矿山排土场是矿山采矿过程中排土物料集中堆放的场所,又称废石场。近些年排土场的排土工艺技术不断提高,再加上尾矿库征地难的问题,矿山排土场与尾矿库联合堆置的工艺应运而生。将剥离废石与尾矿砂混合堆置这种新工艺能节省占地面积提高土地利用率、减少污染达到环保标准,但同时对其规划设计和稳定性研究提出了更高的要求。目前我国对于剥离废石与尾矿砂混合堆置工艺研究甚少,处于初步研究阶段,因此对新型复合式排土场的综合性研究势在必行。本文首先设计复合式排土场的堆置要素,排土工艺和排洪设施,然后对复合式排土场物料进行物理指标测试,得到碎石、不同配比的碎石土、尾矿砂的抗剪强度指标,基于有限元强度折减法利用Midas/GTS软件分析不同混合比的复合式排土场正常工况下的稳定性,得到复合式排土场坝体内部混合物料最佳混合比;分析采用干选废石和干选尾砂最佳混合比的复合式排土场在洪水工况下的渗流特性和渗流稳定性,以此综合分析评价该复合式排土场的稳定性。本论文主要工作如下:(1)复合式排土场边坡设计:本次设计排土场从下向上布置排土平台8个,最底垫层高度为10 m,其余每个阶段高度为20 m,最大堆置总高度为170 m。采矿剥离的坚硬、半坚硬大块岩石主要堆弃在每个排土场平台的最终边界处形成重力式抗滑堆石坝,选厂干选废石和选厂干尾砂混合排入排土场中部。排土场的台阶坡面角为34°,最终整体边坡角为28°。最后根据洪水计算确定排洪设施种类及其尺寸。(2)物理力学试验:对取自排土场现场的材料进行室内级配试验确定堆积料为碎石和尾细砂。采用常规直剪仪测出尾细砂的强度指标,采用大型直剪仪测出碎石和不同配比碎石土的强度指标,为数值模拟提供参数依据。(3)稳定性研究与分析:建立符合实际地形的复合式排土场三维模型,对大块废石、剥离废石、干选尾矿砂和干选废石混合体堆置区域进行分区,分别设置计算参数、边界、位移、荷载条件。运用有限元软件Midas/GTS基于有限元强度折减法分析不同混合比的复合式排土场在正常工况下的应力状态、变形特征及其变化规律,得到复合式排土场坝体内部混合物料最佳混合比;对采用干选废石和干选尾砂最佳混合比的复合式排土场分析在洪水工况下的渗流特性和渗流稳定性,以此综合分析评价该复合式排土场的稳定性,为复合式排土场的推广应用奠定理论基础。