[發明專利]一種濕陷性黃土地基條件下的排土場安全控制方法

在審

• 申請號: 201610122505.4
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105735238A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 米子軍;白俊;臧龍;王斌
• 申請（專利權）人: 太原鋼鐵（集團）有限公司
• 主分類號: E02D3/10
• 分類號: E02D3/10
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

技術領域

本發明涉及一種濕陷性黃土地基條件下的排土場安全控制方法，屬于排土場安全控制技術領域。

背景技術

現有技術中排土場穩定性分析時完全借鑒土(巖)邊坡方法，基于地質勘察、室內外試驗、工程類比和現場檢測，采用極限平衡方法計算其安全系數和破壞概率。然而，由于排土工藝(排棄方式、堆置分段、排土順序)和地形(平地、溝谷或坡地)的影響，研究成果對實踐的指導意義和適應性差距較大。因此，目前世界上還沒有一套統一、完整、系統的排土場設計方法或規范可以遵循。

袁家村鐵礦地處山西省呂梁山脈，設計排土場區域賦存厚約10m左右的第四系上更新統濕陷性黃土，黃土濕陷性等級分為四級，分自重和非自重兩種。由于濕陷性黃土覆蓋區域廣，對土場的安全穩定性構成了嚴重影響。若全部清離濕陷性黃土，需要的費用將非常巨大。

發明內容

本發明通過研究，尋找出符合濕陷性黃土地基排土場工程實際特征的本構關系，提供一種濕陷性黃土地基條件下的排土場安全控制方法。

本發明提供了一種濕陷性黃土地基條件下的排土場安全控制方法，是通過以下技術方案實現的：

為了解決濕陷性黃土地基排土場安全穩定性問題，制定了下部濕陷性黃土地基提前堆載預壓、上部排土臺階工藝優化及二者相互制約的排土場安全控制技術方案。

1.濕陷性黃土地基控制措施研究

（1）黃土濕陷特性研究

試驗結果表明，濕陷性黃土處于濕陷壓密過程中比壓密過程結束時的抗剪強度低，即濕陷變形的過程中抗剪強度最低、穩定性最小；另外，隨著壓力的增加，濕陷量增加；當壓力到達一定程度，濕陷量達到峰值；黃土濕陷終止壓力離散于600kPa左右，少量位于600~1000kPa范圍，按平均容重21kN/m3，其對應的排土高度約為30~50m。當排土段高度達到50m前，如果不清理濕陷層或不采取其他措施控制，可能面臨黃土基礎沉降過度變形，引起排土場邊坡滑坡以及坡肩開裂；當排土段高度超過50m后，黃土在該壓力下已經表現出不濕陷的特性，也就是說，變形對排土場穩定性轉移到強度穩定性控制。

（2）黃土地基濕陷引起土場失穩破壞變化規律

a、地基底鼓蠕滑階段，主要表現為軟土地基的整體剪切破壞，并從排土場坡趾貫通到地表一定范圍，宏觀變形以地基的底鼓和平移表征，分布形態受下覆基巖傾斜控制。受地基的沉降及水平移動牽引作用，坡趾前緣粗粒廢石散體與下伏軟土之間相互擠壓和充填，其結果是，地基由黃土首先發生結構性破壞，進而發展為粉質粘土-廢石混合。在軟土地基層內，主要形成三角形的擠壓沉降區（近似于壓密彈性核）、相互充填區（近似于螺旋線）和結構性損傷區（與地表近似于成45-φ/2的交角），變形表現出柔性基礎特有的特征。

b、伴隨并對應于地基的不同變形分布形式，在廢石本體內，粗粒骨架后上部出現“結構松散化”現象——鄰近顆粒發生翻滾（大塊石）、跨越（中粒）和跌落（細粒）——本體沉降運動造成顆粒定向排列，逐漸在結構體內部形成滑動（錯動）面。本體變形宏觀表征為坡趾的牽引裂縫，中下部水平鼓脹和放射狀裂縫，中部的橫向裂縫，以及坡肩的差異沉降和排土平臺裂縫（如，后緣近65°的陡立裂縫），滑坡周界開始顯現側界裂縫；廢石松散，塊度不均，邊源局部塌陷。

c、整體劇滑階段通常表現為整體的多級（多段）旋轉剪切滑動。從前兩個階段的蠕動變形到整體的劇烈滑動，中間表現為突變。受黃土結構性、粉粒含量及含水量的影響，后期可能存在近水平的低角度流滑。

（3）超前控制措施研究

A、側向約束作用原理

從機理上而言，對于濕陷性黃土地基，有側向約束作用時，其沉降可以在填筑過程中通過補料方式“完成”或“控制”；當無側向約束，或側向約束不夠，導致地基水平位移或底鼓而牽引外壩坡的塌陷或滑坡。

B、下游坡面允許適度變形原理

廢石壩的下游坡面，由于結構的松散型，自重固結作用導致堆排中的變形往往相當大，最終通過顆粒的重排及位置調整區域平衡，咬合作用發揮效應，強度得以提高。這種局部變形和調整及自我平衡過程的特征，可以在變形上自我協調，避免了分層碾壓區和直接堆排區直接的變形差異過大導致層面破壞問題。

C、基底孔隙壓力消散規律

孔隙水壓力消散度隨消散時間的增大而增大，孔隙壓力則相反；在同一消散時間，孔隙水壓力消散度隨圍壓的增大而減小。當采用下盤排土場廢石高強度直排填筑尾礦壩時，孔隙水壓力的消散速度影響抗剪強度。特別是，黃土土體剪切強度隨著含水量的增加而大幅度下降，當孔隙水壓力來不及消散時，土體強度將發生顯著下降。