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别在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
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[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
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