露天煤矿排土场土石混合体力学实验及其强度重构机理研究
本文关键词： 排土场 土石混合体 强度重构 时效特性 力学实验 稳定性分析 出处：《中国矿业大学》2017年博士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：论文基于时效边坡理论,综合运用固结理论、摩尔-库伦准则、极限平衡理论等方法对露天矿排土场岩、土剥离物集中混合堆载所产生的重构胶结特性进行研究。取得了以下成果:(1)基于推剪、压剪试验两种原位实验的技术特征,提出了土石混合体原位剪切改进实验方案。根据压缩理论和堆载体的换算重力,建立了土石混合体的沉降量计算公式;根据孔隙度变化模型建立土石混合体有效抗剪强度的表达式。(2)根据土石混合体强度重构的影响因素,建立了相应的影响因素结构体系,基于摩尔-库伦准则建立了土石混合体抗剪强度表达式,并结合剪切破坏模型,描述了土石混合体基本的破坏形式。通过重构实验揭示了重构压力、重构时间这两个关键因素与土石混合体抗剪强度参数的关系,重构压力的增长造成土石混合体平均黏聚力呈二次函数规律增长,重构时间增长造成土石混合体黏聚力呈对数规律递减。(3)根据土石混合体中块石的尺寸效应和分布密度,建立了排土场中的大块出现剪切破坏和滚动失稳两种破坏模式的力学方程。基于极限平衡理论,给出了排土场圆弧滑坡的稳定系数的修正计算公式,并采用数值模拟方法进行了不同大块分布条件下的稳定性评价,揭示了块度比和大块分布的密集度这两个因素对于土石混合体边坡稳定性的影响规律。基于排土场的作业程序和不同层位土石混合体力学强度的分布规律,分别进行了多层平行推进排土和逐层排土这两种方案的边坡稳定性评价,得到了动态排土过程中的稳定性变化规律。(4)根据龙桥排土场基底的倾斜结构建立力学模型,并给出了基底满足“自锁”条件的判别条件。龙桥排土场下部和上部基底满足“自锁”条件;而“中部”区域基底处于解锁状态,而且下部排土场所提供的有效抗滑力大于中部排土场的剩余下滑力,排土场基底满足稳定条件。采用极限平衡和有限元两种分析方法分别对排土场的二维和三维稳定性进行评价,得到了排土场稳定系数随着高度增大不断降低,并且下降的速度逐渐变慢。
[Abstract]:Based on the time-dependent slope theory, the paper synthetically applies consolidation theory, Moll-Coulomb criterion and limit equilibrium theory to the treatment of open-pit dump rock. In this paper, the characteristics of reconstituted cementing produced by concentrated mixed surcharge of soil peels are studied. The following results are obtained: 1) based on the technical characteristics of two in-situ experiments, the push-shear test and the compression-shear test, According to the compression theory and the conversion gravity of the pile carrier, the formula for calculating the settlement of the soil-rock mixture is established. According to the porosity variation model, the expression of effective shear strength of soil-rock mixture is established. (2) according to the influencing factors of strength reconstruction of soil-rock mixture, the corresponding structural system of influencing factors is established. Based on the Moorn-Coulomb criterion, the expression of shear strength of soil-rock mixture is established, and the basic failure mode of soil-rock mixture is described in combination with the shear failure model. The reconstruction pressure is revealed by the reconstruction experiment. The relationship between the two key factors of reconstruction time and the shear strength parameters of soil-rock mixture is discussed. The increase of reconstruction pressure results in the increase of the average cohesive force of soil-rock mixture with quadratic function law. According to the size effect and distribution density of block in soil-rock mixture, the cohesive force of soil-rock mixture decreases in logarithmic law with the increase of reconstruction time. The mechanical equations of shear failure and rolling instability of large blocks in the dump are established. Based on the limit equilibrium theory, a modified formula for calculating the stability coefficient of the circular landslide in the dump is given. The numerical simulation method is used to evaluate the stability of different bulk distribution conditions. The effects of block ratio and bulk distribution on the stability of soil-rock mixed slope are revealed. Based on the operation procedure of dump site and the distribution law of mechanical strength of different layers of soil-rock mixture, the influence of the two factors on the stability of soil-rock mixture is discussed. The slope stability evaluation of the two schemes of multi-layer parallel propulsion dump and layer by layer dump is carried out, and the law of stability variation in the process of dynamic dumping is obtained. (4) according to the inclined structure of the foundation of Longqiao dump, the mechanical model is established. At the same time, the conditions of judging the basement satisfying the condition of "self-locking" are given. The lower and upper substrates of Longqiao dump meet the condition of "self-locking", while the basement of "middle" region is in the state of unlocking. Moreover, the effective slide resistance provided by the lower dump is greater than the remaining sliding force of the central dump. The two dimensional and three dimensional stability of the dump is evaluated by the limit equilibrium method and the finite element analysis method, and the stability coefficient of the dump decreases with the increase of the height. And the rate of decline is slowing down.
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD824.8
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，本文编号：1503090
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