一种软弱基底排土场极限承载力的确定方法

摘要

本发明公开了一种软弱基底排土场极限承载力的确定方法，首先利用普朗特尔地基极限承载力公式计算不考虑排土场侧面三角载荷时的极限堆高为H90，然后按照排土场边坡角β、坡高H90+△H和坡面线的位置，分别确定滑动力矩增量△M滑与△H的函数关系、侧面三角载荷产生的抗滑力矩△M抗'与△H的函数关系，再次分别绘制△M滑-△H与△M抗'-△H曲线，判断两条曲线是否相交，若相交，则交点所对应的H90+△H为排土场边坡角为β时的极限堆高，该极限堆高对应的载荷为软弱基底排土场极限承载力，若无交点，则排土场没有极限堆高。本发明从基底承载力角度确定软弱基底排土场的极限堆高，可有效避免因基底承载力不足造成的排土场失稳。

权利要求

1.一种软弱基底排土场极限承载力的确定方法，包括以下步骤：步骤1：利用普朗特尔地基极限承载力公式计算不考虑排土场侧面三角载荷时的极限堆高为H90；

步骤2：随着排土场边坡角和坡高的变化，排土场坡面线位置发生变化，坡高增加至H90+ΔH时，分别确定滑动力矩增量ΔM滑与ΔH的函数关系、侧面三角载荷产生的抗滑力矩ΔM抗′与ΔH的函数关系，ΔH为排土场高度达到H90后的高度增量；

步骤3：分别绘制ΔM滑-ΔH与ΔM抗′-ΔH曲线，判断两条曲线是否相交，若相交，则交点所对应的H90+ΔH为排土场边坡角为β时的极限堆高，该极限堆高对应的载荷为软弱基底排土场极限承载力，若无交点，则排土场没有极限堆高；

其特征在于：所述步骤2具体步骤如下：

步骤2.1、确定滑动力矩增量ΔM滑与排土场高度达到H90后的高度增量ΔH的函数关系；

步骤2.2、根据排土场边坡角β和坡高H90+ΔH，确定排土场坡面线位置；

步骤2.3、根据坡面线位置，确定侧面三角载荷产生的抗滑力矩ΔM抗′与排土场高度达到H90后的高度增量ΔH的函数关系。

说明书

一种软弱基底排土场极限承载力的确定方法

技术领域

[0001] 本发明属于露天开采领域，特别涉及一种软弱基底排土场极限承载力的确定方法。

背景技术

[0002] 软弱基底是影响露天矿排土场稳定的重要因素，基底软弱条件下排土场高度达到某一临界值时将发生地鼓，进而诱发排土场失稳。平朔安太堡露天煤矿、宝日希勒露天煤矿、白音华矿区一号、二号、三号、四号露天煤矿、扎哈淖尔露天煤矿等软弱基底排土场均发生过滑坡或坡脚处地鼓、表面出现张裂缝等较大的变形现象，严重威胁露天矿安全，影响持续正常作业。基底承载力不足是导致软弱基底排土场整体失稳的内在因素，因此，软弱基底排土场基底承载力计算显得尤为重要。

[0003] 普朗特尔地基极限承载力公式是建筑地基理论中计算承载力的经典方法，由于计算原理简单，应用方便，常被用来计算排土场基底极限承载力，计算过程中将排土场载荷看作条形均布载荷，不考虑排土场三角载荷这一分布特点，因此应用该方法计算排土场基底承载力时理论并不完善。

发明内容

[0004] 针对现有技术的不足，本发明对普朗特尔地基极限承载力公式进行了改进，可用于确定软弱基底排土场极限堆高。

[0005] 根据排土场基底载荷分布特点，一种软弱基底排土场极限承载力的确定方法的具体步骤如下：

[0006] 步骤1：利用普朗特尔地基极限承载力公式计算不考虑排土场侧面三角载荷时的极限排高为H90。

[0007] 步骤2：随着排土场边坡角和坡高的变化，排土场坡面线位置发生变化，坡高增加至H90+△H时，分别确定滑动力矩增量△M滑与△H的函数关系、侧面三角载荷产生的抗滑力矩△M抗'与△H的函数关系，△H为排土场高度达到H90后的高度增量；

[0008] 步骤2.1、确定滑动力矩增量△M滑与排土场高度达到H90后的高度增量△H的函数关系；

[0009] 步骤2.2、根据排土场边坡角β和坡高H90+△H，确定排土场坡面线位置；

[0010] 步骤2.3、根据排土场坡面线位置，确定侧面三角载荷产生的抗滑力矩△M抗'与排土场高度达到H90后的高度增量△H的函数关系。

[0011] 步骤3：分别绘制△M滑-△H与△M抗'-△H曲线，判断两条曲线是否相交，若相交，则交点所对应的H90+△H为排土场边坡角为β时的极限堆高，该极限堆高对应的载荷为软弱基底排土场极限承载力，若无交点，则排土场没有极限堆高。

[0012] 本发明的优点：

[0013] 本发明基于排土场载荷的分布特征，对普朗特尔地基极限承载力公式进行了改进，提出了软弱基底排土场基底承载力的确定方法，弥补了工程上对软弱基底排土场设计与稳定性研究方面的不足。该方法从基底承载力角度确定软弱基底排土场的极限堆高，可有效避免因基底承载力不足造成的排土场失稳。

附图说明

[0014] 图1为基于普朗特尔地基极限承载力公式的排土场力学模型；

[0015] 图2为本发明一种实施例的排土场力学模型；

[0016] 图3为本发明一种实施例的不同情况下△M滑-△H与△M抗'-△H曲线，其中(a)为β＝60°时的△M滑-△H与△M抗'-△H曲线，(b)为β＝45°时的△M滑-△H与△M抗'-△H曲线，(c)为β＝36°时的△M滑-△H与△M抗'-△H曲线，(d)为β＝16°时的△M滑-△H与△M抗'-△H曲线；

[0017] 图4为本发明一种实施例的软弱基底排土场极限承载力确定方法的流程图。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图对本发明具体实施方式做详细说明。普朗特尔地基极限承载力公式中将作用在地基上的力视为均布垂直载荷，如图1所示，而在计算排土场基底承载力时，应考虑排土场侧面具有抗滑效应的三角形垂直载荷。从该方面对普朗特尔地基极限承载力公式进行改进，本实施方式的排土场力学模型如图2所示。

[0019] 某露天矿排土场设计边坡角为β＝16°，基底为第四系粉细砂，排弃物重度γ0＝18kPa；基底土体内聚力c＝2.1kPa；基底土体的内摩擦角 本实施例中均布垂直载荷的作用的基础宽度b＝6m。

[0020] 如图4所示，本实施方式的软弱基底排土场极限承载力的确定方法步骤如下：

[0021] 步骤1：利用普朗特尔地基极限承载力公式计算不考虑排土场侧面三角载荷时的极限排高为H90，即垂直边坡的极限堆高。

[0022]

[0023] H90＝Pu/γ0＝37.375/18＝2.076m

[0024] 其中，Pu—垂直均布载荷条件下基底的极限承载力，kPa；

[0025] q—基底上部土体重力，kPa；

[0026] γ0—排弃物重度，kN/m3；

[0027] 其中 为基底土体的内摩擦角，°；

[0028] c—基底土体的内聚力，kPa；

[0029] b—基础宽度，m；

[0030] H90—不考虑排土场侧面三角载荷时计算得出的排土场极限排高，m；

[0031] △H—排土场高度达到H90后的高度增量，m；

[0032] β—排土场边坡角，°。

[0033] 此时若考虑H90对应的侧面三角载荷产生的抗滑力矩M0，则总的抗滑力矩M抗大于滑动力矩M滑，基底处于稳定状态。

[0034] 步骤2：随着排土场边坡角和坡高的变化，排土场坡面线位置发生变化，坡高增加至H90+△H时，分别确定滑动力矩增量△M滑与△H的函数关系、侧面三角载荷产生的抗滑力矩△M抗'与△H的函数关系，△H为排土场高度达到H90后的高度增量。△M滑与△H之间呈线性关系，△M抗'与△H之间为幂函数曲线关系(当 时为三次曲线，当为二次曲线)，二者均是以△H为自变量的增函数。当排土场继续增
高△H时，滑动力矩增加△M滑，抗滑力矩增加△M抗，对应的侧面三角载荷产生的抗滑力矩△M抗'＝△M抗+M0，△M滑与(△M抗+M0)相等，即意味着M抗与M滑又达到了平衡，此时的排土场高度即为其极限堆高。

[0035] 步骤2.1、确定滑动力矩增量△M滑与排土场高度达到H90后的高度增量△H的函数关系。

[0036]

[0037] 步骤2.2、根据排土场边坡角β和坡高(H90+△H)，比较(H90+△H)/tanβ与 确定排土场坡面线位置，如图2中的坡面线3和坡面线4所示。

[0038] 步骤2.3、根据排土场坡面线位置，确定侧面三角载荷产生的抗滑力矩△M抗'与排土场高度达到H90后的高度增量△H的函数关系。排土场坡面线的位置会影响△M抗'与△H的函数关系式，因此△M抗'分两种情况进行计算：

[0039] 当

[0040]

[0041] 当

[0042]

[0043] 步骤3：分别绘制△M滑-△H与△M抗'-△H曲线，如图3所示，1为△M滑-△H曲线，2为△M抗'-△H曲线。其中图3(a)为当边坡角为60°时排土场基底△M滑-△H曲线和△M抗'-△H曲线相交，交点即为极限堆高2.136m；图3(b)给出当边坡角为45°时排土场基底△M滑-△H曲线和△M抗'-△H曲线相交，交点即为极限堆高2.326m；图3(c)给出当边坡角为36°时排土场基底△M滑-△H曲线和△M抗'-△H曲线相切，交点即为极限堆高3.186m；图3(d)给出当边坡角为16°时排土场基底△M滑-△H曲线和△M抗'-△H曲线不相交，抗滑力矩很大，此时排土场没有极限堆高，△M抗'远远大于△M滑并随着坡高增高而无限增大，即排土场可无限排高。