浑水淤堵机理及其对尾矿坝安全影响研究

发布时间：2017-10-18 13:30

  本文关键词：浑水淤堵机理及其对尾矿坝安全影响研究

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【摘要】：我国有尾矿库12000多座。尾矿坝的安全稳定已成为影响矿区生产运行、下游人民生命财产安全以及周边生态环境的重要因素。渗流破坏是造成尾矿坝失稳的关键因素,但目前相关理论基础深化研究甚少,尤其是渗流过程中引起的坝体淤堵问题。因此,对这一科学问题开展深入细致和定量化的研究具有重要的理论与实用价值。 本文依据浑水渗流砂柱试验,研究了尾矿坝渗透系数与尾矿砂孔隙率等参数随渗透时间的变化关系。基于试验和淤堵机理试验结果,建立尾矿坝浑水渗流的数学模型,结合工程实际揭示淤堵机理,通过数值模拟方法对尾矿坝进行稳定性计算分析。论文的主要研究内容如下： (1)开展浑水渗流砂柱试验。本试验选用的是北京云冶矿业白枣峪尾矿库天然尾矿砂作为试验材料。通过砂柱试验研究,得出渗透系数与砂柱孔隙率等物性参数的变化规律,揭示了尾矿坝淤堵的内在机制,探求淤堵演化的时空分布特征。 (2)影响尾矿坝渗流的关键问题是尾矿砂中细小颗粒的淤积与渗流的相互作用问题。尾矿坝复杂的渗流的过程,伴随着孔隙的堵塞、坝体的沉降固结、固体颗粒的沉降固结等众多影响因素,因此需要建立合理有效的计算模型。本研究基于达西定律、质量守恒定律、建立变渗透系数与变孔隙率的浑水淤堵数学表达式,给出符合尾矿坝实际的边界条件,并简要概述了相关的数值求解方法。 (3)渗流规律的深入研究,有助于分析尾矿坝的溃坝事故原因和破坏形式,为制定相关对策措施提供理论支持。本文以北京云冶矿业冯家峪铁矿白枣峪尾矿库为研究对象,以材料本身的渗透系数为初始参数并考虑室内试验所得的浑水淤堵渗透系数的变化规律,采用有限元方法对尾矿坝进行渗流分析,针对浑水淤堵作用对其稳定性的影响规律做了系统的研究,分析了尾矿坝不同工况下的坝体位移、渗流场、流速、渗流量、渗流比降孔隙水压力等参数的变化规律,为尾矿坝的安全稳定性评价提供理论依据。 (4)尾矿的性态极为复杂,环境和工况条件千变万化,本文借鉴边坡稳定性评价中精细化评价理论,结合尾矿坝体、基底及其筑坝特点,建立了尾矿坝精细化评价方法,并依据有关法规、技术标准及规定,对白枣峪尾矿坝现状以及加高增容后坝坡稳定性进行了可行性和可靠性评价。
【关键词】：浑水渗流 淤堵模型 渗流计算分析 稳定性评价
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV649;TV223.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-6
• 目录6-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 研究目的及意义8-9
• 1.2 研究现状9-11
• 1.3 相关研究中存在的问题11-12
• 1.4 本文的研究重点及开展的方式方法12-13
• 2 浑水淤堵机理试验研究13-24
• 2.1 试验原理13-14
• 2.1.1 渗透系数测定13-14
• 2.1.2 孔隙率测定14
• 2.2 试验装置14-16
• 2.3 试验材料的制备16-18
• 2.4 试验方案及测量参数18-19
• 2.4.1 渗透系数测定试验方案18-19
• 2.4.2 孔隙率测定试验方案19
• 2.5 试验数据处理及结果分析19-24
• 2.5.1 试验数据处理19-22
• 2.5.2 试验结果分析22-24
• 3 渗流理论和尾矿坝浑水淤堵数学模型的研究24-35
• 3.1 岩土的渗流性质24-27
• 3.1.1 土的物理性质指标25-27
• 3.1.2 渗流的基本概念27
• 3.2 浑水渗流淤堵模型27-33
• 3.2.1 渗流基础理论27-29
• 3.2.2 浑水渗流淤堵模型29-33
• 3.3 定解条件33-34
• 3.4 小结34-35
• 4 浑水淤堵对尾矿坝安全影响的研究35-72
• 4.1 尾矿的工程特点研究35-40
• 4.2 北京云冶矿业白枣峪尾矿坝工程地质条件40-43
• 4.2.1 库区工程地质40
• 4.2.2 库区水文条件40
• 4.2.3 库区人文环境40-43
• 4.3 北京云冶矿业白枣峪尾矿坝工程概况43-45
• 4.3.1 初期坝、堆积坝、浆砌石重力坝(北副坝)和尾矿筑坝、43
• 4.3.2 尾矿冲积加高方法43
• 4.3.3 库内山脊开凿连通沟、排(洪)水设施43-44
• 4.3.4 尾矿输送与排放、尾矿库辅助设施44-45
• 4.3.5 尾矿库服务年限、等级划分45
• 4.4 浑水淤堵作用对尾矿坝安全稳定性影响研究45-52
• 4.4.1 尾矿计算参数45
• 4.4.2 概化剖面示意图45-46
• 4.4.3 渗透系数估算46-48
• 4.4.4 浑水淤堵作用对尾矿坝安全影响规律研究48-52
• 4.5 北京云冶矿业白枣峪尾矿坝渗流稳定性分析52-72
• 4.5.1 白枣峪尾矿坝主坝现状标高正常工况渗流稳定性分析52-59
• 4.5.2 白枣峪尾矿坝主坝现状标高洪水工况渗流稳定性分析59-62
• 4.5.3 白枣峪尾矿坝主坝加高施工过程渗流稳定性分析62-72
• 5 尾矿坝安全稳定性评价72-84
• 5.1 概述72
• 5.2 尾矿坝稳定性评价的内容、方法72-77
• 5.2.1 稳定性分析方法72-73
• 5.2.2 计算原理73-77
• 5.3 尾矿坝的稳定性评价77-84
• 5.3.1 计算参数77-78
• 5.3.2 计算工况78
• 5.3.3 荷载效应组合78
• 5.3.4 计算剖面78-79
• 5.3.5 浸润线位置79-83
• 5.3.6 坝体稳定性计算结果83
• 5.3.7 坝体稳定性分析结果83-84
• 6 结论84-85
• 参考文献85-88
• 申请学位期间的研究成果及发表论文88-89
• 致谢89

【参考文献】

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本文编号：1055190