一種軟弱基底排土場(chǎng)極限承載力的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于露天開(kāi)采領(lǐng)域，特別涉及一種排土場(chǎng)基底承載力的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 軟弱基底是影響露天礦排土場(chǎng)穩(wěn)定的重要因素，基底軟弱條件下排土場(chǎng)高度達(dá)到 某一臨界值時(shí)將發(fā)生地鼓，進(jìn)而誘發(fā)排土場(chǎng)失穩(wěn)。平朔安太堡露天煤礦、寶日希勒露天煤 礦、白音華礦區(qū)一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)、四號(hào)露天煤礦、扎哈淖爾露天煤礦等軟弱基底排土場(chǎng)均發(fā) 生過(guò)滑坡或坡腳處地鼓、表面出現(xiàn)張裂縫等較大的變形現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅露天礦安全，影響持 續(xù)正常作業(yè)?；壮休d力不足是導(dǎo)致軟弱基底排土場(chǎng)整體失穩(wěn)的內(nèi)在因素，因此，軟弱基底 排土場(chǎng)基底承載力計(jì)算顯得尤為重要。
[0003] 普朗特爾地基極限承載力公式是建筑地基理論中計(jì)算承載力的經(jīng)典方法，由于計(jì) 算原理簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便，常被用來(lái)計(jì)算排土場(chǎng)基底極限承載力，計(jì)算過(guò)程中將排土場(chǎng)載荷看 作條形均布載荷，不考慮排土場(chǎng)三角載荷這一分布特點(diǎn)，因此應(yīng)用該方法計(jì)算排土場(chǎng)基底 承載力時(shí)理論并不完善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明對(duì)普朗特爾地基極限承載力公式進(jìn)行了改進(jìn)，可用 于確定軟弱基底排土場(chǎng)極限堆高。
[0005] 根據(jù)排土場(chǎng)基底載荷分布特點(diǎn)，一種軟弱基底排土場(chǎng)極限承載力的確定方法的具 體步驟如下：
[0006] 步驟1 :利用普朗特爾地基極限承載力公式計(jì)算不考慮排土場(chǎng)側(cè)面三角載荷時(shí)的 極限排高為H9。。
[0007] 步驟2:隨著排土場(chǎng)邊坡角和坡高的變化，排土場(chǎng)坡面線位置發(fā)生變化，坡高增加 至H9Q+AH時(shí)，分別確定滑動(dòng)力矩增量A1%與AH的函數(shù)關(guān)系、側(cè)面三角載荷產(chǎn)生的抗滑 力矩A '與AH的函數(shù)關(guān)系，AH為排土場(chǎng)高度達(dá)到H9。后的高度增量；
[0008] 步驟2. 1、確定滑動(dòng)力矩增量AMs與排土場(chǎng)高度達(dá)到H9。后的高度增量AH的函 數(shù)關(guān)系；
[0009] 步驟2. 2、根據(jù)排土場(chǎng)邊坡角0和坡高H9()+AH，確定排土場(chǎng)坡面線位置；
[0010]步驟2. 3、根據(jù)排土場(chǎng)坡面線位置，確定側(cè)面三角載荷產(chǎn)生的抗滑力矩AM抗'與排 土場(chǎng)高度達(dá)到H9。后的高度增量AH的函數(shù)關(guān)系。
[0011] 步驟3 :分別繪制A -AH與A-AH曲線，判斷兩條曲線是否相交，若相 交，則交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的H9(]+AH為排土場(chǎng)邊坡角為0時(shí)的極限堆高，該極限堆高對(duì)應(yīng)的載荷 為軟弱基底排土場(chǎng)極限承載力，若無(wú)交點(diǎn)，則排土場(chǎng)沒(méi)有極限堆高。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
[0013] 本發(fā)明基于排土場(chǎng)載荷的分布特征，對(duì)普朗特爾地基極限承載力公式進(jìn)行了改 進(jìn)，提出了軟弱基底排土場(chǎng)基底承載力的確定方法，彌補(bǔ)了工程上對(duì)軟弱基底排土場(chǎng)設(shè)計(jì) 與穩(wěn)定性研究方面的不足。該方法從基底承載力角度確定軟弱基底排土場(chǎng)的極限堆高，可 有效避免因基底承載力不足造成的排土場(chǎng)失穩(wěn)。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為基于普朗特爾地基極限承載力公式的排土場(chǎng)力學(xué)模型；
[0015] 圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例的排土場(chǎng)力學(xué)模型；
[0016] 圖3為本發(fā)明一種實(shí)施例的不同情況下AMS-AH與AM抗'-AH曲線，其中（a) 為0 = 60°時(shí)的AM滑-AH與AM抗'-AH曲線，（b)為0 = 45°時(shí)的AM滑-AH與 AM抗'-AH曲線，（c)為= 36°時(shí)的AM滑-AH與AM抗'-AH曲線，（d)為= 16°時(shí)的AM滑-AH與AM抗'-AH曲線；
[0017] 圖4為本發(fā)明一種實(shí)施例的軟弱基底排土場(chǎng)極限承載力確定方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說(shuō)明。普朗特爾地基極限承載力公式 中將作用在地基上的力視為均布垂直載荷，而在計(jì)算排土場(chǎng)基底承載力時(shí)，應(yīng)考慮排土場(chǎng) 側(cè)面具有抗滑效應(yīng)的三角形垂直載荷。從該方面對(duì)普朗特爾地基極限承載力公式進(jìn)行改 進(jìn)，本實(shí)施方式的排土場(chǎng)力學(xué)模型如圖2所示。
[0019] 某露天礦排土場(chǎng)設(shè)計(jì)邊坡角為e= 16°，基底為第四系粉細(xì)砂，排棄物重度Y。 =18kPa;基底土體內(nèi)聚力c= 2.lkPa;基底土體的內(nèi)摩擦角巾=28. 7°，本實(shí)施例中均 布垂直載荷的作用的基礎(chǔ)寬度b= 6m。
[0020] 如圖4所示，本實(shí)施方式的軟弱基底排土場(chǎng)極限承載力的確定方法步驟如下：
[0021] 步驟1 :利用普朗特爾地基極限承載力公式計(jì)算不考慮排土場(chǎng)側(cè)面三角載荷時(shí)的 極限排高為H9。，即垂直邊坡的極限堆高。
[0022]
[0023] H90=Pu/y〇= 37. 375/18 = 2. 076m
[0024] 其中，Pu-垂直均布載荷條件下基底的極限承載力，kPa;
[0025] q一基底上部土體重力，kPa;
[0026] y。一排棄物重度，kN/m3;
[0027] ?=45 -其中@為基底土體的內(nèi)摩擦角，° ;
[0028] c一基底土體的內(nèi)聚力，kPa;
[0029] b-基礎(chǔ)寬度，m;
[0030] H9。一不考慮排土場(chǎng)側(cè)面三角載荷時(shí)計(jì)算得出的排土場(chǎng)極限排高，m;
[0031] AH-排土場(chǎng)高度達(dá)到H9。后的高度增量，m;
[0032] 0 -排土場(chǎng)邊坡角，°。
[0033] 此時(shí)若考慮H9。對(duì)應(yīng)的側(cè)面三角載荷產(chǎn)生的抗滑力矩M。，則總的抗滑力矩M抗大于 滑動(dòng)力矩Ms，基底處于穩(wěn)定狀態(tài)。
[0034] 步驟2 :隨著排土場(chǎng)邊坡角和坡高的變化，排土場(chǎng)坡面線位置發(fā)生變化，坡高增加 至H9Q+AH時(shí)，分別確定滑動(dòng)力矩增量A1%與AH的函數(shù)關(guān)系、側(cè)面三角載荷產(chǎn)生的抗滑 力矩AM抗'與AH的函數(shù)關(guān)系，AH為排土場(chǎng)高度達(dá)到H9。后的高度增量。AM滑與AH之 間呈線性關(guān)系，A '與AH之間為冪函數(shù)曲線關(guān)系（當(dāng)+A//)/uin/X萬(wàn)時(shí)為三次 曲線，當(dāng)（//1)。+八//)/咖0>]為二次曲線），二者均是以厶11為自變量的增函數(shù)。當(dāng)排土 場(chǎng)繼續(xù)增高AH時(shí)，滑動(dòng)力矩增加AMs，抗滑力矩增加A ，對(duì)應(yīng)的側(cè)面三角載荷產(chǎn)生的 抗滑力矩AM抗'=AM抗+M。，AMs與（AM抗+M。）相等，即意味著％與％又達(dá)到了平衡， 此時(shí)的排土場(chǎng)高度即為其極限堆高。
[0035] 步驟2. 1、確定滑動(dòng)力矩增量A Ms與排土場(chǎng)高度達(dá)到H9。后的高度增量A H的函 數(shù)關(guān)系。
[0036]
[0037] 步驟2. 2、根據(jù)排土場(chǎng)邊坡角0和坡高（H90+AH)，比較（//WA//、，/tan/?, 確定排土場(chǎng)坡面線位置，如圖2中的坡面線3和坡面線4所示。
[0038] 步驟2. 3、根據(jù)排土場(chǎng)坡面線位置，確定側(cè)面三角載荷產(chǎn)生的抗滑力矩A '與 排土場(chǎng)高度達(dá)到氏。后的高度增量AH的函數(shù)關(guān)系。排土場(chǎng)坡面線的位置會(huì)影響AMK'與AH的函數(shù)關(guān)系式，因此A1^和厶'分兩種情況進(jìn)行計(jì)算：
[0044] 步驟3 :分別繪制AM滑-AH與AM抗' -AH曲線，如圖3所示，1為AM滑-AH曲線，2為AMft'_AH曲線。其中圖3 (a)為當(dāng)邊坡角為60°時(shí)排土場(chǎng)基底AMs-AH曲 線和AMft'_AH曲線相交，交點(diǎn)即為極限堆高2. 136m;圖3(b)給出當(dāng)邊坡角為45°時(shí)排 土場(chǎng)基底AMs -AH曲線和A -AH曲線相交，交點(diǎn)即為極限堆高2. 326m;圖3 (c)給出當(dāng)邊坡角為36°時(shí)排土場(chǎng)基底AMS-AH曲線和AH曲線相切，交點(diǎn)即為極限
[0039]
[0040]
[0041 ]
[0042]
[0043] 堆高3. 186m;圖3(d)給出當(dāng)邊坡角為16°時(shí)排土場(chǎng)基底AMs -AH曲線和AM抗' -AH曲線不相交，抗滑力矩很大，此時(shí)排土場(chǎng)沒(méi)有極限堆高，A '遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于AMs并隨著坡高 增高而無(wú)限增大，即排土場(chǎng)可無(wú)限排高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種軟弱基底排土場(chǎng)極限承載力的確定方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟1:利用普朗特爾地基極限承載力公式計(jì)算不考慮排土場(chǎng)側(cè)面三角載荷時(shí)的極限 堆高為h9。； 步驟2:隨著排土場(chǎng)邊坡角和坡高的變化，排土場(chǎng)坡面線位置發(fā)生變化，坡高增加至H9。+AH時(shí)，分別確定滑動(dòng)力矩增量A]\%與厶H的函數(shù)關(guān)系、側(cè)面三角載荷產(chǎn)生的抗滑力 矩A '與AH的函數(shù)關(guān)系，AH為排土場(chǎng)高度達(dá)到H9。后的高度增量； 步驟3 :分別繪制AMs -AH與AMk '-AH曲線，判斷兩條曲線是否相交，若相交，則 交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的H9。+AH為排土場(chǎng)邊坡角為P時(shí)的極限堆高，該極限堆高對(duì)應(yīng)的載荷為軟弱 基底排土場(chǎng)極限承載力，若無(wú)交點(diǎn)，則排土場(chǎng)沒(méi)有極限堆高。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟弱基底排土場(chǎng)極限承載力的確定方法，其特征在于： 所述步驟2具體步驟如下： 步驟2. 1、確定滑動(dòng)力矩增量AMs與排土場(chǎng)高度達(dá)到H9。后的高度增量AH的函數(shù)關(guān) 系； 步驟2. 2、根據(jù)排土場(chǎng)邊坡角0和坡高H9。+AH，確定排土場(chǎng)坡面線位置； 步驟2. 3、根據(jù)坡面線位置，確定側(cè)面三角載荷產(chǎn)生的抗滑力矩AMk'與排土場(chǎng)高度達(dá) 到H9。后的高度增量AH的函數(shù)關(guān)系。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種軟弱基底排土場(chǎng)極限承載力的確定方法，首先利用普朗特爾地基極限承載力公式計(jì)算不考慮排土場(chǎng)側(cè)面三角載荷時(shí)的極限堆高為H90，然后按照排土場(chǎng)邊坡角β、坡高H90+△H和坡面線的位置，分別確定滑動(dòng)力矩增量△M滑與△H的函數(shù)關(guān)系、側(cè)面三角載荷產(chǎn)生的抗滑力矩△M抗ˊ與△H的函數(shù)關(guān)系，再次分別繪制△M滑-△H與△M抗ˊ-△H曲線，判斷兩條曲線是否相交，若相交，則交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的H90+△H為排土場(chǎng)邊坡角為β時(shí)的極限堆高，該極限堆高對(duì)應(yīng)的載荷為軟弱基底排土場(chǎng)極限承載力，若無(wú)交點(diǎn)，則排土場(chǎng)沒(méi)有極限堆高。本發(fā)明從基底承載力角度確定軟弱基底排土場(chǎng)的極限堆高，可有效避免因基底承載力不足造成的排土場(chǎng)失穩(wěn)。
【IPC分類(lèi)】E02D17/20
【公開(kāi)號(hào)】CN105178336
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】王東, 趙景昌, 范軍富, 高菲, 趙寶友, 浦鳳山, 王珍, 李亞雷
【申請(qǐng)人】遼寧工程技術(shù)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年8月18日