王麗

摘 要：本文結(jié)合某礦排土場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)勘察資料，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定其排土場(chǎng)巖土的物理力學(xué)性質(zhì)，獲得相應(yīng)物理力學(xué)參數(shù)。采用RFPA數(shù)值模擬的分析方法對(duì)不同堆置參數(shù)的排土場(chǎng)進(jìn)行綜合分析和評(píng)判。通過(guò)分析和比較不同堆置參數(shù)的排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性，為排土場(chǎng)的參數(shù)設(shè)計(jì)及相關(guān)治理措施提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：排土場(chǎng)；堆置參數(shù)；數(shù)值模擬

1.標(biāo)準(zhǔn)試件的模型建立及參數(shù)選擇

數(shù)值模擬中選標(biāo)準(zhǔn)試件100mm×100mm，試件被劃分為20×20個(gè)正方形有限元單元，取均質(zhì)度m=1.5。采用平面應(yīng)變模型，荷載控制的加載方式，在Y軸方向加載，加載量為0.005Mpa/步，加載總步數(shù)50步。

因?yàn)榇说V排土場(chǎng)的構(gòu)成以巖石為主，經(jīng)采剝及重新堆置后的巖塊，抗壓強(qiáng)度變化較大，其他參數(shù)變化比較小則參照地質(zhì)報(bào)告選取?？箟簭?qiáng)度則通過(guò)室內(nèi)抗壓試驗(yàn)得出。則在RFPA數(shù)值模擬中，最終選定的計(jì)算輸入?yún)?shù)如表1試件基元力學(xué)性質(zhì)參數(shù)和表2相變準(zhǔn)則控制參數(shù)所示。

為優(yōu)化排土場(chǎng)堆置參數(shù)，以提高排土場(chǎng)穩(wěn)定性。尋找一組合理的排土場(chǎng)堆置參數(shù)，做了以下3組數(shù)值模擬試驗(yàn)：第Ⅰ組不同坡角的單臺(tái)階排土場(chǎng)；第Ⅱ組不同堆置高度的單臺(tái)階排土場(chǎng)；第Ⅲ組不同組合的多臺(tái)階排土場(chǎng)。分別對(duì)3組模型實(shí)施恒力加載，比較哪組排土場(chǎng)的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)固。從而為排土場(chǎng)堆置參數(shù)的優(yōu)化提供依據(jù)。

2.不同坡角的單臺(tái)階排土場(chǎng)

為了比較不同坡角對(duì)單臺(tái)階排土場(chǎng)穩(wěn)定性的影響，設(shè)計(jì)出第Ⅰ組堆置高度相同都為300m，坡角不同的排土場(chǎng)試驗(yàn)，每個(gè)排土場(chǎng)的堆置參數(shù)見(jiàn)表3。根據(jù)表3建立5個(gè)不同坡角的計(jì)算模型。

文中應(yīng)力應(yīng)變分析所指的坡底及潛在滑面分別由圖1的虛線A-A與虛線B-B表示，以30°模型為例說(shuō)明。

（1）坡底的位移分布

如表4所統(tǒng)計(jì)，隨著坡角的增大，坡底的位移呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中50°坡角的位移量最大。所以這一組試驗(yàn)中，從坡底位移分布情況分析：50°坡角的排土場(chǎng)容易發(fā)生變形破壞，坡角越小的的排土場(chǎng)結(jié)構(gòu)越穩(wěn)固。

（2）潛在滑面的位移分布

根據(jù)表5分析所得，潛在滑面位移分布情況分析結(jié)論：坡度越緩，排土場(chǎng)結(jié)構(gòu)較穩(wěn)固；潛在滑面的位移分布變化量比坡底的大，說(shuō)明潛在滑面更容易變形破壞。

通過(guò)這組試驗(yàn)，綜合考慮其應(yīng)力應(yīng)變的分布與變化的影響，邊坡角度越小，排土場(chǎng)的結(jié)構(gòu)越穩(wěn)固。

3.不同堆置高度的單臺(tái)階排土場(chǎng)

根據(jù)表6的堆置參數(shù)，建立5個(gè)同一坡角40°，不同堆置高度的計(jì)算模型。

（1）坡底的位移分布

如表7水平位移與垂直位移變化量分別在0.005～0.008m 和0.01～0.018m。但150m堆置高度的水平位移與垂直位移量較大，容易變形。從坡底位移分布情況分析：堆置高度越高的排土場(chǎng)，越容易發(fā)生變形破壞。

（2）潛在滑面的位移分布

見(jiàn)表8，分析潛在滑面位移分布情況得出：排土場(chǎng)結(jié)構(gòu)堆置高度越小，穩(wěn)固性越好。

綜合分析這組試驗(yàn)，堆置高度越小，排土場(chǎng)結(jié)構(gòu)越穩(wěn)固。但實(shí)際工程中在安全的前提下，考慮到經(jīng)濟(jì)效益因素，適當(dāng)提高堆置高度，可以縮小占地面積。

4.不同組合的多臺(tái)階排土場(chǎng)穩(wěn)定性

第Ⅲ組試驗(yàn)，設(shè)置總堆置高度250m，總坡角40°，5個(gè)不同臺(tái)階個(gè)數(shù)的多臺(tái)階排土場(chǎng)，每個(gè)排土場(chǎng)的堆置參數(shù)見(jiàn)表9。比較總堆置高度和總坡角一定的前提下，不同臺(tái)階個(gè)數(shù)的多臺(tái)階排土場(chǎng)穩(wěn)定性。按照《有色金屬礦山排土場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50421—2007），要控制第一臺(tái)階髙度不超過(guò)20～25m為宜，則表9中臺(tái)階高都有25m。

（1）坡底的位移分布

見(jiàn)表10，不同臺(tái)階組合的水平位移量差異不大；垂直位移量的差異也不大都在0.0010m左右；其中Ⅲ2組的分布曲線起伏偏大。從坡底的位移分布情況的角度考量，隨著臺(tái)階個(gè)數(shù)的增多，對(duì)排土場(chǎng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性影響不大。

（2）潛在滑面的位移分布

分析表11可得，不同臺(tái)階組合的水平位移和垂直位移量差異都不大；其中Ⅲ2和Ⅲ4組的分布曲線較均勻。其中Ⅲ2和Ⅲ4組的排土場(chǎng)結(jié)構(gòu)較穩(wěn)固。但同時(shí)與坡底的位移分布情況相比，水平位移偏大，進(jìn)而推測(cè)潛在滑面發(fā)生破壞的可能性。

通過(guò)這組試驗(yàn)，破壞帶普遍靠近上部，都是頂部變形厲害。但與單臺(tái)階的排土場(chǎng)結(jié)構(gòu)相比，破壞帶的面積明顯減小。臺(tái)階個(gè)數(shù)多的排土場(chǎng)發(fā)生局部破壞略現(xiàn)嚴(yán)重，原因是堆置高度與坡角一定，臺(tái)階越多，反而臺(tái)階坡角越大，越容易破壞。則設(shè)計(jì)排土場(chǎng)堆置參數(shù)時(shí)，選定總堆置高度于總坡角后，也要嚴(yán)格控制臺(tái)階個(gè)數(shù)。

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