强渗流特厚冲洪积层边坡破坏机理及防治研究

发布时间：2018-10-20 16:08

【摘要】：目前,对常规自然边坡和人工边坡的研究已经比较广泛而深入,但对于上覆深厚第四系冲洪积地层,下有强风化带的基岩,基岩下的原岩又有较为明显的顺倾节理面的复杂人上边坡的研究,并不多见,而实际中却有很多深埋于第四系表土层下的矿床,一旦露天开采,则会形成此类复杂第四系人工边坡。冲洪积地层中的砂卵石层往往使地下水相互联通为一个连续水体,成为边坡涌水的通道,而粉细砂与淤泥质粘土又会在反复浸水干燥时强度快速弱化,成为滑移面。如果发生边坡涌水或滑坡,其治理难点在于,现有常规边坡堵水方法无法适用此类冲洪积地层,且土质边坡有效支护的成本很高。因此对其失稳破坏机理及灾害防治措施的研究,具有重要的理论价值及现实意义。本文在前人研究的基础上,依托大型露天矿边坡灾害的治理工程和研究课题,采用实验研究、现场勘察、钻探物探和数值模拟相结合的研究方法,对复杂冲洪积人工边坡的失稳破坏机理及泥石流致灾机理进行了较为系统的研究,并在反复试验的基础上,对所研究边坡的涌水,提出了可行的治理方案。主要工作归结为以下几个方面：(1)在研山铁矿第四系地层补充勘察勘查中取样,针对第四系土层,开展边坡第四系及风化岩地层结构与力学参数测试。通过勘察与实验,获得所研究边坡的地层结构组成,流场流速流向,岩土力学特性,实验表明第四系粉土层在受到频繁降雨浸水疏干条件下,虽然摩擦角变化不大,但粘聚力有急剧的降低的趋势；得到第四系表土在7、8度震级时,震动荷载对土体影响较小,其不会发生振动液化灾害结论,以及第四系表土长期强度很低,变形增大,存在远期失稳的可能性的结论。(2)通过现场基坑渗水实验、泥石流静剪切强度等试验与破坏机理分析,对雨季边坡稳定性及潜在泥石流灾害机理研究,揭示反复干湿作用、水力冲刷起动、长期浸水泥化、振动液化机理和土力类泥石流发生条件,并对不同暴雨强度下边坡稳定性进行评价,建立数值方程,获得第四系边坡发生失稳及泥石流灾害的启动规律,并针对所研究边坡,制定防治与监测措施。(3)通过对第四系现状边坡的稳定性评价,得出当前条件下所研究边坡的冲积层处于临界稳定状态,并具备诱发泥石流的条件的结论；通过边坡稳定性评价,得到现状边坡和设计边坡的安全系数,通过数值模拟和分析,得出在不做防护措施的前提下的第四系边坡角为32°(原设计35°)的结论,并给出保持原设计边坡角的边坡防护与监测方案。基于研山地质条件,使用能模拟土力类泥石流运动过程的计算方法,计算预测泥石流灾害的运动过程及致灾范围。(4)根据第四系地层结构特征,地下流场的特点,边坡的重要性和复杂性,通过现场注浆实验、注浆材料配比测试,揭示了东帮厚冲积层高渗流速度条件下河卵石层中的堵水机理,通过反复比选与工艺优化,提出了科学合理的特厚冲积层防治水方案,形成发明专利,实施后取得了较好的经济与社会效益。
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【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD745

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