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0 引言
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排土场为巨型人工松散堆叠体，是矿山采矿排弃物集中排放的场所（宋晓双，2018；汪海斌等， 2021；曹洪剑等，2023），当受不同因素作用时，易发生崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害，造成大量人员与经济损失（蒋正，2018；韩廷文等，2019；熊珂等， 2020）。降雨与地震作为自然现象在大时空尺度上时刻发生，其强度、规模等要素超过一定界限都会加剧促进斜坡失稳过程（辛保泉和谭钦文，2016；杨幼清等，2020）。研究发现，降雨和地震是诱发滑坡的两大主要因素（张忠传等，2020；陈光木，2022；巫辅宇等，2022），杨帅东和刘文奇（2022）等运用有限差分软件 FLAC3D和 slope软件对边坡开挖前后和极限工况下的稳定性变化过程进行分析；和江宏等 （2023）基于饱和－非饱和土渗流理论，使用室内非饱和土静力三轴试验结合GeoStudio有限元方法，对持续强降雨条件下的饱和－非饱和渗流场的动态变化、变形破坏和稳定性进行数值模拟和计算；张立春和禹燕生（2023）采用赤平投影法和 Geostudio 模拟，模拟计算边坡在自然状态、降雨、地震、降雨同时地震 4 种情况下的安全系数；冯德润（2021）基于赤平投影法对某矿山终了边坡进行稳定性分析，分析表明边坡在动载的作用下存在失稳的可能；故进一步基于强度折减法对边坡进行数值模拟；张忠传等（2020）利用霍克布朗准则推导出岩体的力学参数，运用理论计算和数值模拟分析降雨和地震对边坡稳定性影响；赵洪宝等（2019）利用FLAC3D软件采用强度折减法确定了其潜在滑移面，并通过FISH 语言建立了潜在滑移面的拟合模型，利用极限平衡计算软件 Geo-slope 分析计算了现状边坡与终了排弃边坡在自然工况和暴雨工况下的整体稳定性；吴顺川等（2022）运用 Sigma/W、Seep/W、Slope/W3种分析模块耦合分析的方法研究不同降雨条件（1.61、 4.17、7.21 mm/h）下第四系边坡的稳定性，并基于正交试验法和蒙特卡罗法分析边坡稳定性影响因素敏感性及失稳概率。
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本文以某大型排土场为工程背景，借助有限元软件，结合饱和－非饱和土渗流理论，基于刚体极限平衡分析方法对该排土场边坡进行稳定性分析，研究成果可为类似排土场的边坡稳定性评价提供参考。
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1 排土场概况
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巨龙 1#排土场位于荣木措沟中游东侧山腰部位的支沟中，按地貌单元属高山间冰碛凹地，场地处于海拔 5000 m 以上中高山区。地势南东高北西低，整体倾向北西。谷体呈“U”形，长约 1500 m，宽度10～394 m，地势起伏相对较大，地面标高4910～5310 m，相对高差约为 400 m，谷内地表岩性主要为碎石，堆积厚度一般为 20～25 m，下部为基岩，碎石层表部有分布不均厚约0.4 m的腐殖土。场地属高山间冰碛凹地相对贫水水文地质单元，场地有地表水和地下水，植被发育，工程条件较复杂，但构造条件较简单，无不良控震性断裂带分布。根据《中国地震烈度区划图》，矿山所在区域地震设防烈度Ⅶ 度，地震动峰值加速度为0.15 g，设计地震分组为第三组，设计特征周期 0.45 s，综合水平地震系数为 0. 0167。
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巨龙 1#排土场设计容量 4500×104 m3，其工程规模属中型，现排土高度已达到设计标高，排土容量还未达到，设计堆置标高 5420 m。设计有拦石坝和填埋区，分台阶堆排，单台阶高度50 m，台阶间设30 m 宽安全平台，单台阶边坡边率 1∶1.5～1∶3. 0，堆场最前端设拦石坝，坝高4.5 m，顶宽4 m，底宽9 m，内外坡率1∶1.5。
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2 边坡稳定性计算
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2.1 边坡稳定性分析方法
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极限平衡法、强度折减法和滑动应力法是分析边坡稳定性的主要方法，论文将运用极限平衡法对边坡进行稳定性分析。GeoStudio是一套专业、高效的适用于地质工程和地质环境模拟计算的仿真软件（孙从露等，2017；何保和宋帅，2019；和江宏等， 2023；王艳昆等，2024）。本文采用GeoStudio软件中的 Morgenstern-Price 和 Bishop两种方法进行边坡稳定性计算。
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2.2 排土场等级划分
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根据《有色金属矿山排土场设计标准》（GB 50421-2018）规定排土场等级分级应根据单个排土场总容积和堆置高度按表1的规定划分为四级。
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巨龙 1#排土场按设计容量 V=4500×104 m3 为二级排土场，按堆置高度 H=180 m 为一级排土场，按照规范要求，取 1#排土场为一级排土场。根据《有色金属矿山排土场设计标准》（GB/T50421-2018）指出排土场整体安全稳定性标准如下：
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根据《有色金属矿山排土场设计标准》（GB/T50421-2018）排土场整体安全稳定性应校核降雨工况。降雨工况下，排土场整体安全稳定性标准可在表2 规定的基础上降低 0. 05，最低安全系数不得低于1.10。
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图1 矿区平面图
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注：排土场容积和堆置高度两者的等级差为一级时，采用高标准；两者的等级差大于一级时，采用高标准降低一级使用。
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根据《有色金属矿山排土场设计标准》（GB/T50421-2018）地震基本烈度为Ⅶ度及Ⅶ度以上地区的排场，排土场整体安全稳定性应校核地震工况。地震工况下，排土场整体安全稳定性标准可在表2 规定的基础上降低 0. 05~0.10，但最低安全系数不得低于1.10。
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注：1、自然状态指重力、稳定地下水位、正常施工荷载的组合。排土场下游存在村庄、居民区、工业场地等设施时，相应区域排土场安全等级取上限值。
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综上所述，根据排土场的等级、边坡的安全影响因素分为 3 种工况，确定的许用安全系数[K] 如下：
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自重+地下水：[K]=1.30
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自重+降雨：[K]=1.25
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自重+地震：[K]=1.20
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2.3 模型建立
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为确保排土场现状稳定性计算结果合理可靠，本文稳定性计算选取1#排土场临空面最长，地基最陡、负荷相对较大的剖面作为典型剖面进行其现状稳定性分析，若此剖面的安全系数满足规范要求，那么则可以判定 1#排土场其他边坡目前处于较为稳定的状态。在 1#排土场边坡内切取一条代表性剖面，具体模型如图2所示，边坡岩土体参数取值如表3所示。
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图2 边坡稳定性分析计算剖面图
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3 结果分析
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3.1 排土场饱和－非饱和渗流模拟及分析
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根据饱和-非饱和土渗流数值模拟，材料的渗透系数是跟孔隙水压力、体积含水量相关的函数：使用GeoStudio中软件内Fredlund&Xing体积含水量数据点函数，获得排土场排土料的体积含水量与基质吸力关系曲线，如图3所示。
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图3 排土场水土特征曲线与导水率曲线
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3.2 排土场边坡计算结果
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根据《有色金属矿山排土场设计标准》（GB/T50421-2018），自然工况条件指重力、稳定地下水位、正常施工荷载的组合。排土场边坡采用（M-P） 法和Bishop法进行3种工况下（自重+地下水、自重+ 降雨、自重+地震）稳定性分析，如图4 及表4 所示，计算结果均大于安全系数，因此排土场稳定性满足规范要求，边坡均处于稳定状态。
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图4 边坡稳定性分析计算图
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a—自然工况（Bishop）；b—自然工况（Morgenstern-Price）；c—降雨工况（Bishop）；d—降雨工况（Morgenstern-Price）；e—地震工况（Bishop）；f— 地震工况（Morgenstern-Price）
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4 结论
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基于饱和-非饱和土渗流理论使用GeoStudio对排土场边坡进行模拟分析，主要得到以下结论：
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（1）该排土场属于二级排土场，在各工况下边坡稳定性系数均满足要求的安全系数，边坡处于稳定状态。
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（2）排土场边坡整体稳定性较好，发生圆弧形滑动的可能性较大。
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（3）依据表4稳定性分析计算结果，可知排土场边坡在自然工况条件下的稳定性系数均大于降雨工况和地震工况条件下的计算。
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参考文献
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摘要
为研究降雨和地震对露天矿边坡变形的影响，本文基于刚体极限平衡法，利用GeoStudio软件进行不同工况条件下的稳定性分析。结果表明：在自重+地下水、自重+降雨、自重+地震三种工况下对排土场边坡进行稳定性计算，排土场最危险滑面是圆弧形，计算结果均满足规范要求，边坡整体稳定性较好。研究成果可为该类边坡的灾害防控提供理论支撑。
Abstract
To study the effects of rainfall and earthquakes on the deformation of open-pit mine slopes， stability analysis was conducted under different working conditions using GeoStudio software based on the rigid body limit equilibrium method. The results show that under three working conditions of self weight+groundwater， self weight+ rainfall， and self weight+earthquake， stability calculations were conducted on the slope of the waste disposal site. The most dangerous sliding surface of the waste disposal site is a circular arc， and the calculation results meet the requirements of the specifications. The overall stability of the slope is good. The research results can provide theoretical support for disaster prevention and control of such slopes.
