初始堆载高度对湖相淤泥稳定性影响分析

张春虎

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

某铜矿矿体绝大部分位于湖底，开采条件极为复杂。经过多年开采，特别是经过历史露天民采后，该矿区西北部湖相淤泥上方形成了废石杂填土堆载区。经剥离后发现，堆载区域湖相淤泥力学性质发生了较大改变，已经能够达到常规设备湖相淤泥剥离工作要求。许振华等[1-2]对不同含水率条件下的湖相淤泥力学性能进行了系统研究，得到了湖相淤泥的力学参数之间的关系，找到了满足机械化剥离时所需要的湖相淤泥力学参数。

基于以上研究，采用堆载固结方式能够满足湖相淤泥剥离要求，但由于湖相淤泥自身承载能力较差，若初始堆载高度过高，会导致湖相淤泥体失稳破坏[3]。因此，本文将针对该铜矿湖相淤泥特点，开展初始堆载高度对其稳定性的影响研究。

1 湖相淤泥稳定性分析摸型

为简化模型，同时考虑原始湖相淤泥区域粉质黏土、淤泥质土的分布规律，现将湖相淤泥分为两层，第1 层为9 m 厚淤泥质土，第 2 层为20 m 粉质黏土。 本文采用SIGMA/W 进行应变控制模拟，通过取不同初始堆载步距（第一次堆载向前推进的长度，以下简称“初始步距”），研究初始堆载高度对堆载后地面沉降量及堆载线外地面隆起量的影响，从而得到保证湖相淤泥稳定的合理堆载高度，取步距为2.5 m、5 m、7.5 m、10 m，其计算模型如图 1 所示。

图1 湖相淤泥稳定性计算模型

依据重塑土试验结果，当重塑土样的含水率超过37.1%时，土样便无法配置。 因此，此处将含水率为37.1%时重塑土样的物理力学参数作为原始湖相淤泥中未经过加载固结的淤泥质土（2-1）的典型参数， 含水率为30%时重塑土样的物理力学参数作为原始湖相淤泥在上覆荷载作用下固结形成的粉质黏土层（2-1-2）的典型参数，具体参数如表1 所示。

表1 湖泥淤泥土体相关物理力学参数

2 结果分析

2.1 地面沉降与初始步距及堆载高度的关系

经计算，湖相淤泥地面沉降量随初始步距及堆载高度的变化如图2 所示。

图2 湖相淤泥地面沉降随初始步距及堆载高度的变化

研究结果表明：在相同初始步距下，湖相淤泥地面沉降量随着堆载高度的增加呈指数型增长，在堆载高度达到2 m 时，出现向上拐点。在相同的堆载高度下，湖相淤泥地面沉降量随着初始步距的增大，呈现出中间大、两端小的特点。 堆载高度小于2 m 时，初始步距对地面沉降的影响较小。

2.2 地面隆起与初始步距及堆载高度的关系

经计算，湖相淤泥地面隆起量随初始步距及堆载高度的变化如图3 所示。

图3 地面隆起随初始步距及堆载高度的变化

研究结果表明：在相同初始步距下，湖相淤泥堆载边界以外地面会随着堆载高度的增加而发生隆起，堆载高度越大隆起量越大；在堆载高度到达2 m以前，其隆起量较小。 在相同堆载高度下，湖相淤泥地面隆起量随着初始步距的增大而增大； 堆载高度小于2 m 时，初始步距对地面沉降的影响较小。

3 结论

本文采用SIGMA/W 软件对不同初始步距及堆载高度下湖相淤泥地面沉降及地面隆起进行研究分析，得到以下结论：1）地面沉降量与地面隆起量随着堆载高度增加而增大，初始步距越大，增长越快。2）在初始堆载体高度小于或等于2 m 时，地面沉降量与隆起量相对较小，基本不受初始步距影响，此时湖相淤泥稳定性较好，可作为初始堆载高度。