不同堆置參數排土場的RFPA數值模擬

王麗

摘 要：本文結合某礦排土場的現場勘察資料，通過室內試驗確定其排土場巖土的物理力學性質，獲得相應物理力學參數。采用RFPA數值模擬的分析方法對不同堆置參數的排土場進行綜合分析和評判。通過分析和比較不同堆置參數的排土場邊坡穩定性，為排土場的參數設計及相關治理措施提供依據。

關鍵詞：排土場；堆置參數；數值模擬

1.標準試件的模型建立及參數選擇

數值模擬中選標準試件100mm×100mm，試件被劃分為20×20個正方形有限元單元，取均質度m=1.5。采用平面應變模型，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50步。

因為此礦排土場的構成以巖石為主，經采剝及重新堆置后的巖塊，抗壓強度變化較大，其他參數變化比較小則參照地質報告選取。抗壓強度則通過室內抗壓試驗得出。則在RFPA數值模擬中，最終選定的計算輸入參數如表1試件基元力學性質參數和表2相變準則控制參數所示。

為優化排土場堆置參數，以提高排土場穩定性。尋找一組合理的排土場堆置參數，做了以下3組數值模擬試驗：第Ⅰ組不同坡角的單臺階排土場；第Ⅱ組不同堆置高度的單臺階排土場；第Ⅲ組不同組合的多臺階排土場。分別對3組模型實施恒力加載，比較哪組排土場的結構更穩固。從而為排土場堆置參數的優化提供依據。

2.不同坡角的單臺階排土場

為了比較不同坡角對單臺階排土場穩定性的影響，設計出第Ⅰ組堆置高度相同都為300m，坡角不同的排土場試驗，每個排土場的堆置參數見表3。根據表3建立5個不同坡角的計算模型。

文中應力應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°模型為例說明。

（1）坡底的位移分布

如表4所統計，隨著坡角的增大，坡底的位移呈增長趨勢，其中50°坡角的位移量最大。所以這一組試驗中，從坡底位移分布情況分析：50°坡角的排土場容易發生變形破壞，坡角越小的的排土場結構越穩固。

（2）潛在滑面的位移分布

根據表5分析所得，潛在滑面位移分布情況分析結論：坡度越緩，排土場結構較穩固；潛在滑面的位移分布變化量比坡底的大，說明潛在滑面更容易變形破壞。

通過這組試驗，綜合考慮其應力應變的分布與變化的影響，邊坡角度越小，排土場的結構越穩固。

3.不同堆置高度的單臺階排土場

根據表6的堆置參數，建立5個同一坡角40°，不同堆置高度的計算模型。

（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，越容易發生變形破壞。

（2）潛在滑面的位移分布

見表8，分析潛在滑面位移分布情況得出：排土場結構堆置高度越小，穩固性越好。

綜合分析這組試驗，堆置高度越小，排土場結構越穩固。但實際工程中在安全的前提下，考慮到經濟效益因素，適當提高堆置高度，可以縮小占地面積。

4.不同組合的多臺階排土場穩定性

第Ⅲ組試驗，設置總堆置高度250m，總坡角40°，5個不同臺階個數的多臺階排土場，每個排土場的堆置參數見表9。比較總堆置高度和總坡角一定的前提下，不同臺階個數的多臺階排土場穩定性。按照《有色金屬礦山排土場設計規范》（GB50421—2007），要控制第一臺階髙度不超過20～25m為宜，則表9中臺階高都有25m。

（1）坡底的位移分布

見表10，不同臺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，隨著臺階個數的增多，對排土場結構穩固性影響不大。

（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組的排土場結構較穩固。但同時與坡底的位移分布情況相比，水平位移偏大，進而推測潛在滑面發生破壞的可能性。

通過這組試驗，破壞帶普遍靠近上部，都是頂部變形厲害。但與單臺階的排土場結構相比，破壞帶的面積明顯減小。臺階個數多的排土場發生局部破壞略現嚴重，原因是堆置高度與坡角一定，臺階越多，反而臺階坡角越大，越容易破壞。則設計排土場堆置參數時，選定總堆置高度于總坡角后，也要嚴格控制臺階個數。

參考文獻

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