1 工程概况

司家营铁矿西帮第四系表土层厚大，约30m-70m，第四系边坡属于高边坡范围，在世界范围内尚属首例。其边坡的表土层发生过大规模滑坡，滑坡体为第四系亚砂土（粉土），滑坡高度约为55m，从地表标高+38m水平到-18m水平，长度100m，沿土层底板水平切出，滑动距离60m，边坡滑坡后边坡现状如图1所示。西帮边坡土层含水层富水性强，边坡角变化较大，土层底板有水渗流侵蚀条件下，易发生近似圆弧型失稳破坏，危及地面多个高压线塔及皮带廊道的安全，严重威胁矿山安全生产，亟需开展边坡现状的稳定性及边坡治理加固措施的研究工作。

2 分析方法

极限平衡法是根据边坡上的滑体或滑体分块的力学平衡原理分析边坡各种破坏模式下的受力状态以及边坡滑体上的抗滑力和下滑力之间的关系来评价边坡的稳定性[1]。目前应用比较广泛的极限平衡法有瑞典条分法、Bishop法、Janbu法和Morgenstern-Price法[2-4]。以上几种方法，根据其自身的特点，分别适用于不同的工况条件。在实际工作中，可以应用GEO-Slope程序，分别应用以上方法对不同工况条件下的边坡稳定性系数进行计算，为边坡的稳定性分析提供依据。

根据边坡破坏形式的不同，极限平衡法有不同的适用条件。应用Bishop法对圆弧形破坏的的边坡进行安全系数计算，其结果较为准确，但需要迭代[5-6]。为简化计算过程，忽略分条间的剪力，进而在保持结果准确的基础上，大大优化了计算过程[7-9]。 简化前后的计算表达式如（1）、（2）所示。

未简化计算表达式：

简化后的此种方法的计算表达式为：

3 稳定性分析

司家营西帮的边坡主要为厚大的第四系土质边坡，与岩质边坡相比，其强度较弱，在雨水季节，更容易受到雨水的影响，进而发生滑坡危险。目前，已有部分地段发生滑坡，所以有必要对不同位置的边坡稳定性进行分析。通过相关实验与边坡反演计算，得到边坡岩土体的力学参数如表1所示。

司家营铁矿西帮第四系为土质边坡，滑坡模式为近似圆弧形，应用Geo-slpoe软件，按照滑坡反分析指标，采用Bishop方法对不同位置处的边坡剖面安全系数进行计算，计算结果见表2。

按照规范，司家营铁矿西帮第四系边坡最小长期稳定安全系数初步确定为1.2。现状边坡不同位置处的安全系数计算结果表明：对于现状边坡，剖面3勘探线区域在最不利条件下（降雨持续入渗，土层长期被侵蚀），将会发生边坡失稳。需要尽快采取措施，提高其安全系数。剖面1和剖面2安全系数虽然较高，但是仍低于最小长期安全系数，如不做进一步处理，在长时间弱化后，其安全系数会进一步降低，进而发生滑坡危险。

4 加固措施及稳定性分析

根据边坡稳定性分析结果，分别对三个区域进行削坡放缓：

1）区域1，第四系阶段坡面角34°，第四系土层下首个强风化石英砂岩台阶，阶段坡面角50°，其余台阶保持原设计角度。

2）区域2，从-42m水平（强风化石英砂岩岩层）起至坡顶之间进行局部放缓，在确保单台阶高度和宽度均保持原设计的前提下，阶段坡面角自上而下依次为32°、40°和50°，其中50°阶段坡面角对应岩层为强风化石英砂岩。

3）区域3，按照第四系土层阶段坡面角不超过32°(上限)清理滑体，并对未清理部分进行压实处理。根据西帮不同勘探线边坡实际情况，在整体方案指导下做局部调整。

应用Geo-slope软件，采用极限平衡法，对削坡放缓后的边坡进行稳定性计算，计算结果如表3所示。剖面3处的安全系数虽然提高到了1.149，但是，仍略低于最小长期安全系数，所以仍需要对滑坡体采取防排水措施，以减小水对边坡的弱化作用。同时对边坡进行压实处理，提高其自身强度。

5 结论

司家营铁矿西帮边坡第四系表土厚大，并且稳定性较差。通过对破坏形态的分析，采用Bishop法对边坡安全系数进行计算，得出三个主要区域的边坡安全系数分别为1.100、1.032和0.781。各个剖面处的安全系数均小于最小长期安全系数，而剖面3的安全系数最小。通过对边坡进行削坡减载，提高了边坡的稳定性。经计算，削坡后各个剖面的安全系数均大幅提高，分别达到了1.391、1.461和1.149，基本达到最小长期安全系数的要求。但是，仍需对剖面3处边坡进行压实和排水处理。以提高其长期强度，避免滑坡危险。

参考文献：

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[2]赵尚毅，郑颖人，张玉芳.极限分析有限元法讲座Ⅱ有限元强度折减法中边坡失稳的判据探讨[J].岩土力学，2005，26(2)：42-53.

[3]郑宏，李春光.求解安全系数的有限元法[J].岩土工程学报，2012，24(5)：12-16.

[4]周翠英，刘祚秋，董立国.边坡变形破坏过程的大变形有限元分析[J].岩土力学，2013（12）：34-40.

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[6]时卫明，郑颖人.岩质建筑边坡水平推力的计算[J].岩土工程技术，2012(3)：131-134.

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[8]陈祖煜.关于“边坡稳定性的三维极限平衡分析方法及应用”的讨论[J].岩土工程学报，2011，23(1)：127-129.

[9]徐狮，张学焱，柳传毅.露天矿边坡稳定性分析评价方法比较研究[J].矿业研究与开发，2016，36(5)：94-97.