王丽

摘 要：本文结合某矿排土场的现场勘察资料，通过室内试验确定其排土场岩土的物理力学性质，获得相应物理力学参数。采用RFPA数值模拟的分析方法对不同堆置参数的排土场进行综合分析和评判。通过分析和比较不同堆置参数的排土场边坡稳定性，为排土场的参数设计及相关治理措施提供依据。

关键词：排土场；堆置参数；数值模拟

1.标准试件的模型建立及参数选择

数值模拟中选标准试件100mm×100mm，试件被划分为20×20个正方形有限元单元，取均质度m=1.5。采用平面应变模型，荷载控制的加载方式，在Y轴方向加载，加载量为0.005Mpa/步，加载总步数50步。

因为此矿排土场的构成以岩石为主，经采剥及重新堆置后的岩块，抗压强度变化较大，其他参数变化比较小则参照地质报告选取。抗压强度则通过室内抗压试验得出。则在RFPA数值模拟中，最终选定的计算输入参数如表1试件基元力学性质参数和表2相变准则控制参数所示。

为优化排土场堆置参数，以提高排土场稳定性。寻找一组合理的排土场堆置参数，做了以下3组数值模拟试验：第Ⅰ组不同坡角的单台阶排土场；第Ⅱ组不同堆置高度的单台阶排土场；第Ⅲ组不同组合的多台阶排土场。分别对3组模型实施恒力加载，比较哪组排土场的结构更稳固。从而为排土场堆置参数的优化提供依据。

2.不同坡角的单台阶排土场

为了比较不同坡角对单台阶排土场稳定性的影响，设计出第Ⅰ组堆置高度相同都为300m，坡角不同的排土场试验，每个排土场的堆置参数见表3。根据表3建立5个不同坡角的计算模型。

文中应力应变分析所指的坡底及潜在滑面分别由图1的虚线A-A与虚线B-B表示，以30°模型为例说明。

（1）坡底的位移分布

如表4所统计，随着坡角的增大，坡底的位移呈增长趋势，其中50°坡角的位移量最大。所以这一组试验中，从坡底位移分布情况分析：50°坡角的排土场容易发生变形破坏，坡角越小的的排土场结构越稳固。

（2）潜在滑面的位移分布

根据表5分析所得，潜在滑面位移分布情况分析结论：坡度越缓，排土场结构较稳固；潜在滑面的位移分布变化量比坡底的大，说明潜在滑面更容易变形破坏。

通过这组试验，综合考虑其应力应变的分布与变化的影响，边坡角度越小，排土场的结构越稳固。

3.不同堆置高度的单台阶排土场

根据表6的堆置参数，建立5个同一坡角40°，不同堆置高度的计算模型。

（1）坡底的位移分布

如表7水平位移与垂直位移变化量分別在0.005～0.008m 和0.01～0.018m。但150m堆置高度的水平位移与垂直位移量较大，容易变形。从坡底位移分布情况分析：堆置高度越高的排土场，越容易发生变形破坏。

（2）潜在滑面的位移分布

见表8，分析潜在滑面位移分布情况得出：排土场结构堆置高度越小，稳固性越好。

综合分析这组试验，堆置高度越小，排土场结构越稳固。但实际工程中在安全的前提下，考虑到经济效益因素，适当提高堆置高度，可以缩小占地面积。

4.不同组合的多台阶排土场稳定性

第Ⅲ组试验，设置总堆置高度250m，总坡角40°，5个不同台阶个数的多台阶排土场，每个排土场的堆置参数见表9。比较总堆置高度和总坡角一定的前提下，不同台阶个数的多台阶排土场稳定性。按照《有色金属矿山排土场设计规范》（GB50421—2007），要控制第一台阶髙度不超过20～25m为宜，则表9中台阶高都有25m。

（1）坡底的位移分布

见表10，不同台阶组合的水平位移量差异不大；垂直位移量的差异也不大都在0.0010m左右；其中Ⅲ2组的分布曲线起伏偏大。从坡底的位移分布情况的角度考量，随着台阶个数的增多，对排土场结构稳固性影响不大。

（2）潜在滑面的位移分布

分析表11可得，不同台阶组合的水平位移和垂直位移量差异都不大；其中Ⅲ2和Ⅲ4组的分布曲线较均匀。其中Ⅲ2和Ⅲ4组的排土场结构较稳固。但同时与坡底的位移分布情况相比，水平位移偏大，进而推测潜在滑面发生破坏的可能性。

通过这组试验，破坏带普遍靠近上部，都是顶部变形厉害。但与单台阶的排土场结构相比，破坏带的面积明显减小。台阶个数多的排土场发生局部破坏略现严重，原因是堆置高度与坡角一定，台阶越多，反而台阶坡角越大，越容易破坏。则设计排土场堆置参数时，选定总堆置高度于总坡角后，也要严格控制台阶个数。

参考文献

[1] 陈祖煌，汪小刚.岩质边坡稳定性分析[M].北京：中国水利水电出版社，2005： 6～21.[2] 戴玉买.本钢石灰石矿区排土场稳定问题数值分析研究[D].沈阳：东北大学， 2006

[3] 唐春安，王述红，傅宇方.岩石破裂过程数值试验[M].北京：科学出版社，2003

[4] 唐春安，朱万成.混凝土损伤与断裂-数值试验[M].北京：科学出版社，2003