基于层次分析法的排土场稳定性分析

郭小平

AnalysisofStabilityofDumpBasedonAnalyticHierarchyProcess郭小平淤GUOXiao-ping曰陈加飞于CHENJia-fei（淤渭南正茂工程爆破有限公司，富平711700；于天津水泥工业设计研究院有限公司，天津300000）（淤WeinanZhengmaoBlastingEngineeringCo.Ltd.，Fuping711700，China；于TianjinCementIndustryDesign&ResearchInstituteCo.，Ltd.，Tianjin300000，China）

摘要院影响排土场稳定性的因素众多，主要分为内因和外因两大类，控制内因参数是在排土场使用过程中保持排土场稳定性的主要措施。因此，在众多内在影响因素中找出主要因素，并对其加以控制，对于保持排土场稳定性有重要意义。本文以云南某露天金属矿排土场为工程实例，运用层次分析法分析影响排土场稳定性的内因各指标的影响权重，确定主要影响因素，并运用FLAC3D数值模拟对层次分析法的分析结果进行验证，确定了控制排土场堆高是保证排土场稳定性的有效措施。

Abstract:Therearemanyfactorsaffectingthestabilityofmine,mainlypidedintotwocategories:internalandexternalcauses.Theparametersoftheintrinsicfactorwhichinfluencethestabilityofmine,intheprocessofmineuse，isthemainmeasurestokeepthebalanceofmine.Soit忆snecessarytofindthemostimportantfactorsandtrytocontrolthem,itismeaningfultokeepthestabilityofmine.ThearticlebasedonanopenmetalmineofYunnanprovince，analyzestheinternalfactorsaffectingthestabilityofdumptheinfluenceoftheindexweightswithusingtheanalytichierarchyprocess(ahp).Thepurposeofthiswayistofindoutthemainfactorswhichinfluencethestabilityofmine.Bytheway，thepaperusesFLAC3Dnumericalsimulationtocheckouttheresultsoftheanalytichierarchyprocess,todeterminethatthecontrolofdumpheightistheeffectivemeasurestomakesurethestabilityofmine.

关键词院排土场；稳定性；层次分析法；FLAC3DKeywords:dump；stability；analytichierarchyprocess；FLAC3D中图分类号院TD804文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）23-0046-03

0引言排土场作为一项重大危险源，其稳定性对于矿山的安全生产尤为重要。排土场一旦发生滑坡变形等灾害事故，对人民生命安全和财产安全造成的破坏不可估量。影响排土场稳定性的因素众多，各因素对排土场稳定性的影响程度又各不相同，确定影响排土场稳定性的主要因素，并提出具有针对性的排土场稳定性工程处置措施，对于控制排土场的稳定性具有重大意义。

排土场边坡失稳破坏不是单纯的动力地质现象，它的发生和发展是极其错综复杂的。影响边坡稳定的因素很多，概括地说，主要可分为内因和外因[1]。

影响排土场边坡稳定性的外在因素主要有：工程条件、水文地质条件、爆破震动、地震影响、气象条件、风化作用、植被概况以及人类活动的影响。这些因素对排土场边坡变形和破坏的影响越大，时间越长，影响效果越明显[2]。

影响排土场边坡稳定性的内因主要有：排土场基底稳定性、边坡角、排土台阶高度、排土总高度、安全平台宽度、排土散体力学参数、散体粒径级配、散体堆排方式等因素。

外因只有结合内因促进排土场边坡失稳的发生和发展，控制内因各指标的参数是排土场使用过程中保持其稳定性的关键。本文以云南某露天矿山排土场为工程背景，采用层次分析法，分析计算内因各指标对排土场稳定性的影响程度，确定主要的影响因素，并运用FLAC3D有限差分软件，针对主要的影响因素进行具体分析，验证层次分析法的计算结果，并提出具有针对性的工程处置措施。

1层次分析法的应用层次分析法简称AHP(AnalyticHierarchyProcess)法,具有系统化、层次化等优点，以人们的主观经验判断为基础,采用定性与定量相结合的方法，确定多层次、多指标的权重系数。因而，利用层次分析法可以确定各指标对系统总目标的影响程度。由于该方法理论上的完备性、结构上的严谨性、应用上的简洁性，尤其是在解决非结构化决策问题时，表现出了明显的优势，层次分析法的理论在我国各个领域和行业的广泛研究和应用下日趋成熟[3]。

排土场边坡失稳，实质上是内在因素和外在因素综合作用的结果，内因是事物变化发展的根据，外因是事物变化发展的条件，外因通过内因发生作用，所以内因是主导。

保持排土场稳定的关键在于找出可以控制的重要影响因素，并根据实际情况加以控制。影响排土场稳定性的内因的指标众多，本文采用层次分析法，对影响排土场失稳主要指标，进行分析比较，确定影响权重最大的指标。

1.1构造判断矩阵A根据相对重要性比例标度，对排土场的总高度、边坡角、力学参数、安全平台宽度、台阶高度及排土物料的粒径级配等六项指标，进行两两比较，凭借主观经验，对各项指标进行打分，构造判断矩阵A[4]。相对重要性比例标度表和排土场稳定性影响因素各指标的打分情况如表1和表2所示。

在AHP中，判断矩阵A是否具有一致性非常重要。如果A不具有一致性，就要计算一致性指标，检验具备一致性的程度CR。当CR约0.1时，认为判断矩阵A的一致性是可以接受的，若逸0.1，应对判断矩阵做适当的调整[7]。

根据一致性检验公式CR=CI/RI，代入数据，求得：CR=0.00072，说明判断矩阵具有满意的一致性。

通过以上层次分析法的计算，可以得出结论：淤判断矩阵的特征向量可以衡量各指标对排土场边坡稳定性的影响权重，即排土总高度跃边坡角=力学参数跃安全平台=台阶高度跃粒径级配。

于排土物料的成分及排土作业的方式固定以后，物料的力学参数包括粘聚力、内摩擦角、抗拉强度等就基本固定。若要保证排土场边坡的稳定性，在排土作业的过程中重点控制排土总高度和边坡角这两个因素即可。

盂排土作业过程中，排土场处于极限平衡状态时，应停止对其进行继续堆高，并可通过削坡卸载等工程处置措施，保证排土场的整体稳定性。

2排土场稳定性分析以云南某露天矿山的排土场为研究对象，利用FLAC3D有限差分软件，对排土场稳定性进行数值模拟分析，重点分析排土总高度对边坡稳定性的影响程度，从而验证层次分析法对边坡稳定性影响因素计算结果的正确与否。

该排土场的排土方式为混排，排土物料主要是白云岩、砂岩及粘土的混合物，采用自下而上、由内而外的堆放工艺，现已形成三个排土台阶，每个排土台阶高度约为20m，安全平台的宽度约为10m，排土场边坡角为30毅~35毅，排土物料的力学参数如表4所示。

2.1模型建立根据排土作业的推进方向，建立排土场的三维计算模型,确定模型的计算域。模型x方向为排土作业的推进方向,长度为300m;y方向垂直于排土作业的推进方向,长度40m；z方向为竖直方向。模型底部节点采用x、y、z三方向约束，x方向的两端采用x方向约束,y方向的两端采用y方向约束，模型顶部为自由边界，并选用莫尔-库伦弹塑性本构模型[8]。

2.2数值模拟结果运用FLAC3D有限差分软件，对某露天矿排土场边坡稳定性进行数值模拟计算，通过增加排土台阶，研究增加排土高度对排土场边坡安全系数的影响效果，得出边坡安全系数随排土高度增加而减小的变化值。现将FLAC3D模拟分析结果列于表5，安全系数的显示结果,反映了排土场边坡的稳定性随排土高度增加而明显减小的规律，从而验证了层次分析法的计算分析结果。安全系数求解结果及横向位移云图见图1~4,根据数值模拟结果，可以清晰地看出安全系数随排土高度增加而减小的变化规律，边坡的稳定性状况，边坡的最不利滑动面位置及破坏区域的特点等。

3结论淤由层次分析法的计算结果可知，正在使用中的排土场在排除外在环境因素影响的前提下，控制排土高度是保持排土场边坡稳定的主要措施。

于通过FLAC3D数值模拟，可知增加排土高度会使排土场边坡安全系数明显减小，排土场的高度对排土场边坡稳定性影响较大，在排土作业过程中，应根据实际情况，对排土场高度进行严格控制。

盂排土场的堆排高度达到极限平衡状态后，为了确保排土场的稳定性，应停止排土堆高作业，并适当采取削坡卸载等工程处置措施。

参考文献院[1]杨丽萍.准格尔黑岱沟露天煤矿内排土场边坡稳定性分析[D].辽宁工程技术大学，2006，12.[2]王光进，杨春和，孔祥云等.超高台阶排土场散体块度分布规律及抗剪强度参数的研究[J].岩土力学，2012，33(10)：3087-3092.[3]亓新瑞.层次分析法和模糊概率相结合判定煤与瓦斯突出危险性[D].太原理工大学，2012，5.[4]李志刚，王云鹏.层次分析法在边坡滑坡防治中的应用[J].煤炭工程，2012，8:117-119.[5]李娜，张雪，孙文勇.层次分析法在HAZOP分析中的应用[J].工业安全与环保，2012，38（9）：56-59.[6]王光进，孔祥云，杨春和等.尾矿高坝的边坡稳定性研究[J].矿冶，2013，22(3)：1-5.[7]翟海娟.基于层次分析法的煤矿井下生产系统安全评价研究[D].西安科技大学，2011，5.[8]金文佳等.尖山边坡稳定性的三维动态数值模拟分析[J].有色金属，2010，62(6):42-45