度占整個邊坡高度的14.6%。表層為3-5m厚的亞粘土、其余為沖積、洪積砂礫、卵礫為主，地層厚為5.45m-25.70m，平均厚13.38m。砂礫、卵礫以黃褐色為主，膠結松散。礫石直徑2-100mm，一般15-60mm。次圓狀，資料分析顆粒礫級含量64.3

25、-64.5%。砂礫石為良好的通水層，是露天礦主要的含水層。 第三系地層平均厚312.55m。Pa。砂巖、砂礫巖：巖層以粉-細砂巖、砂礫巖-礫巖為主，其于少部分中、粗砂巖。顏色為深灰、灰、灰白色。砂巖多為砂泥質膠結、巖性結構復雜富含炭化植物莖葉。粉砂巖、細砂巖多具微波狀、波狀層理，中、粗砂巖松散易碎。Pa。Pa。油頁巖：顏色為深灰色-灰褐色；為本區最具代表性一巖層；固結較差，極易風化松散破碎；刀刻強度軟-較軟。(2) 層狀結構該套地層以泥巖、粉-細砂巖、中-粗砂巖、油頁巖、煤、含礫粗砂巖礫巖為主。層厚控制272.6m-352.50m；平均厚312.55m。該區域煤層以厚層狀分布，與巖石互層沉積，

26、形成層狀巖體結構，巖性較軟，巖層傾角5-25°，力學強度低。Pa；中值1.41MPa。砂巖、砂礫巖：本次控制的巖層以粉-細砂巖、砂礫巖為主，其余少部分中、粗砂巖。顏色為灰、灰白、灰綠色。砂巖多為砂泥質膠結、巖性結構復雜富含炭化植物莖葉。粉砂巖、細砂巖多具微波狀、波狀層理，中、粗砂巖松散易碎。Pa。Pa。2.4.4 水文地質特征本區第三紀以后，其構造運動表現為不平衡的階段性上升，其作用表現為殘留的地貌形態。即沿松花江及其它河流河谷兩側分布的一級階地。目前本區仍處于緩慢的不平衡的階段性上升階段，由于新構造運動的上升作用，在低山及丘陵地區的表現為侵蝕剝蝕作用的加強，使地形再切割。如達連河上

27、游丘陵區呈現的“雞爪形”地貌，河谷平原區的作用表現為河流的底蝕作用增強(年青化)；如松花江河床底部第四紀松散堆積物均被沖刷，河流直接底蝕基底基巖。目前該區內外應力作用的表達式為：剝蝕堆積。因而，制約了松散地層的發育(第四紀松散地層沉積薄)，促進了基巖的物理風化作用，形成了本區地下水賦存狀態的基本格局。(1) 地表水系：本礦位于松花江東岸，地勢平緩，地面標高9698m。西部有松花江流過，東南部有達連河，南部有侏其河和小紅河，由于地勢平坦，排水不暢，致使濕地、沼澤發育，精查報告根據露天礦床水文地質、工程地質條件和疏干的難易程度，把本區水文地質勘查類型定為二類一型。(2) 含水層(帶)本區含水層可劃

28、分為：第四系孔隙含水層、第三系風化裂隙含水帶、海西期花崗巖古風化殼裂隙潛水含水帶。第四系孔隙含水層：上部為0.53 m腐植土、粘土和亞粘土，下部有25 m分選較好的細、中、粗、沙礫，水力性質為潛水，滲透系數2.8848.71m/d，單位涌水量0.05571.724L/s·m， 地下水化學類行為HCO3-CaMg、HCO3-CaNa型弱酸性水，礦化度0.100.2g/L。第三系風化裂隙潛水含水帶：為第四系覆蓋，風化裂隙較發育，厚度約50m左右，地下水埋藏深度0.53.04 m。風化裂隙含水帶組成的巖性不同，裂隙的發育程度也不盡相同，因此風化裂隙含水帶的含水性在橫向上自然存在一定的差異性

29、。 達連河組上部砂巖段：巖性主要為粗砂巖、砂礫巖(泥質膠結，結構松散，裂隙較發育)，次為細砂巖、粉砂巖、粉細互層(質較軟，層間裂隙較發育)，滲透系數0.265 m/d，單位涌水量0.118 L/s·m，地下水化學類行為HCO3-CaMg型弱堿性水，礦化度0.100.2 g/L。 達連河組中部油頁巖段：巖性主要為厚層油頁巖，次為煤和炭頁巖，滲透系數0.0303 m/d，單位涌水量0.01390.0393 L/s·m，地下水化學類型為HCO3-Na、HCO3-CaMg型弱堿性水，礦化度0.20.4 g/L。 達連河組下部砂巖段：巖性主要為粗砂巖、中砂巖，次為細砂巖、粉砂巖、油頁

30、巖，泥質膠結，結構松散，裂隙較發育，但多被泥質和方解石充填，滲透系數0.221.305 m/d，單位涌水量0.1060.282 L/s·m，地下水化學類型為HCO3-CaMg型弱酸中性水，礦化度0.10.3 g/L。海西期花崗巖古風化殼裂隙潛水含水帶：風化裂隙發育深度約20 m，顆粒松散易碎，松軟部分已高嶺土化，往下風化作用主要表現為沿著構造裂隙進行，但裂隙已經被砂、土質和方解石充填，地下水埋藏深度2.53.5 m，滲透系數0.150 m/d，單位涌水量0.0223 L/s·m，地下水化學類型為HCO3-CaNa型弱堿性水，礦化度0.10.2 g/L。(3) 隔水層本區主要

31、隔水層為達連河組中部厚層油頁巖段，厚度在40m以上，此隔水層在煤系地層上部，由于厚度大、隔水性好，有效的隔斷了地表水和第四系水進入到煤系地層。(4) 地下水的補給排泄條件本區地下水的主要補給來源為大氣降水，因此，礦山涌水量嚴格地受季節性控制。主要充水巖層為第四紀孔隙含水層，但該層厚度小，靜儲量有限，即有利于疏干，有利于剝離。第三系風化裂隙含水帶由于直接與第四系含水層接觸，構成同一的水力性質，同一的自由水面，可視為統一的含水體，因而第三系風化裂隙含水帶地下水的補排條件基本同第四系含水層相似。第三系風化裂隙含水帶與地表水系沒有明顯的水平方向補給排泄的水力聯系，只有在融雪和豐水期的79月份，漫灘區、

32、江、河水位激增，水系沼澤相聯，地下水位同地面水體構成一體，此時地下水接受地面水體的補給。第四系含水層、第三系風化裂隙含水帶地下水的排泄主要依靠蒸發作用。本區經多年開采證實斷層裂隙沒有導水涌水現象。2.5 潛在滑坡模式分析 達連河露天煤礦南部勘察區巖體以松散型和層狀結構為主，潛在滑坡模式為：(1) 圓弧狀滑坡第四系松散砂礫石可視為均質連續的巖體，表層為3-5m厚的亞粘土、其余為沖積、洪積砂礫、河泥礫為主，地層厚為5.45m-25.70m，平均厚13.38m。砂礫、卵礫以黃褐色為主，膠結松散。礫石直徑2-100mm，一般15-60mm。次圓狀，資料分析顆粒礫級含量64.3-64.5%。砂礫石為良好

33、的通水層，是露天礦主要的含水層，該層巖體厚度較大，可能的滑坡模式為圓弧。(2) 切層順層滑坡第四系松散層的底板為第三系地層，第三系上部的風化地層成巖差松軟，視為松散巖體，第三系與第四系的接觸面為不整合面，是不良的地質構造，潛在的滑坡模式為上部第四系松散體產生圓弧滑面，下面沿著第四系地層的底板接觸面順層剪出，形成圓弧-順層滑坡模式。2.6 巖土體物理力學指標的確定2011年本礦為了實施橫采內排技術改造方案，做了一次工程地質補勘，根據所要補勘的區域設計了兩條勘探線并確定了六個鉆孔位置，經過補勘鉆探、采樣與試驗、補勘測井三大步驟，最終完成鉆探工程量1650米，采巖芯樣320塊，試驗組數378組，試樣

34、塊數1414塊，測井工作量為1272米。根據2011年的補勘結果并參考初步設計，綜合確定邊坡穩定性分析計算采用的巖體物理力學指標如表2-2所示。表 2-2 巖體物理力學指標地層容重(kN/m3)內聚力(MPa)內摩擦角(°)第四系19.70.022312.5砂巖21.90.3520.9油頁巖20.40.36421.2煤12.20.3536.4排棄物21.15025.782.7 小結本章總結歸納了以往的地質工作成果，結合以往地質資料和2011年為實施橫采內排技術改造方案所做的工程地質補勘和巖體物理力學性質試驗，查清了工程地質條件，分析了潛在的滑坡模式，確定了巖土體物理力學指標，為邊坡穩

35、定性分析提供了前提。3 邊坡穩定性極限平衡計算極限平衡分析法經過近百年的發展，是工程界運用最早、最廣泛的分析方法。20世紀3040年代，費倫紐斯和泰勒根據極限平衡原理，在前人工作的基礎上提出了條分法(瑞典法)，此后，畢肖普、薩爾瑪、簡布等提出了各種假設條件及其穩定分析方法。這些方法實質都是條分法，即憑經驗將邊坡體分成若干條塊，在對條塊的側面作用力作適當假定后對各條塊作靜力平衡分析，通過代數和求邊坡安全系數。在計算機發展的今天，可以編制程序，通過各種優化方法來計算得到最危險滑動面和最小安全系數。對于一般巖質邊坡，由于實際巖體中含有大量不同產狀和特性的不連續結構面，因此可按剛體極限平衡理論，對控制

36、邊坡穩定的某一組結構面來分析邊坡的穩定性，并考慮各種不利因素影響。本章應用剛體極限平衡法，分別對達連河露天煤礦南幫不同位置和形態的邊坡進行穩定性評價，以實現露天礦安全生產。3.1 邊坡安全儲備系數確定根據中華人民共和國巖土工程勘察規范(GB50021-94)第3.6.10條第一條的規定，邊坡穩定安全系數Fs的取值應符合下列要求：新設計的安全等級為一級的邊坡工程，Fs值宜采用1.301.50；工程安全等級為二級的邊坡工程，宜采用1.151.30；工程安全等級為三級的邊坡工程，宜采用1.051.15。根據煤炭工業露天礦設計規范，采場邊坡服務年限十年以下Fs宜采用1.101.20。露天礦南幫邊坡到界

37、后，會實現內排壓幫，此時邊坡服務年限較短，且實際生產過程中邊坡巖體穩定性較好，綜合確定邊坡穩定儲備系數為1.10。3.2 穩定性定量分析方法簡介3.2.1 極限平衡理論概述(1) 安全穩定系數定義邊坡安全系數指把巖土體的抗剪強度指標減小至和，則巖土體沿著滑面各處都處于極限平衡，如下： , (3.1)式中：；穩定系數；內聚力；內摩擦角。(2) 摩爾-庫侖強度準則假如巖土體某段順著某滑面發生滑動。該段在這個滑面各處均達極限平衡，就是和遵循Mohr-Coulumb強度準則。設置條塊底的法向力和切向力分別為和，則有： (3.2)式中：塊底傾角，值為；孔隙水壓力，通常定義孔隙水壓力系數。(3) 力平衡條

38、件對已劃分的條塊，各條塊和整個巖土體均需要求力和力矩平衡。3.2.2 計算方法的選擇常用的邊坡穩定性二維極限平衡分析法主要有簡化Bishop法、剩余推力法、Janbu法、Spencer法及陸軍工程師團法等。其中Bishop法適合于圓弧滑面滑坡計算，剩余推力法適合于任意曲面滑坡計算，基于該2種算法的原理進行軟件開發，為邊坡穩定性計算提供快捷手段。2種方法的原理分述如下：(1) 簡化Bishop法Bishop法是對提出邊坡穩定分析圓弧滑動分析法的Fellenius法作了重要改進的一種計算方法，Bishop法率先提出了安全系數的定義，對條分法的發展起到了重要的作用。然后通過假定土條間的作用力為水平，

39、求出土條間的法向力。它都是通過力矩平衡來確定安全系數。Bishop法設滑面為圓弧面，安全系數表述為對滑面旋轉中心的抗滑力矩與下滑力矩之比，每個分條都處于力的平衡狀態。按分條鉛垂方向力的平衡，則分條底部的有效法向力(參見圖4-1)： (3.3)式中：。安全系數為： (3.4)圖3-1 畢肖普法分條間力Bishop方法是考慮了分條間力的作用進而來求解安全系數的。En和En+1是分條間的法向力，它不存在于安全系數的表達式中，因為它是通過平衡方程在推導安全系數的過程中被消去的，每個分條的力都處于平衡狀態，整個滑體的力矩處于平衡狀態，單個分條力矩的平衡條件沒有被考慮，由于很難準確求得分條間的剪力XnXn

40、1，所以為了考慮實用性，設XnXn1=0，即分條間剪力的作用被忽略，這就是Bishop簡化法。(2) 剩余推力法該方法亦稱為不平衡推力傳遞法。很多露天礦采用剩余推力法來計算邊坡的穩定系數，剩余推力法作為一種條分法借助于滑坡構造特征分析及剩余推力計算是其主要的優點，即對于每一條塊的剩余下滑力，其方向平行于該條塊的底面，其中每個條塊之間只傳遞壓力不傳遞拉力，它適用于復雜荷載作用下的任意形狀滑動面的滑坡推力的求解，最后一個條塊的剩余下滑力為0。剩余推力法假定條塊間作用力的方向，其重要前提就是假設當前條塊在分界面處對下一塊體的推力的方向平行于當前條塊的底滑面，然后根據平行于底滑面和垂直于底滑面兩個方向的合力為零以及最前緣一塊的剩余推力為零進行迭代求解，將整個滑體進行求解后，取其中的第i號條塊，假定第i-1號條塊傳來的力的方向平行于第i-1號條塊的底滑面，而