排土场边坡渗流相似模型试验研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong601
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松散排土场内部溶液渗流主要来源于大气降雨,由于渗流作用以及渗流过程中产生的渗流滤积效应,会造成排土场内部孔隙水压力增大,进而影响排土场边坡的安全性。为了掌握散体物料边坡渗流作用下水压力分布规律,以及孔隙水压力随渗流时间的变化特征,建立了松散堆积体渗流变径模型,揭示了悬浮颗粒在摩擦阻力和重力下的沉积是造成渗流滤积的主要原因。基于水压力分析理论,构建了滤积状态下结构面水压力分布模型,推导出了边坡稳定系数修正公式;根据伯努利方程,建立了能量平衡方程,给出了渗流路径尺寸,水压力和流速的协调变化规律。通过进行散体边坡渗流相似模型试验,测定不同位置水头高度随渗流循环次数和渗流时间的变化,结果表明:单一物料渗流试验中,周期渗流显示石子边坡最大水压力出现在坡脚位置,水压力呈现坡底为直角的三角形分布状态,粗沙边坡水压力呈不规则梯形分布,细沙边坡下部和中部水压力随位置升高依次递增,下部递增快,中部递增慢,上部呈弧形分布。连续渗流显示石子边坡水压分布与周期渗流结果相同,粗沙边坡的最大水压力出现在中间位置,水压力呈现等腰三角形分布,细沙边坡下部水压力随位置升高逐渐增大,中部一段区域维持不变,上部同样呈弧形分布。连续渗流粗沙边坡的最大水压力与渗流时间符合幂函数关系,细沙边坡的最大水压力与渗流时间符合负指数函数关系。混合物料渗流试验中,第三类边坡渗流滤积效应最明显,其周期水压呈“上高下低双峰型”分布,连续水压呈“上低下高双峰型”分布。第一类边坡水压呈“上部三角形”,第五类边坡水压呈“三角形”,第六类边坡水压呈“上低下高双峰型”,此三种类型边坡周期水压与连续水压相同。第二类边坡周期水压呈“中上部三角形”,连续水压呈“中上部弧形”,第四类边坡水压呈“三角形”,连续水压呈“坡底为直角的三角形”。根据排土场边坡相似模型试验,建立了相应的数值模型,对其分别进行了渗流模拟计算和稳定性计算,探究了渗流对边坡水压以及稳定性的影响,通过对比分析给出了排土场按混合一型构建的建议。为了提高排土场边坡稳定性,从微观孔隙对边坡渗流进行分析研究,提出了偏析筑堆、应力波作用、水平疏干排水的三种改善边坡稳定性的措施,给实际工程提供了解决问题的思路。对混合一型边坡进行排水模型构建,然后进行渗流模拟计算,通过对比发现进行疏干排水能明显提高边坡安全性,对提高边坡稳定具有重要作用。
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