[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 201610122505.4
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105735238A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 米子軍;白俊;臧龍;王斌
• 申請（專利權(quán)）人: 太原鋼鐵（集團(tuán)）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(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)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(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中排土場穩(wěn)定性分析時完全借鑒土(巖)邊坡方法，基于地質(zhì)勘察、室內(nèi)外試驗(yàn)、工程類比和現(xiàn)場檢測，采用極限平衡方法計(jì)算其安全系數(shù)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(shí)踐的指導(dǎo)意義和適應(yīng)性差距較大。因此，目前世界上還沒有一套統(tǒng)一、完整、系統(tǒng)的排土場設(shè)計(jì)方法或規(guī)范可以遵循。

袁家村鐵礦地處山西省呂梁山脈，設(shè)計(jì)排土場區(qū)域賦存厚約10m左右的第四系上更新統(tǒng)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(qū)域廣，對土場的安全穩(wěn)定性構(gòu)成了嚴(yán)重影響。若全部清離濕陷性黃土，需要的費(fèi)用將非常巨大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過研究，尋找出符合濕陷性黃土地基排土場工程實(shí)際特征的本構(gòu)關(guān)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(fā)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(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

為了解決濕陷性黃土地基排土場安全穩(wěn)定性問題，制定了下部濕陷性黃土地基提前堆載預(yù)壓、上部排土臺階工藝優(yōu)化及二者相互制約的排土場安全控制技術(shù)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(yàn)結(jié)果表明，濕陷性黃土處于濕陷壓密過程中比壓密過程結(jié)束時的抗剪強(qiáng)度低，即濕陷變形的過程中抗剪強(qiáng)度最低、穩(wěn)定性最小；另外，隨著壓力的增加，濕陷量增加；當(dāng)壓力到達(dá)一定程度，濕陷量達(dá)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(yīng)的排土高度約為30~50m。當(dāng)排土段高度達(dá)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(chǔ)沉降過度變形，引起排土場邊坡滑坡以及坡肩開裂；當(dāng)排土段高度超過50m后，黃土在該壓力下已經(jīng)表現(xiàn)出不濕陷的特性，也就是說，變形對排土場穩(wěn)定性轉(zhuǎn)移到強(qiáng)度穩(wěn)定性控制。

（2）黃土地基濕陷引起土場失穩(wěn)破壞變化規(guī)律

a、地基底鼓蠕滑階段，主要表現(xiàn)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(tài)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(jié)果是，地基由黃土首先發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，進(jìn)而發(fā)展為粉質(zhì)粘土-廢石混合。在軟土地基層內(nèi)，主要形成三角形的擠壓沉降區(qū)（近似于壓密彈性核）、相互充填區(qū)（近似于螺旋線）和結(jié)構(gòu)性損傷區(qū)（與地表近似于成45-φ/2的交角），變形表現(xiàn)出柔性基礎(chǔ)特有的特征。

b、伴隨并對應(yīng)于地基的不同變形分布形式，在廢石本體內(nèi)，粗粒骨架后上部出現(xiàn)“結(jié)構(gòu)松散化”現(xiàn)象——鄰近顆粒發(fā)生翻滾（大塊石）、跨越（中粒）和跌落（細(xì)粒）——本體沉降運(yùn)動造成顆粒定向排列，逐漸在結(jié)構(gòu)體內(nèi)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(xiàn)側(cè)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(xiàn)為整體的多級（多段）旋轉(zhuǎn)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(xiàn)為突變。受黃土結(jié)構(gòu)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(cè)向約束作用原理

從機(jī)理上而言，對于濕陷性黃土地基，有側(cè)向約束作用時，其沉降可以在填筑過程中通過補(bǔ)料方式“完成”或“控制”；當(dāng)無側(cè)向約束，或側(cè)向約束不夠，導(dǎo)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(jié)構(gòu)的松散型，自重固結(jié)作用導(dǎo)致堆排中的變形往往相當(dāng)大，最終通過顆粒的重排及位置調(diào)整區(qū)域平衡，咬合作用發(fā)揮效應(yīng)，強(qiáng)度得以提高。這種局部變形和調(diào)整及自我平衡過程的特征，可以在變形上自我協(xié)調(diào)，避免了分層碾壓區(qū)和直接堆排區(qū)直接的變形差異過大導(dǎo)致層面破壞問題。

C、基底孔隙壓力消散規(guī)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(dāng)采用下盤排土場廢石高強(qiáng)度直排填筑尾礦壩時，孔隙水壓力的消散速度影響抗剪強(qiáng)度。特別是，黃土土體剪切強(qiáng)度隨著含水量的增加而大幅度下降，當(dāng)孔隙水壓力來不及消散時，土體強(qiáng)度將發(fā)生顯著下降。