6.3 计算模型与参数

6.3.2  排岩作业分阶段、分区域进行，地基和排土场堆排物料散体空间组合不断改变。排土场堆排物料散体结构特征(粒径、颗粒级配、密度、均匀性)决定了系统的力学行为是具有不同尺度、性状的碎块石在变化的排岩荷载下协调变形、相互作用的结果。从坡脚到排土平台坡顶，排土场堆积散体以固定的自然安息角存在，基底承受平行于排土场坡面的荷载，表现为沿坡顶到坡脚处逐渐减小，其结果是，排土层自身各部位固结应力基本线性增长，导致颗粒相互滑移、充填、粗大颗粒棱角或者软弱颗粒破碎和重排，物理性质上主要表现为表观密度、密实度和孔隙率空间差异，力学特性呈现分层性(特别是c、φ、E)。结合工程实践项目的专题研究表明，排土散体主要表现为非线性力学特性：

    (1)空间变异性：初期剥岩时，表土散体岩体透水性差、黏土矿物含量高、摩擦强度低、风化严重；而后期则相反。另一方面，松散岩石自坡顶排弃，由于分选作用，大块岩石滚至排土场坡底，而小块岩石则大部分停留在排土场上部，筛分试验表明，粒度组成符合Rosin-Rammler、Gaudin-Schuhmann、Gibrat函数或分形特征。

    (2)时间相关性：针对在排和终排取样进行室内大三轴试验表明，不同的时间段，因颗粒重排、充填和压缩、固结作用，同一分区在不同阶段具有迥异的强度和变形特性。

    (3)有条件转化性：在不同阶段，颗粒破碎和湿化作用对剪胀性和抗剪强度指标产生明显影响，导致排土场边坡表现出稳定性有条件转化。

    (4)相互作用性：不同于其他地基，排土场基底表土一般未清除。滚落至坡脚的大块废石撞、挤、压、推、剪、切入地基，废石料-表土相互作用，呈蜂窝状离散嵌在表土中。受表土性质与厚度影响，形成新组构及力学特征的极薄、薄、厚接触界面。

    目前在排土场论证中很多未考虑排土料自身工程特征，将岩、土或尾矿料与排土料混淆，选取了不符合工程实际特征的力学参数，导致计算结果错误。因此，本规范对排弃物料的力学指标确定作出粗粒料根据室外初步筛分试验和室内重组样大三轴试验要求。对新建矿山排土场没有条件进行试验的，可基于岩体特征和开采工艺、排土工艺，根据物料岩性相似性、破碎方式相似性确定其颗粒级配，结合堆置要素等通过工程类比方法，确定排弃物料的力学指标。如无类似项目，宜从相邻矿山采取母岩相近粗粒料基于破碎方式进行排弃物料颗粒级配筛分及物理力学性质试验。同时考虑数值模拟技术的发展，也可通过颗粒流或元胞自动机等数值分析方法进行虚拟试验选取。

    地基岩土体及其弱面的抗剪强度是排土场边坡稳定性计算的重要力学参数，通常根据岩体不连续面强度对岩石材料力学参数的弱化及地下水对岩石材料力学参数的软化将岩石的力学参数换算成岩体的力学参数。一般应考虑岩体的分类、节理密度、边坡高度、结构面间距、地下水状况、应力特征等，也可根据地区资料采取直接折减法选取。对折线或平面破坏模式，当基底表土未清除，排土场地基表土-排土料接触面抗剪强度可通过原位剪切试验或室内相似模型试验，结合地层结构特征综合确定。

6.3.3  排土场的稳定性取决于其本身的地质结构、地基及堆积物料的力学性质以及地下水渗流场的分布、动力荷载的大小等多方面的因素。由于地震和降雨同时出现属极(小)概率事件，本规范在编制中再三讨论，由于在允许安全系数的设定时已经考虑，兼顾排土场破坏效果及严重性，认为地震和降雨工况不组合符合实际工程特征。同时，参考国内外研究成果，结合编制过程中展开的排土场介质的动力传递特征，地震烈度大于或等于7度时应展开地震工况计算；当露天采场边坡上部为排土场时，应进行爆破震动工况分析；排土场影响范围内如存在重要设施，荷载也应考虑在内。