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    不同堆置參數(shù)排土場的RFPA數(shù)值模擬

    2015-08-28 05:10:09王麗
    卷宗 2015年7期
    關(guān)鍵詞:排土場數(shù)值模擬

    王麗

    摘 要:本文結(jié)合某礦排土場的現(xiàn)場勘察資料,通過室內(nèi)試驗確定其排土場巖土的物理力學性質(zhì),獲得相應物理力學參數(shù)。采用RFPA數(shù)值模擬的分析方法對不同堆置參數(shù)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(shù)的排土場邊坡穩(wěn)定性,為排土場的參數(shù)設計及相關(guān)治理措施提供依據(jù)。

    關(guān)鍵詞:排土場;堆置參數(shù);數(shù)值模擬

    1.標準試件的模型建立及參數(shù)選擇

    數(shù)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(zhì)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(shù)50步。

    因為此礦排土場的構(gòu)成以巖石為主,經(jīng)采剝及重新堆置后的巖塊,抗壓強度變化較大,其他參數(shù)變化比較小則參照地質(zhì)報告選取??箟簭姸葎t通過室內(nèi)抗壓試驗得出。則在RFPA數(shù)值模擬中,最終選定的計算輸入?yún)?shù)如表1試件基元力學性質(zhì)參數(shù)和表2相變準則控制參數(shù)所示。

    為優(yōu)化排土場堆置參數(shù),以提高排土場穩(wěn)定性。尋找一組合理的排土場堆置參數(shù),做了以下3組數(shù)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(jié)構(gòu)更穩(wěn)固。從而為排土場堆置參數(shù)的優(yōu)化提供依據(jù)。

    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(wěn)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(shù)見表3。根據(jù)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(tǒng)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(fā)生變形破壞,坡角越小的的排土場結(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(jié)構(gòu)越穩(wěn)固。

    3.不同堆置高度的單臺階排土場

    根據(jù)表6的堆置參數(shù),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(fā)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(jié)構(gòu)堆置高度越小,穩(wěn)固性越好。

    綜合分析這組試驗,堆置高度越小,排土場結(jié)構(gòu)越穩(wěn)固。但實際工程中在安全的前提下,考慮到經(jīng)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(wěn)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(shù)的多臺階排土場,每個排土場的堆置參數(shù)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(shù)的多臺階排土場穩(wěn)定性。按照《有色金屬礦山排土場設計規(guī)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(shù)的增多,對排土場結(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(jié)構(gòu)較穩(wěn)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(fā)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(jié)構(gòu)相比,破壞帶的面積明顯減小。臺階個數(shù)多的排土場發(fā)生局部破壞略現(xiàn)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(shù)時,選定總堆置高度于總坡角后,也要嚴格控制臺階個數(shù)。

    參考文獻

    [1] 陳祖煌,汪小剛.巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析[M].北京:中國水利水電出版社,2005: 6~21.[2] 戴玉買.本鋼石灰石礦區(qū)排土場穩(wěn)定問題數(shù)值分析研究[D].沈陽:東北大學, 2006

    [3] 唐春安,王述紅,傅宇方.巖石破裂過程數(shù)值試驗[M].北京:科學出版社,2003

    [4] 唐春安,朱萬成.混凝土損傷與斷裂-數(shù)值試驗[M].北京:科學出版社,2003

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