初始堆載高度對湖相淤泥穩(wěn)定性影響分析

張春虎

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

某銅礦礦體絕大部分位于湖底，開采條件極為復(fù)雜。經(jīng)過多年開采，特別是經(jīng)過歷史露天民采后，該礦區(qū)西北部湖相淤泥上方形成了廢石雜填土堆載區(qū)。經(jīng)剝離后發(fā)現(xiàn)，堆載區(qū)域湖相淤泥力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了較大改變，已經(jīng)能夠達到常規(guī)設(shè)備湖相淤泥剝離工作要求。許振華等[1-2]對不同含水率條件下的湖相淤泥力學(xué)性能進行了系統(tǒng)研究，得到了湖相淤泥的力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系，找到了滿足機械化剝離時所需要的湖相淤泥力學(xué)參數(shù)。

基于以上研究，采用堆載固結(jié)方式能夠滿足湖相淤泥剝離要求，但由于湖相淤泥自身承載能力較差，若初始堆載高度過高，會導(dǎo)致湖相淤泥體失穩(wěn)破壞[3]。因此，本文將針對該銅礦湖相淤泥特點，開展初始堆載高度對其穩(wěn)定性的影響研究。

1 湖相淤泥穩(wěn)定性分析摸型

為簡化模型，同時考慮原始湖相淤泥區(qū)域粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土的分布規(guī)律，現(xiàn)將湖相淤泥分為兩層，第1 層為9 m 厚淤泥質(zhì)土，第 2 層為20 m 粉質(zhì)黏土。 本文采用SIGMA/W 進行應(yīng)變控制模擬，通過取不同初始堆載步距（第一次堆載向前推進的長度，以下簡稱“初始步距”），研究初始堆載高度對堆載后地面沉降量及堆載線外地面隆起量的影響，從而得到保證湖相淤泥穩(wěn)定的合理堆載高度，取步距為2.5 m、5 m、7.5 m、10 m，其計算模型如圖 1 所示。

圖1 湖相淤泥穩(wěn)定性計算模型

依據(jù)重塑土試驗結(jié)果，當(dāng)重塑土樣的含水率超過37.1%時，土樣便無法配置。 因此，此處將含水率為37.1%時重塑土樣的物理力學(xué)參數(shù)作為原始湖相淤泥中未經(jīng)過加載固結(jié)的淤泥質(zhì)土（2-1）的典型參數(shù)， 含水率為30%時重塑土樣的物理力學(xué)參數(shù)作為原始湖相淤泥在上覆荷載作用下固結(jié)形成的粉質(zhì)黏土層（2-1-2）的典型參數(shù)，具體參數(shù)如表1 所示。

表1 湖泥淤泥土體相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)

2 結(jié)果分析

2.1 地面沉降與初始步距及堆載高度的關(guān)系

經(jīng)計算，湖相淤泥地面沉降量隨初始步距及堆載高度的變化如圖2 所示。

圖2 湖相淤泥地面沉降隨初始步距及堆載高度的變化

研究結(jié)果表明：在相同初始步距下，湖相淤泥地面沉降量隨著堆載高度的增加呈指數(shù)型增長，在堆載高度達到2 m 時，出現(xiàn)向上拐點。在相同的堆載高度下，湖相淤泥地面沉降量隨著初始步距的增大，呈現(xiàn)出中間大、兩端小的特點。 堆載高度小于2 m 時，初始步距對地面沉降的影響較小。

2.2 地面隆起與初始步距及堆載高度的關(guān)系

經(jīng)計算，湖相淤泥地面隆起量隨初始步距及堆載高度的變化如圖3 所示。

圖3 地面隆起隨初始步距及堆載高度的變化

研究結(jié)果表明：在相同初始步距下，湖相淤泥堆載邊界以外地面會隨著堆載高度的增加而發(fā)生隆起，堆載高度越大隆起量越大；在堆載高度到達2 m以前，其隆起量較小。 在相同堆載高度下，湖相淤泥地面隆起量隨著初始步距的增大而增大； 堆載高度小于2 m 時，初始步距對地面沉降的影響較小。

3 結(jié)論

本文采用SIGMA/W 軟件對不同初始步距及堆載高度下湖相淤泥地面沉降及地面隆起進行研究分析，得到以下結(jié)論：1）地面沉降量與地面隆起量隨著堆載高度增加而增大，初始步距越大，增長越快。2）在初始堆載體高度小于或等于2 m 時，地面沉降量與隆起量相對較小，基本不受初始步距影響，此時湖相淤泥穩(wěn)定性較好，可作為初始堆載高度。