非饱和尾矿砂抗剪强度参数分布与安全影响
发布时间：2021-03-02 07:06
为探究非饱和尾矿砂对尾矿库安全状态的影响,首先通过二维非饱和渗流试验和常规直剪试验相结合的方法研究非饱和尾矿砂黏聚力、内摩擦角的空间分布特征;然后利用参数优化方法确定解析模型中的未知参数,并用优化后的模型拟合非饱和渗流试验结果;最后采用数值计算分析非饱和尾矿砂对尾矿坝安全系数的影响。结果表明:非饱和尾矿砂含水率在水平和竖直方向呈指数分布规律;黏聚力随含水率的增加先增后减,内摩擦角随含水率的增加单调递减,抗剪强度参数具有空间分布;引入非饱和尾矿砂后尾矿坝安全系数明显减小,随着非饱和尾矿砂厚度的增加,安全系数缓慢减小。
【文章来源】：中国安全科学学报. 2017,27(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
试验仪器Fig．1Testapparatus1．2抗剪强度参数随含水率变化试验
?饱和范围，设定值为9．0%、12．0%、15．0%、18．0%、21．0%、24．0%、27．0%、30．0%、33．0%和36．0%。剪切速度涵盖慢剪到快剪，设定值为0．01、0．05、0．1、0．4、0．8、1．2、2和4mm/min。每种含水率和剪切速度下正压力取值分别为100、200、300和400kPa。共计需进行80次有效试验，使用320个有效试样。制样用尾矿砂与1．1含水率空间分布试验所述相同。2试验结果2．1含水率空间分布非饱和渗流稳定后的润锋如图1中的FG所示。得到的体积含水率沿竖直和水平向的分布如图2和图3中试验值所示。图2竖直向含水率分布Fig．2Verticaldistributionofwatercontent第4期林雪松等:非饱和尾矿砂抗剪强度参数分布与安全影响·117·
图3试验值与计算值的对比Fig．3Comparisonbetweenexperimentalandcalculatedvalues分析图2可知不同水平距离处竖向含水率随高度的增加而减小，分析图3中的试验值曲线可知，不同高度处水平向含水率随水平距离的增大而减校各方向上曲线变化趋势均近似于指数函数。除含水率分布数据外，试验中还得到了尾矿砂非饱和渗流的基本现象:第一，干尾矿砂和非饱和尾矿砂中均有裂缝产生，干尾矿砂内的裂缝存在错层现象，非饱和尾矿砂内的裂缝无错层，非饱和尾矿砂的裂缝无论在宽度还是深度方面都要大于干尾矿砂。非饱和尾矿砂的裂缝如图1中的DE所示。第二，试验自始至终都有渗漏水从排水胶管左数第一、二排中排出，渗漏水流速开始较大然后逐渐减小，最后趋于恒定值。2．2抗剪强度参数与含水率的关系不同剪切速度下黏聚力和内摩擦角与含水率关系分别如图4和图5所示，在不同剪切速度下黏聚力随含水率的增加先增后减，内摩擦角随含水率的增加单调递减，内摩擦角大致呈指数衰减。黏聚力曲线比较平滑，内摩擦角曲线波动相对较大。图4黏聚力与含水率关系Fig．4Ｒelationbetweencohesionandwatercontent图5内摩擦角与含水率关系Fig．5Ｒelationbetweenfrictionangleandwatercontent3试验数据的拟合计算分析3．1非饱和渗流试验结果的拟合分析非饱和渗流试验的核心目的是获得含水率的空间分布情况。为扩大应用范围，分布规律应该给出相对高度与含水率的关系。以无量纲参量η=aH表示相对高度，数值为0～1，a为某点竖向相对于饱水线高度，H为润锋相对于饱水线所能达到的最大高度，即非饱和尾矿砂的厚度。由图1可明显看出，渗流稳定后上游水头附近润锋上升的最终高度已超出试验对象高度，因此无法直接测出H，需要用非饱
【参考文献】：
期刊论文
[1]尾矿库事故统计分析及溃坝成因研究[J]. 吴宗之,梅国栋. 中国安全科学学报. 2014(09)
[2]土在全含水率范围内持水及非饱和渗透特性的模型描述[J]. 张昭,刘奉银,张国平. 岩土工程学报. 2014(11)
[3]黄土抗剪强度与含水率的变化规律[J]. 邢鲜丽,李同录,李萍,付昱凯,习羽. 水文地质工程地质. 2014(03)
[4]非饱和土路基毛细作用的数值与解析方法研究[J]. 刘杰,姚海林,卢正,胡梦玲,董启朋. 岩土力学. 2013(S2)
[5]土石混合体直剪试验的破坏特征及抗剪强度取值方法研究[J]. 邓华锋,原先凡,李建林,罗骞,朱敏. 岩石力学与工程学报. 2013(S2)
[6]非饱和土的抗剪强度与含水率关系的试验研究[J]. 黄琨,万军伟,陈刚,曾洋. 岩土力学. 2012(09)
[7]孔隙水运移特性及对尾矿细观结构作用机制试验研究[J]. 尹光志,张千贵,魏作安,王文松,耿伟乐. 岩石力学与工程学报. 2012(01)
[8]非饱和含黏土砂毛细上升试验研究[J]. 苗强强,陈正汉,田卿燕,钱尼贵,姚志华. 岩土力学. 2011(S1)
[9]含水量对非饱和土抗剪强度参数的影响研究[J]. 边加敏,王保田. 地下空间与工程学报. 2011(01)
[10]荆门膨胀土土–水特征曲线特征参数分析与非饱和抗剪强度预测[J]. 周葆春,孔令伟,陈伟,白颢,李雄威. 岩石力学与工程学报. 2010(05)
本文编号：3058846
【文章来源】：中国安全科学学报. 2017,27(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
试验仪器Fig．1Testapparatus1．2抗剪强度参数随含水率变化试验
?饱和范围，设定值为9．0%、12．0%、15．0%、18．0%、21．0%、24．0%、27．0%、30．0%、33．0%和36．0%。剪切速度涵盖慢剪到快剪，设定值为0．01、0．05、0．1、0．4、0．8、1．2、2和4mm/min。每种含水率和剪切速度下正压力取值分别为100、200、300和400kPa。共计需进行80次有效试验，使用320个有效试样。制样用尾矿砂与1．1含水率空间分布试验所述相同。2试验结果2．1含水率空间分布非饱和渗流稳定后的润锋如图1中的FG所示。得到的体积含水率沿竖直和水平向的分布如图2和图3中试验值所示。图2竖直向含水率分布Fig．2Verticaldistributionofwatercontent第4期林雪松等:非饱和尾矿砂抗剪强度参数分布与安全影响·117·
图3试验值与计算值的对比Fig．3Comparisonbetweenexperimentalandcalculatedvalues分析图2可知不同水平距离处竖向含水率随高度的增加而减小，分析图3中的试验值曲线可知，不同高度处水平向含水率随水平距离的增大而减校各方向上曲线变化趋势均近似于指数函数。除含水率分布数据外，试验中还得到了尾矿砂非饱和渗流的基本现象:第一，干尾矿砂和非饱和尾矿砂中均有裂缝产生，干尾矿砂内的裂缝存在错层现象，非饱和尾矿砂内的裂缝无错层，非饱和尾矿砂的裂缝无论在宽度还是深度方面都要大于干尾矿砂。非饱和尾矿砂的裂缝如图1中的DE所示。第二，试验自始至终都有渗漏水从排水胶管左数第一、二排中排出，渗漏水流速开始较大然后逐渐减小，最后趋于恒定值。2．2抗剪强度参数与含水率的关系不同剪切速度下黏聚力和内摩擦角与含水率关系分别如图4和图5所示，在不同剪切速度下黏聚力随含水率的增加先增后减，内摩擦角随含水率的增加单调递减，内摩擦角大致呈指数衰减。黏聚力曲线比较平滑，内摩擦角曲线波动相对较大。图4黏聚力与含水率关系Fig．4Ｒelationbetweencohesionandwatercontent图5内摩擦角与含水率关系Fig．5Ｒelationbetweenfrictionangleandwatercontent3试验数据的拟合计算分析3．1非饱和渗流试验结果的拟合分析非饱和渗流试验的核心目的是获得含水率的空间分布情况。为扩大应用范围，分布规律应该给出相对高度与含水率的关系。以无量纲参量η=aH表示相对高度，数值为0～1，a为某点竖向相对于饱水线高度，H为润锋相对于饱水线所能达到的最大高度，即非饱和尾矿砂的厚度。由图1可明显看出，渗流稳定后上游水头附近润锋上升的最终高度已超出试验对象高度，因此无法直接测出H，需要用非饱
【参考文献】：
期刊论文
[1]尾矿库事故统计分析及溃坝成因研究[J]. 吴宗之,梅国栋. 中国安全科学学报. 2014(09)
[2]土在全含水率范围内持水及非饱和渗透特性的模型描述[J]. 张昭,刘奉银,张国平. 岩土工程学报. 2014(11)
[3]黄土抗剪强度与含水率的变化规律[J]. 邢鲜丽,李同录,李萍,付昱凯,习羽. 水文地质工程地质. 2014(03)
[4]非饱和土路基毛细作用的数值与解析方法研究[J]. 刘杰,姚海林,卢正,胡梦玲,董启朋. 岩土力学. 2013(S2)
[5]土石混合体直剪试验的破坏特征及抗剪强度取值方法研究[J]. 邓华锋,原先凡,李建林,罗骞,朱敏. 岩石力学与工程学报. 2013(S2)
[6]非饱和土的抗剪强度与含水率关系的试验研究[J]. 黄琨,万军伟,陈刚,曾洋. 岩土力学. 2012(09)
[7]孔隙水运移特性及对尾矿细观结构作用机制试验研究[J]. 尹光志,张千贵,魏作安,王文松,耿伟乐. 岩石力学与工程学报. 2012(01)
[8]非饱和含黏土砂毛细上升试验研究[J]. 苗强强,陈正汉,田卿燕,钱尼贵,姚志华. 岩土力学. 2011(S1)
[9]含水量对非饱和土抗剪强度参数的影响研究[J]. 边加敏,王保田. 地下空间与工程学报. 2011(01)
[10]荆门膨胀土土–水特征曲线特征参数分析与非饱和抗剪强度预测[J]. 周葆春,孔令伟,陈伟,白颢,李雄威. 岩石力学与工程学报. 2010(05)
本文编号：3058846
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