[发明专利]一种排土场周边土体变形的弹性解析方法

说明书

一种排土场周边土体变形的弹性解析方法，属于露天矿边坡开采领域；包括：1，半无限平面弹性变形的极坐标解析；2，排土场下地基内任一点的水平(垂直)位移计算；3，排土场周边土体变形计算过程。目前，工程领域关注的重点还是开挖卸荷，排土场载荷作用下的研究并未见报道。显然，排土场载荷作用下周边土体变形尚未收到足够重视，未形成相对统一的方法，不能有效指导工程设计。而本发明基于排土场载荷分布特征，运用弹性解析的方法求解出土体内部任一点的位移变化，进而得出排土场周边地表的相对变形值。指导工程实际，对露天矿安全有非常重要的意义。

技术领域

本发明属于露天矿边坡开采领域，具体涉及一种排土场周边土体变形的弹性解析方法。

背景技术

我国露天矿数量及产量规模在不断增加，其中软岩露天煤矿占比较大，排土场基底岩性软弱，压缩性强。随着排弃物料堆积使得荷载增大，基底及周边土体也随之变形，当达到一定程度时，将危及周边建筑物、铁路等设施的安全。对于排土场边坡而言，往往关心的是稳定性问题，变形对周边设施的影响却常被忽略。土体变形是岩土工程领域研究的热点问题，但大部分研究主要面向开采沉陷、基坑侧移等领域，从整体上看，工程领域关注的重点还是开挖卸荷，排土场载荷作用下的研究并未见报道。显然，排土场载荷作用下周边土体变形尚未收到足够重视，未形成相对统一的方法，不能有效指导工程设计。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明基于排土场载荷分布特征，对弹性力学中符拉芒公式进行改进，提出一种解决土体变形的弹性解析方法，为确定排土场周边构筑物、铁路线等设施的安全距离提供科学手段。

为达到本发明目的，采用以下技术方案：

由于考虑的是变形而非破坏问题，本发明以半无限平面弹性变形解析方法为基础，结合排土场载荷分布特征，运用极坐标来解决二维弹性力学问题。填补在软弱基底排土场对周边土体变形影响规律研究方面的不足。

排土场地基一般是深厚、均质的天然岩土介质，可视作半无限空间介质。为了研究边坡变形过程的规律，把排土场看做梯形荷载平面模型。排土场自重荷载不大或地基强度足够时，排土场地基绝大部分处于弹性状态，故运用二维半无限平面弹性解析方法最为恰当。

处理弹性力学问题时，选择什么样的坐标系，虽然不影响对问题本质的描绘，但直接影响解决问题的难易程度。针对半无限平面问题，相比直角坐标系，极坐标系更为适合。

一种排土场周边土体变形的弹性解析方法，包括以下步骤：

步骤1：半无限平面弹性变形的极坐标解析

首先进行直角坐标和极坐标的转化，画出示意图，如图1所示，然后通过单元体ABCD变形成A’B’C’D’后由A点的环向位移除以其径向坐标ρ，求得A点变化到A’点在原点处转过的角度如图2所示；如图3所示，设想有一个垂直的集中力作用在板的水平边界上，这板的下方和左右两方是无限伸长的，这样的板称为弹性半无限平面；取所述板的厚度为一单位，设集中力沿板的厚度是均匀分布的，F便是单位厚度上的荷载，A是板内任意一点，直径与x轴重合且过0点的圆周上各点(力的作用点除外)的径向应力都相等，这是因为在这个圆周上各点有

步骤2：排土场下地基内任一点的水平(垂直)位移计算

设露天矿排土场下地基内任一点A，极坐标为将排土场视为梯形荷载产生重力F，A点受力F作用变形到A’点，A’点的极坐标为如图4所示，其中：

ρ₂＝ρ₁+u_ρ

这里的等于A点的环向位移除以A点的径向坐标ρ₁，即

其中，A点的径向位移为