基于層次分析法的排土場穩(wěn)定性分析

郭小平+陳加飛

摘要： 影響排土場穩(wěn)定性的因素眾多，主要分為內(nèi)因和外因兩大類，控制內(nèi)因參數(shù)是在排土場使用過程中保持排土場穩(wěn)定性的主要措施。因此，在眾多內(nèi)在影響因素中找出主要因素，并對其加以控制，對于保持排土場穩(wěn)定性有重要意義。本文以云南某露天金屬礦排土場為工程實(shí)例，運(yùn)用層次分析法分析影響排土場穩(wěn)定性的內(nèi)因各指標(biāo)的影響權(quán)重，確定主要影響因素，并運(yùn)用FLAC3D數(shù)值模擬對層次分析法的分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，確定了控制排土場堆高是保證排土場穩(wěn)定性的有效措施。

Abstract: There are many factors affecting the stability of mine, mainly divided into two categories: internal and external causes. The parameters of the intrinsic factor which influence the stability of mine, in the process of mine use，is the main measures to keep the balance of mine. So it′s necessary to find the most important factors and try to control them, it is meaningful to keep the stability of mine. The article based on an open metal mine of Yunnan province，analyzes the internal factors affecting the stability of dump the influence of the index weights with using the analytic hierarchy process(ahp). The purpose of this way is to find out the main factors which influence the stability of mine . By the way， the paper uses FLAC3D numerical simulation to check out the results of the analytic hierarchy process, to determine that the control of dump height is the effective measures to make sure the stability of mine.

關(guān)鍵詞： 排土場；穩(wěn)定性；層次分析法；FLAC3D

Key words: dump；stability；analytic hierarchy process；FLAC3D

中圖分類號：TD804文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（2014）23-0046-03

0引言

排土場作為一項(xiàng)重大危險(xiǎn)源，其穩(wěn)定性對于礦山的安全生產(chǎn)尤為重要。排土場一旦發(fā)生滑坡變形等災(zāi)害事故，對人民生命安全和財(cái)產(chǎn)安全造成的破壞不可估量。影響排土場穩(wěn)定性的因素眾多，各因素對排土場穩(wěn)定性的影響程度又各不相同，確定影響排土場穩(wěn)定性的主要因素，并提出具有針對性的排土場穩(wěn)定性工程處置措施，對于控制排土場的穩(wěn)定性具有重大意義。

排土場邊坡失穩(wěn)破壞不是單純的動(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象，它的發(fā)生和發(fā)展是極其錯(cuò)綜復(fù)雜的。影響邊坡穩(wěn)定的因素很多，概括地說，主要可分為內(nèi)因和外因[1]。

影響排土場邊坡穩(wěn)定性的外在因素主要有：工程條件、水文地質(zhì)條件、爆破震動(dòng)、地震影響、氣象條件、風(fēng)化作用、植被概況以及人類活動(dòng)的影響。這些因素對排土場邊坡變形和破壞的影響越大，時(shí)間越長，影響效果越明顯[2]。

影響排土場邊坡穩(wěn)定性的內(nèi)因主要有：排土場基底穩(wěn)定性、邊坡角、排土臺階高度、排土總高度、安全平臺寬度、排土散體力學(xué)參數(shù)、散體粒徑級配、散體堆排方式等因素。

外因只有結(jié)合內(nèi)因促進(jìn)排土場邊坡失穩(wěn)的發(fā)生和發(fā)展，控制內(nèi)因各指標(biāo)的參數(shù)是排土場使用過程中保持其穩(wěn)定性的關(guān)鍵。本文以云南某露天礦山排土場為工程背景，采用層次分析法，分析計(jì)算內(nèi)因各指標(biāo)對排土場穩(wěn)定性的影響程度，確定主要的影響因素，并運(yùn)用FLAC3D有限差分軟件，針對主要的影響因素進(jìn)行具體分析，驗(yàn)證層次分析法的計(jì)算結(jié)果，并提出具有針對性的工程處置措施。

1層次分析法的應(yīng)用

層次分析法簡稱AHP(Analytic Hierarchy Process)法, 具有系統(tǒng)化、層次化等優(yōu)點(diǎn)，以人們的主觀經(jīng)驗(yàn)判斷為基礎(chǔ), 采用定性與定量相結(jié)合的方法，確定多層次、多指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。因而，利用層次分析法可以確定各指標(biāo)對系統(tǒng)總目標(biāo)的影響程度。由于該方法理論上的完備性、結(jié)構(gòu)上的嚴(yán)謹(jǐn)性、應(yīng)用上的簡潔性，尤其是在解決非結(jié)構(gòu)化決策問題時(shí)，表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢，層次分析法的理論在我國各個(gè)領(lǐng)域和行業(yè)的廣泛研究和應(yīng)用下日趨成熟[3]。

排土場邊坡失穩(wěn)，實(shí)質(zhì)上是內(nèi)在因素和外在因素綜合作用的結(jié)果，內(nèi)因是事物變化發(fā)展的根據(jù)，外因是事物變化發(fā)展的條件，外因通過內(nèi)因發(fā)生作用，所以內(nèi)因是主導(dǎo)。保持排土場穩(wěn)定的關(guān)鍵在于找出可以控制的重要影響因素，并根據(jù)實(shí)際情況加以控制。影響排土場穩(wěn)定性的內(nèi)因的指標(biāo)眾多，本文采用層次分析法，對影響排土場失穩(wěn)主要指標(biāo)，進(jìn)行分析比較，確定影響權(quán)重最大的指標(biāo)。

1.1構(gòu)造判斷矩陣A

根據(jù)相對重要性比例標(biāo)度，對排土場的總高度、邊坡角、力學(xué)參數(shù)、安全平臺寬度、臺階高度及排土物料的粒徑級配等六項(xiàng)指標(biāo)，進(jìn)行兩兩比較，憑借主觀經(jīng)驗(yàn)，對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行打分，構(gòu)造判斷矩陣A[4]。相對重要性比例標(biāo)度表和排土場穩(wěn)定性影響因素各指標(biāo)的打分情況如表1和表2所示。

表1相對重要性的比例標(biāo)度

[相對重要性權(quán)數(shù)

1

3

5

7

9

2，4，6，8

定義

兩個(gè)因素同等重要

比另一個(gè)因素稍微重要

比另一個(gè)因素明顯重要

比另一個(gè)因素強(qiáng)烈重要

比另一個(gè)因素極端重要

上述兩相鄰判斷的中值]表2排土場穩(wěn)定性影響因素打分表

[排土場

總高度

邊坡角

力學(xué)參數(shù)

安全平臺

臺階高度

粒徑級配

總高度

1

1/2

1/2

1/3

1/3

1/4

邊坡角

2

1

1

2/3

2/3

1/2

力學(xué)參數(shù)

2

1

1

2/3

2/3

1/2

安全平臺

3

3/2

3/2

1

1

3/4

單臺階高度

3

3/2

3/2

1

1

3/4

粒徑級配

4

2

2

4/3

4/3

1]

則判斷矩陣A= 122334

1/2 11 3/23/2 2

1/2 11 3/23/2 2

1/32/32/3 11 4/3

1/32/32/3 11 4/3

1/41/21/23/43/4 1

1.2 最大特征值[5]

endprint

根據(jù)判斷矩陣中的數(shù)值，計(jì)算各行元素的幾何平均值：

b1===2.289

同理：

b2=1.145；b3=1.145；b4=0.763；b5=0.763；b6=0.573

對bi進(jìn)行歸一化處理，求最大特征值所對應(yīng)的特征向量W：

根據(jù)公式：wi=bi÷（b1+b2+b3+b4+b5+b6）

得：

w1=0.34；w2=0.17；w3=0.17；w4=0.12；w5=0.12；w6=0.09；

將所求得的特征向量帶入公式AW=λmaxW，即

122334

1/2 11 3/23/2 2

1/2 11 3/23/2 2

1/32/32/3 11 4/3

1/32/32/3 11 4/3

1/41/21/23/43/4 10.34

0.17

0.17

0.12

0.12

0.09=λmax0.34

0.17

0.17

0.12

0.12

0.09

根據(jù)公式：λmax=

代入數(shù)值，求得：λmax=6.0045

1.3一致性檢驗(yàn)

由公式CI=代入數(shù)值，求得：CI=0.0009

判斷矩陣為6階矩陣，參照表3所示的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI取值表，隨機(jī)一致性指標(biāo)RI取值為：RI=1.25[6]

表3平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI取值

[n

RI

3

0.58

4

0.9

5

1.12

6

1.25

7

1.32

8

1.41

9

1.45

10

1.49]

在AHP中，判斷矩陣A是否具有一致性非常重要。如果A不具有一致性，就要計(jì)算一致性指標(biāo)，檢驗(yàn)具備一致性的程度 CR。當(dāng) CR<0.1 時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣A的一致性是可以接受的，若≥0.1，應(yīng)對判斷矩陣做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整[7]。

根據(jù)一致性檢驗(yàn)公式CR=CI /RI，代入數(shù)據(jù)，求得：CR=0.00072，說明判斷矩陣具有滿意的一致性。

通過以上層次分析法的計(jì)算，可以得出結(jié)論：

①判斷矩陣的特征向量可以衡量各指標(biāo)對排土場邊坡穩(wěn)定性的影響權(quán)重，即排土總高度>邊坡角=力學(xué)參數(shù)>安全平臺=臺階高度>粒徑級配。

②排土物料的成分及排土作業(yè)的方式固定以后，物料的力學(xué)參數(shù)包括粘聚力、內(nèi)摩擦角、抗拉強(qiáng)度等就基本固定。若要保證排土場邊坡的穩(wěn)定性，在排土作業(yè)的過程中重點(diǎn)控制排土總高度和邊坡角這兩個(gè)因素即可。

③排土作業(yè)過程中，排土場處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，應(yīng)停止對其進(jìn)行繼續(xù)堆高，并可通過削坡卸載等工程處置措施，保證排土場的整體穩(wěn)定性。

2排土場穩(wěn)定性分析

以云南某露天礦山的排土場為研究對象，利用FLAC3D有限差分軟件，對排土場穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值模擬分析，重點(diǎn)分析排土總高度對邊坡穩(wěn)定性的影響程度，從而驗(yàn)證層次分析法對邊坡穩(wěn)定性影響因素計(jì)算結(jié)果的正確與否。

該排土場的排土方式為混排，排土物料主要是白云巖、砂巖及粘土的混合物，采用自下而上、由內(nèi)而外的堆放工藝，現(xiàn)已形成三個(gè)排土臺階，每個(gè)排土臺階高度約為20m，安全平臺的寬度約為10m，排土場邊坡角為30°~35°，排土物料的力學(xué)參數(shù)如表4所示。

表4室內(nèi)試驗(yàn)得出的排土物料的力學(xué)參數(shù)

[類別

排土物料

體積模量

4.62MPa

剪切模量

1.64 MPa

粘聚力

35.7 KPa

重度

20.8kN· m-3

內(nèi)摩擦角

28.3°

泊松比

0.34]

2.1 模型建立

根據(jù)排土作業(yè)的推進(jìn)方向，建立排土場的三維計(jì)算模型,確定模型的計(jì)算域。模型x方向?yàn)榕磐磷鳂I(yè)的推進(jìn)方向,長度為300m; y方向垂直于排土作業(yè)的推進(jìn)方向,長度40 m；z方向?yàn)樨Q直方向。模型底部節(jié)點(diǎn)采用x、y、z三方向約束， x方向的兩端采用x方向約束, y方向的兩端采用y方向約束，模型頂部為自由邊界，并選用莫爾-庫倫彈塑性本構(gòu)模型[8]。

2.2 數(shù)值模擬結(jié)果

運(yùn)用FLAC3D有限差分軟件，對某露天礦排土場邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，通過增加排土臺階，研究增加排土高度對排土場邊坡安全系數(shù)的影響效果，得出邊坡安全系數(shù)隨排土高度增加而減小的變化值?，F(xiàn)將FLAC3D模擬分析結(jié)果列于表5，安全系數(shù)的顯示結(jié)果,反映了排土場邊坡的穩(wěn)定性隨排土高度增加而明顯減小的規(guī)律，從而驗(yàn)證了層次分析法的計(jì)算分析結(jié)果。安全系數(shù)求解結(jié)果及橫向位移云圖見圖1~4,根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，可以清晰地看出安全系數(shù)隨排土高度增加而減小的變化規(guī)律，邊坡的穩(wěn)定性狀況，邊坡的最不利滑動(dòng)面位置及破壞區(qū)域的特點(diǎn)等。

3結(jié)論

①由層次分析法的計(jì)算結(jié)果可知，正在使用中的排土場在排除外在環(huán)境因素影響的前提下，控制排土高度是保持排土場邊坡穩(wěn)定的主要措施。

②通過FLAC3D數(shù)值模擬，可知增加排土高度會(huì)使排土場邊坡安全系數(shù)明顯減小，排土場的高度對排土場邊坡穩(wěn)定性影響較大，在排土作業(yè)過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對排土場高度進(jìn)行嚴(yán)格控制。

③排土場的堆排高度達(dá)到極限平衡狀態(tài)后，為了確保排土場的穩(wěn)定性，應(yīng)停止排土堆高作業(yè)，并適當(dāng)采取削坡卸載等工程處置措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊麗萍.準(zhǔn)格爾黑岱溝露天煤礦內(nèi)排土場邊坡穩(wěn)定性分析[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2006，12.

[2]王光進(jìn)， 楊春和， 孔祥云等.超高臺階排土場散體塊度分布規(guī)律及抗剪強(qiáng)度參數(shù)的研究[J].巖土力學(xué)，2012，

33(10)：3087-3092.

[3]亓新瑞.層次分析法和模糊概率相結(jié)合判定煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性[D].太原理工大學(xué)，2012，5.

[4]李志剛，王云鵬.層次分析法在邊坡滑坡防治中的應(yīng)用[J].煤炭工程，2012，8:117-119.

[5]李娜，張雪，孫文勇.層次分析法在HAZOP分析中的應(yīng)用[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2012，38（9）：56-59.

[6]王光進(jìn)，孔祥云，楊春和等.尾礦高壩的邊坡穩(wěn)定性研究[J].礦冶，2013，22(3)：1-5.

[7]翟海娟.基于層次分析法的煤礦井下生產(chǎn)系統(tǒng)安全評價(jià)研究[D].西安科技大學(xué)，2011，5.

[8]金文佳等.尖山邊坡穩(wěn)定性的三維動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬分析[J].有色金屬，2010，62(6):42-45.

endprint

根據(jù)判斷矩陣中的數(shù)值，計(jì)算各行元素的幾何平均值：

b1===2.289

同理：

b2=1.145；b3=1.145；b4=0.763；b5=0.763；b6=0.573

對bi進(jìn)行歸一化處理，求最大特征值所對應(yīng)的特征向量W：

根據(jù)公式：wi=bi÷（b1+b2+b3+b4+b5+b6）

得：

w1=0.34；w2=0.17；w3=0.17；w4=0.12；w5=0.12；w6=0.09；

將所求得的特征向量帶入公式AW=λmaxW，即

122334

1/2 11 3/23/2 2

1/2 11 3/23/2 2

1/32/32/3 11 4/3

1/32/32/3 11 4/3

1/41/21/23/43/4 10.34

0.17

0.17

0.12

0.12

0.09=λmax0.34

0.17

0.17

0.12

0.12

0.09

根據(jù)公式：λmax=

代入數(shù)值，求得：λmax=6.0045

1.3一致性檢驗(yàn)

由公式CI=代入數(shù)值，求得：CI=0.0009

判斷矩陣為6階矩陣，參照表3所示的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI取值表，隨機(jī)一致性指標(biāo)RI取值為：RI=1.25[6]

表3平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI取值

[n

RI

3

0.58

4

0.9

5

1.12

6

1.25

7

1.32

8

1.41

9

1.45

10

1.49]

在AHP中，判斷矩陣A是否具有一致性非常重要。如果A不具有一致性，就要計(jì)算一致性指標(biāo)，檢驗(yàn)具備一致性的程度 CR。當(dāng) CR<0.1 時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣A的一致性是可以接受的，若≥0.1，應(yīng)對判斷矩陣做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整[7]。

根據(jù)一致性檢驗(yàn)公式CR=CI /RI，代入數(shù)據(jù)，求得：CR=0.00072，說明判斷矩陣具有滿意的一致性。

通過以上層次分析法的計(jì)算，可以得出結(jié)論：

①判斷矩陣的特征向量可以衡量各指標(biāo)對排土場邊坡穩(wěn)定性的影響權(quán)重，即排土總高度>邊坡角=力學(xué)參數(shù)>安全平臺=臺階高度>粒徑級配。

②排土物料的成分及排土作業(yè)的方式固定以后，物料的力學(xué)參數(shù)包括粘聚力、內(nèi)摩擦角、抗拉強(qiáng)度等就基本固定。若要保證排土場邊坡的穩(wěn)定性，在排土作業(yè)的過程中重點(diǎn)控制排土總高度和邊坡角這兩個(gè)因素即可。

③排土作業(yè)過程中，排土場處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，應(yīng)停止對其進(jìn)行繼續(xù)堆高，并可通過削坡卸載等工程處置措施，保證排土場的整體穩(wěn)定性。

2排土場穩(wěn)定性分析

以云南某露天礦山的排土場為研究對象，利用FLAC3D有限差分軟件，對排土場穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值模擬分析，重點(diǎn)分析排土總高度對邊坡穩(wěn)定性的影響程度，從而驗(yàn)證層次分析法對邊坡穩(wěn)定性影響因素計(jì)算結(jié)果的正確與否。

該排土場的排土方式為混排，排土物料主要是白云巖、砂巖及粘土的混合物，采用自下而上、由內(nèi)而外的堆放工藝，現(xiàn)已形成三個(gè)排土臺階，每個(gè)排土臺階高度約為20m，安全平臺的寬度約為10m，排土場邊坡角為30°~35°，排土物料的力學(xué)參數(shù)如表4所示。

表4室內(nèi)試驗(yàn)得出的排土物料的力學(xué)參數(shù)

[類別

排土物料

體積模量

4.62MPa

剪切模量

1.64 MPa

粘聚力

35.7 KPa

重度

20.8kN· m-3

內(nèi)摩擦角

28.3°

泊松比

0.34]

2.1 模型建立

根據(jù)排土作業(yè)的推進(jìn)方向，建立排土場的三維計(jì)算模型,確定模型的計(jì)算域。模型x方向?yàn)榕磐磷鳂I(yè)的推進(jìn)方向,長度為300m; y方向垂直于排土作業(yè)的推進(jìn)方向,長度40 m；z方向?yàn)樨Q直方向。模型底部節(jié)點(diǎn)采用x、y、z三方向約束， x方向的兩端采用x方向約束, y方向的兩端采用y方向約束，模型頂部為自由邊界，并選用莫爾-庫倫彈塑性本構(gòu)模型[8]。

2.2 數(shù)值模擬結(jié)果

運(yùn)用FLAC3D有限差分軟件，對某露天礦排土場邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，通過增加排土臺階，研究增加排土高度對排土場邊坡安全系數(shù)的影響效果，得出邊坡安全系數(shù)隨排土高度增加而減小的變化值。現(xiàn)將FLAC3D模擬分析結(jié)果列于表5，安全系數(shù)的顯示結(jié)果,反映了排土場邊坡的穩(wěn)定性隨排土高度增加而明顯減小的規(guī)律，從而驗(yàn)證了層次分析法的計(jì)算分析結(jié)果。安全系數(shù)求解結(jié)果及橫向位移云圖見圖1~4,根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，可以清晰地看出安全系數(shù)隨排土高度增加而減小的變化規(guī)律，邊坡的穩(wěn)定性狀況，邊坡的最不利滑動(dòng)面位置及破壞區(qū)域的特點(diǎn)等。

3結(jié)論

①由層次分析法的計(jì)算結(jié)果可知，正在使用中的排土場在排除外在環(huán)境因素影響的前提下，控制排土高度是保持排土場邊坡穩(wěn)定的主要措施。

②通過FLAC3D數(shù)值模擬，可知增加排土高度會(huì)使排土場邊坡安全系數(shù)明顯減小，排土場的高度對排土場邊坡穩(wěn)定性影響較大，在排土作業(yè)過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對排土場高度進(jìn)行嚴(yán)格控制。

③排土場的堆排高度達(dá)到極限平衡狀態(tài)后，為了確保排土場的穩(wěn)定性，應(yīng)停止排土堆高作業(yè)，并適當(dāng)采取削坡卸載等工程處置措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊麗萍.準(zhǔn)格爾黑岱溝露天煤礦內(nèi)排土場邊坡穩(wěn)定性分析[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2006，12.

[2]王光進(jìn)， 楊春和， 孔祥云等.超高臺階排土場散體塊度分布規(guī)律及抗剪強(qiáng)度參數(shù)的研究[J].巖土力學(xué)，2012，

33(10)：3087-3092.

[3]亓新瑞.層次分析法和模糊概率相結(jié)合判定煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性[D].太原理工大學(xué)，2012，5.

[4]李志剛，王云鵬.層次分析法在邊坡滑坡防治中的應(yīng)用[J].煤炭工程，2012，8:117-119.

[5]李娜，張雪，孫文勇.層次分析法在HAZOP分析中的應(yīng)用[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2012，38（9）：56-59.

[6]王光進(jìn)，孔祥云，楊春和等.尾礦高壩的邊坡穩(wěn)定性研究[J].礦冶，2013，22(3)：1-5.

[7]翟海娟.基于層次分析法的煤礦井下生產(chǎn)系統(tǒng)安全評價(jià)研究[D].西安科技大學(xué)，2011，5.

[8]金文佳等.尖山邊坡穩(wěn)定性的三維動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬分析[J].有色金屬，2010，62(6):42-45.

endprint

根據(jù)判斷矩陣中的數(shù)值，計(jì)算各行元素的幾何平均值：

b1===2.289

同理：

b2=1.145；b3=1.145；b4=0.763；b5=0.763；b6=0.573

對bi進(jìn)行歸一化處理，求最大特征值所對應(yīng)的特征向量W：

根據(jù)公式：wi=bi÷（b1+b2+b3+b4+b5+b6）

得：

w1=0.34；w2=0.17；w3=0.17；w4=0.12；w5=0.12；w6=0.09；

將所求得的特征向量帶入公式AW=λmaxW，即

122334

1/2 11 3/23/2 2

1/2 11 3/23/2 2

1/32/32/3 11 4/3

1/32/32/3 11 4/3

1/41/21/23/43/4 10.34

0.17

0.17

0.12

0.12

0.09=λmax0.34

0.17

0.17

0.12

0.12

0.09

根據(jù)公式：λmax=

代入數(shù)值，求得：λmax=6.0045

1.3一致性檢驗(yàn)

由公式CI=代入數(shù)值，求得：CI=0.0009

判斷矩陣為6階矩陣，參照表3所示的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI取值表，隨機(jī)一致性指標(biāo)RI取值為：RI=1.25[6]

表3平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI取值

[n

RI

3

0.58

4

0.9

5

1.12

6

1.25

7

1.32

8

1.41

9

1.45

10

1.49]

在AHP中，判斷矩陣A是否具有一致性非常重要。如果A不具有一致性，就要計(jì)算一致性指標(biāo)，檢驗(yàn)具備一致性的程度 CR。當(dāng) CR<0.1 時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣A的一致性是可以接受的，若≥0.1，應(yīng)對判斷矩陣做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整[7]。

根據(jù)一致性檢驗(yàn)公式CR=CI /RI，代入數(shù)據(jù)，求得：CR=0.00072，說明判斷矩陣具有滿意的一致性。

通過以上層次分析法的計(jì)算，可以得出結(jié)論：

①判斷矩陣的特征向量可以衡量各指標(biāo)對排土場邊坡穩(wěn)定性的影響權(quán)重，即排土總高度>邊坡角=力學(xué)參數(shù)>安全平臺=臺階高度>粒徑級配。

②排土物料的成分及排土作業(yè)的方式固定以后，物料的力學(xué)參數(shù)包括粘聚力、內(nèi)摩擦角、抗拉強(qiáng)度等就基本固定。若要保證排土場邊坡的穩(wěn)定性，在排土作業(yè)的過程中重點(diǎn)控制排土總高度和邊坡角這兩個(gè)因素即可。

③排土作業(yè)過程中，排土場處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，應(yīng)停止對其進(jìn)行繼續(xù)堆高，并可通過削坡卸載等工程處置措施，保證排土場的整體穩(wěn)定性。

2排土場穩(wěn)定性分析

以云南某露天礦山的排土場為研究對象，利用FLAC3D有限差分軟件，對排土場穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值模擬分析，重點(diǎn)分析排土總高度對邊坡穩(wěn)定性的影響程度，從而驗(yàn)證層次分析法對邊坡穩(wěn)定性影響因素計(jì)算結(jié)果的正確與否。

該排土場的排土方式為混排，排土物料主要是白云巖、砂巖及粘土的混合物，采用自下而上、由內(nèi)而外的堆放工藝，現(xiàn)已形成三個(gè)排土臺階，每個(gè)排土臺階高度約為20m，安全平臺的寬度約為10m，排土場邊坡角為30°~35°，排土物料的力學(xué)參數(shù)如表4所示。

表4室內(nèi)試驗(yàn)得出的排土物料的力學(xué)參數(shù)

[類別

排土物料

體積模量

4.62MPa

剪切模量

1.64 MPa

粘聚力

35.7 KPa

重度

20.8kN· m-3

內(nèi)摩擦角

28.3°

泊松比

0.34]

2.1 模型建立

根據(jù)排土作業(yè)的推進(jìn)方向，建立排土場的三維計(jì)算模型,確定模型的計(jì)算域。模型x方向?yàn)榕磐磷鳂I(yè)的推進(jìn)方向,長度為300m; y方向垂直于排土作業(yè)的推進(jìn)方向,長度40 m；z方向?yàn)樨Q直方向。模型底部節(jié)點(diǎn)采用x、y、z三方向約束， x方向的兩端采用x方向約束, y方向的兩端采用y方向約束，模型頂部為自由邊界，并選用莫爾-庫倫彈塑性本構(gòu)模型[8]。

2.2 數(shù)值模擬結(jié)果

運(yùn)用FLAC3D有限差分軟件，對某露天礦排土場邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，通過增加排土臺階，研究增加排土高度對排土場邊坡安全系數(shù)的影響效果，得出邊坡安全系數(shù)隨排土高度增加而減小的變化值。現(xiàn)將FLAC3D模擬分析結(jié)果列于表5，安全系數(shù)的顯示結(jié)果,反映了排土場邊坡的穩(wěn)定性隨排土高度增加而明顯減小的規(guī)律，從而驗(yàn)證了層次分析法的計(jì)算分析結(jié)果。安全系數(shù)求解結(jié)果及橫向位移云圖見圖1~4,根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，可以清晰地看出安全系數(shù)隨排土高度增加而減小的變化規(guī)律，邊坡的穩(wěn)定性狀況，邊坡的最不利滑動(dòng)面位置及破壞區(qū)域的特點(diǎn)等。

3結(jié)論

①由層次分析法的計(jì)算結(jié)果可知，正在使用中的排土場在排除外在環(huán)境因素影響的前提下，控制排土高度是保持排土場邊坡穩(wěn)定的主要措施。

②通過FLAC3D數(shù)值模擬，可知增加排土高度會(huì)使排土場邊坡安全系數(shù)明顯減小，排土場的高度對排土場邊坡穩(wěn)定性影響較大，在排土作業(yè)過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對排土場高度進(jìn)行嚴(yán)格控制。

③排土場的堆排高度達(dá)到極限平衡狀態(tài)后，為了確保排土場的穩(wěn)定性，應(yīng)停止排土堆高作業(yè)，并適當(dāng)采取削坡卸載等工程處置措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊麗萍.準(zhǔn)格爾黑岱溝露天煤礦內(nèi)排土場邊坡穩(wěn)定性分析[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2006，12.

[2]王光進(jìn)， 楊春和， 孔祥云等.超高臺階排土場散體塊度分布規(guī)律及抗剪強(qiáng)度參數(shù)的研究[J].巖土力學(xué)，2012，

33(10)：3087-3092.

[3]亓新瑞.層次分析法和模糊概率相結(jié)合判定煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性[D].太原理工大學(xué)，2012，5.

[4]李志剛，王云鵬.層次分析法在邊坡滑坡防治中的應(yīng)用[J].煤炭工程，2012，8:117-119.

[5]李娜，張雪，孫文勇.層次分析法在HAZOP分析中的應(yīng)用[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2012，38（9）：56-59.

[6]王光進(jìn)，孔祥云，楊春和等.尾礦高壩的邊坡穩(wěn)定性研究[J].礦冶，2013，22(3)：1-5.

[7]翟海娟.基于層次分析法的煤礦井下生產(chǎn)系統(tǒng)安全評價(jià)研究[D].西安科技大學(xué)，2011，5.

[8]金文佳等.尖山邊坡穩(wěn)定性的三維動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬分析[J].有色金屬，2010，62(6):42-45.

endprint