宣化地区采矿废渣碎屑流启动机制和成灾模式研究

发布时间：2020-05-28 22:36

【摘要】：近年来随着我国矿产经济的发展,采矿活动日益频繁,矿山开挖的大量矿渣及尾矿随意堆放,除占用农业用地、严重污染周边水资源和土地资源外,还经常导致各种地质灾害的发生。河北张家口市宣化地区矿产资源丰富,采矿活动历史悠久,且私挖滥采现象严重,多年来形成了大量采矿废渣,堆积于冲沟及岸坡坡面上,这些矿渣大多较为松散,力学强度低,遇短时强降雨易诱发碎屑流灾害,对下游人民生命财产构成重大威胁。论文在搜集查阅相关文献资料的基础上,结合野外调查和遥感影像解译,系统总结了宣化地区的地质环境,分析了降雨、地形地貌、地质构造等因素对矿渣碎屑流灾害发生的影响,查明了宣化地区采矿废渣的分布和堆积特征。结合典型采矿废渣的试验,研究了矿渣的物理力学特性及矿物学特性,分析了二者与临界含水率的关系。基于上述研究,分析了矿渣堆积体启动的影响因素,探讨了矿渣堆积体的诱发机制及碎屑流启动模式。采用PFC软件模拟分析矿渣在不同含水率的下滑状态,并对其下滑速度进行监测,与矿渣堆积体的启动机制相互验证,以期为宣化地区矿渣碎屑流灾害预警提供科学依据。论文主要获得以下认识:(1)宣化地区矿渣堆积体数量多,遍布全区,面积约占全区总面积的6.5%。该区采矿废渣主要堆积在沟谷河道及岸坡,表现为矿渣堆积体和尾矿库两种形式。(2)矿渣矿物学及物理力学特性的试验结果表明:矿渣的强度受矿渣土的颗粒级配、渗透率等因素的影响,与矿渣中粘土矿物的种类、含量等有密切联系。(3)厘定了矿渣碎屑流启动临界含水率。通过不同干密度同一含水率以及不同含水率同一干密度下的抗剪强度试验,得出矿渣粘聚力、内摩擦角与含水率的相关性,确定矿渣启动下滑的临界含水率。(4)提出了矿渣碎屑流启动机制及成灾模式。松散的矿渣遇短时强降雨,地表水动力较强,矿渣砾质砂土雨水入渗快,土体重度增加,但矿渣中粘土矿物的膨胀性,阻滞矿渣排水,导致含水率快速增加,抗剪强度骤降,一旦强度丧失或坡面下滑力超过抗剪强度,堆积体启动下滑形成坡面碎屑流。碎屑流下滑过程中沿途铲刮坡积物及次生黄土,增加了物源量及细颗粒物质,进而诱发泥石流。利用PFC软件模拟分析矿渣堆积体的启动过程和下滑速度,验证了矿渣的启动模式。
【图文】：

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图 1-1 我国矿渣型泥石流分布图（据徐友宁等，2010）图 1-2 我国矿渣型泥石流发生次数随时间变化（据徐友宁等，2010）宣化地区矿产资源丰富，区内“龙烟铁矿”历史悠久，1918 年修通宣烟铁路支线，，先开宣化烟筒山矿，1943 年修通宣庞铁路支线，铁矿开始大规模开采。新中国成立后，1949 年到 1951 年、1958 年到 1962 年曾两度大规模开采。当地

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图 1-2 我国矿渣型泥石流发生次数随时间变化（据徐友宁等，2010）宣化地区矿产资源丰富，区内“龙烟铁矿”历史悠久，1918 年修通宣烟铁路支线，先开宣化烟筒山矿，1943 年修通宣庞铁路支线，铁矿开始大规模开采。新中国成立后，1949 年到 1951 年、1958 年到 1962 年曾两度大规模开采。当地采矿活动日益增加，但大多为不合理的无序开采，导致环境污染、尾矿处理不当等一系列问题。多年来的采矿活动产生了大量的矿渣堆积体、尾矿坝以及采
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X751

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