目前,我国现有各类大型排土场几万座,露天矿排土场用地约占矿山总用地的30%~50%,其常见的地质灾害问题是滑坡和泥石流。由于排土场堆积量是矿山追求的经济目标之一,同时随着排土场堆积量的增加,滑坡和泥石流的威胁随之增大,因此排土场安全与经济之间存在矛盾。我们应同时注意到,众多排土场的下游均不同程度存在着居民区或工厂,排土场的稳定性尤其是超高排土场的稳定关系着生产安全和环境危害,甚至关系到社会安定。如山西尖山铁矿排土场发生的跨塌事件,造成大量人员伤亡和巨大的财产损失。因此研究超高排土场边坡的稳定性是一个关键而又亟待解决的课题。跑马岭排土场是山西峨口铁矿的大型排土场,不仅规模大而且地势高,在强震作用下(该处基本地震烈度为8级)排土场存在局部或整体滑动的可能。它的安全使用对整个矿区至为关键。对于跑马岭排土场在地震荷载作用下的稳定性研究是十分必要的,通过分析评价可得知的排土场失稳的可能性和危害性,在某种程度上降低甚至预防排土场失稳所造成的生命财产损失。因此,本文针对高烈度地区跑马岭排土场的稳定性进行研究,主要分析了在地震荷载作用下排土场高边坡的稳定性,调查分析了该排土场的工程地质条件和所在区域构造活动特征,采用有限差分法和强度折减法,结合大量的数值模拟试验,对地震作用下的排土场动力响应进行了综合分析,在理论分析和数值模拟试验的基础上,分析了排土场边坡的应力应变情况以及关键点的永久位移。分析研究了跑马岭排土场散体物理力学性质,结合工程地质条件,总结了影响跑马岭排土场边坡稳定性的主要因素。跑马岭排土场颗粒级配均匀,自坡顶至坡底,岩石块度形成由小逐渐增大的分布规律。排弃物料的颗粒组成与结构特征、排土工艺、地形地貌条件与地基土性质、大气降雨及水文地质条件、露天采场爆破、排土阶段影响、地震等自然动力作用、人类工程活动等是影响跑马岭排土场边坡稳定性的主要因素。分析排土场边坡常见的三种失稳模式,依次是排土场内部的滑坡、沿排土场与基底接触面的滑坡、沿基底软弱层的滑坡。在分析三种失稳模式的基础上,根据跑马岭排土场出现的地裂缝和基底岩土体情况分析,跑马岭排土场最容易出现内部滑坡,其他两种滑坡的概率较小。借助FLAC3D软件讨论了在静力荷载作用下的跑马岭排土场边坡稳定性,建立跑马岭排土场的三维地质模型,采用摩尔一库仑弹塑性模型并进行参数赋值,并采用边坡稳定性评价中常用安全系数这一定量指标。分析了边坡的应力分布、位移和变形破坏特征以及计算了稳定系数。结果表明:排土场边坡处于基本稳定状态,局部可能出现滑动,规模也较小,滑程较短,多直接堆积于排土场坡底,不会引发大规模的整体滑动。跑马岭排土场的地震烈度8级(相应的峰值加速度设计值为0.2g),需要考虑的地震工况分别为多遇地震工况、设防地震工况和罕遇地震工况,相应的地震波加速度峰值依次为0.16g、0.45g、0.9g。分析比较不同地震工况下跑马岭排土场的动力响应和稳定性,布设一定数量的监测点,对关键部位进行加速度、速度、位移以及应力的监测,进行动力响应和变形情况的研究。在多遇地震工况下,排土场整体最大位移值为104.3cm,即:在排土场沉降完成后,产生了较大变形量。变形主要集中在1740平台坡肩处,变形量从坡肩向内部逐渐减小。排土场前缘局部产生了本体内部滑坡,即发生由坡面中部剪出的沿圆弧剪切破坏。在设防地震工况下,最大位移值为401.75cm,变形区域主要集中在1740平台,变形范围较大。坡顶附近部位会产生明显的、较大的拉应力和相对较小的剪应力,而排土场下部接触面附近会产生明显的剪应力增高、集中区。坡顶附近发生拉张破坏,下部主要发生剪切破坏,破坏范围大。在罕遇地震工况下,变形区域主要是排土场1740平台和1810平台的大部分,最大位移值718.2cm。跑马岭排土场的1740平台和1810平台均发生了破坏,整体垮塌。不同地震工况下排土场关键部位的动力响应对比分析,主要是排土场边坡的动力响应和永久变形差异。各剖面监测点的加速度放大系数随着地震波加速度峰值的增大而减小,永久变形和塑性屈服区域随着地震波加速度峰值的增大而增大;经过对比分析,可得到不同工况下排土场边坡稳定性:在多遇地震工况下,跑马岭排土场整体是稳定的,只是1740平台的前缘部分会发生局部垮塌,但是规模不大;在设防地震工况下,跑马岭排土场是不稳定的,尤其是1740平台会发生大范围垮塌,规模较大;在罕遇地震工况下,跑马岭排土场是不稳定的,大部分区域会发生垮塌,规模较大,可以说整个排土场已经破坏。总之,跑马岭排土场出现大规模沿面滑坡和基础滑坡的可能性均较低,说明其整体稳定性较好,但存在本体滑坡的可能性。在地震荷载下,跑马岭排土场受破坏效应强烈,尤其是1740平台处最危险,边坡容易处于失稳状态,易发生一些滑塌,地震强度较大时会引发排土场前缘大规模的整体式滑动。