露天矿大型排土场稳定性及安全控制关键技术研究

发布时间：2017-06-22 06:01

  本文关键词：露天矿大型排土场稳定性及安全控制关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：排土场滑坡、泥石流等灾害的防控与治理,既关系到矿山的安全生产,又关系到人民生命财产安全和环境保护。排土场失稳滑坡作为一种常见的工程灾害类型,对矿产资源的高效开采与安全运营造成了巨大威胁。因此,深入开展排土场边坡稳定性及滑坡防治技术的研究,具有重要的科学研究意义及工程应用价值。本文以江西省九江市城门山铜矿二期排土场为工程背景,针对现有排土场稳定性研究方法,采用现场调研、室内试验、数值模拟和理论分析相结合的手段,基于极限平衡、可靠度、有限差分、离散元等理论,建立了一套有效的从宏-细观角度开展排土场稳定性分析方法及滑坡防治措施,实现排土场稳定高效排放和生产运营安全。主要研究结论如下： (1)影响排土场边坡整体稳定性的敏感因素,按强弱划分依次为：排弃土内摩擦角、地震影响系数、混合排弃土粘聚力、混合排弃土重度。 (2)极限平衡及可靠度分析表明,排土终了时刻,特征剖面E-E边坡在静力条件下安全系数为1.050、破坏概率为14.460%,而在7度地震烈度作用下,安全系数为0.946、破坏概率为53.160%。采用强度折减计算获得的静力条件下边坡安全系数为1.07。因此,计算表明排土终了时刻边坡基本处于稳定状态,但缺乏足够的安全系数储备,极易在静力条件下发生滑坡事故。 (3)基于颗粒流理论的局部强度折减计算表明,在静力条件下排土场边坡安全系数为1.12。在滑坡破坏过程中,微破裂先沿着坡体中部产生,逐渐贯通至坡顶处,然后再向第二台阶坡脚处扩展,并最终形成贯通坡体内部的由微破裂组成的滑动带。在此过程中,张拉型微破裂始终占主导优势,滑坡产生的声发射事件破裂强度分布范围为-2.47至-4.24。 (4)持续强降雨和短时特大暴雨等不同降雨入渗条件下,排土场边坡稳定性明显降低,且在无其它优化治理措施的情况下,各特征部位的安全系数普遍低于规范要求。在持续强降雨条件下,降雨入渗主要对边坡上部后期排弃的土石混合体部分的总水头分布有所影响,对前期排弃土石混合体影响并不明显。在短时特大暴雨条件下,降雨在开始阶段就对边坡上部排土料部分的总水头分布有所影响,但随着降雨持时推进变化并不明显,这是由于短时间内降雨量过大,大部分降雨随坡面流失,并未渗透深入坡体。 (5)采用“抗滑钢轨桩”+“分级分类排放”稳定安全综合处治措施,可明显提高排土场边坡的稳定性,静力条件下,极限平衡计算获取安全系数为1.18,强度折减计算获取安全系数为1.31。 针对排土场稳定性分析及安全处治措施,本文在研究过程中,取得了以下创新性成果：(1)建立了一种采用拉丁超立方抽样进行排土场边坡稳定性的可靠度分析方法；(2)建立了一套基于颗粒流理论的局部强度折减法和基于矩张量理论的声发射模拟法,从细观尺度上研究了排土场边坡失稳破坏的时空演化过程及破裂机制：(3)基于饱和-非饱和渗流理论及其边坡稳定性分析理论,对传统极限平衡公式进行修正,使之适用于饱和-非饱和土体的抗滑分析,实现了对持续强降雨和短时暴雨等不同降雨入渗条件下排土场边坡稳定性的分析,揭示了降雨入渗对排土场边坡稳定性的影响规律；(4)提出了“抗滑钢轨桩”+“分级分类排放”的排土场边坡稳定安全综合处治措施。 本文研究方法及相关成果,可弥补现有排土场边坡稳定性研究及安全处治措施的不足,具有一定的理论研究意义及工程应用价值。
【关键词】：排土场 稳定性 破坏机理 降雨 抗滑钢轨桩 分级分类排放
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU43
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 1 绪论14-34
• 1.1 研究目的和意义14-17
• 1.2 排土场边坡稳定性影响因素17-26
• 1.2.1 岩土物料的物理力学性质17-19
• 1.2.2 地基软岩和地形坡度的影响19-22
• 1.2.3 排土场堆积排放工艺的影响22-23
• 1.2.4 地表水及地下水的影响23-26
• 1.3 排土场边坡稳定性研究方法现状26-31
• 1.3.1 自适应有限元法27-28
• 1.3.2 离散单元法28
• 1.3.3 快速拉格朗日分析法28-29
• 1.3.4 边界元法29
• 1.3.5 界面元法29-30
• 1.3.6 不连续变形分析法30
• 1.3.7 数值流形法30-31
• 1.4 排土场边坡稳定安全处治措施31-32
• 1.5 论文研究内容及技术路线32-34
• 2 工程概况34-49
• 2.1 区域地质构造情况36-39
• 2.1.1 区域地质条件36-38
• 2.1.2 区域岩浆岩38
• 2.1.3 区域围岩蚀变38-39
• 2.2 工程水文地质特性39-40
• 2.2.1 矿区地表水系39
• 2.2.2 矿区地下水系39
• 2.2.3 工程地质特性39-40
• 2.2.4 工程环境特性40
• 2.3 排土场区域基底地层结构特性40-48
• 2.3.1 二期南坡基底40-45
• 2.3.2 二期城门沟基底45-48
• 2.4 本章小结48-49
• 3 排土场边坡岩土体特性试验与分析49-61
• 3.1 排土场基底岩体49-51
• 3.1.1 强度折减理论50
• 3.1.2 岩石强度折减计算50-51
• 3.2 排土场基底表层土体51-53
• 3.2.1 表层土体物理性质试验51-52
• 3.2.2 表层土体力学性质及压水试验52-53
• 3.3 排土场湖区基底湖泥53-54
• 3.3.1 湖泥特性分析53-54
• 3.3.2 湖泥物理力学指标选取54
• 3.4 排土场土石混合体54-59
• 3.4.1 土石混合体分布规律54-57
• 3.4.2 土石混合体物理力学性质分析57-58
• 3.4.3 物理力学参数初步优化58-59
• 3.5 本章小结59-61
• 4 排土场地基承载力及边坡稳定性研究61-99
• 4.1 基底承载能力分析61-65
• 4.1.1 基底沉降量计算61-62
• 4.1.2 基底极限堆置高度理论计算62-63
• 4.1.3 基底极限堆置高度类比分析及计算63-65
• 4.2 排土场特征剖面情况65-68
• 4.3 边坡稳定性极限平衡分析68-75
• 4.3.1 极限平衡法计算理论68-71
• 4.3.2 极限平衡法计算结果71-73
• 4.3.3 参数敏感性分析73-75
• 4.4 边坡稳定性可靠度分析75-83
• 4.4.1 稳定性状态函数75-76
• 4.4.2 拉丁超立方抽样76-79
• 4.4.3 可靠度计算结果79-83
• 4.5 边坡稳定性失稳破坏宏观分析83-87
• 4.5.1 有限差分计算原理83-84
• 4.5.2 强度折减法84-85
• 4.5.3 计算结果分析85-87
• 4.6 边坡稳定性失稳破坏细观分析87-97
• 4.6.1 颗粒流理论简述88-89
• 4.6.2 基于颗粒流理论的局部强度折减法89-91
• 4.6.3 基于矩张量理论的声发射细观模拟91-93
• 4.6.4 计算结果分析93-97
• 4.7 本章小结97-99
• 5 降雨对排土场稳定性影响关系特性研究99-129
• 5.1 降雨入渗饱和-非饱和渗流理论99-105
• 5.1.1 降雨入渗过程99-100
• 5.1.2 饱和-非饱和渗流有限元计算原理100-103
• 5.1.3 饱和-非饱和渗流数学模型103-104
• 5.1.4 降雨入渗边界条件的处理104-105
• 5.2 降雨入渗边坡稳定性分析理论105-108
• 5.2.1 降雨入渗边坡分析方法105-106
• 5.2.2 非饱和抗剪强度理论106-107
• 5.2.3 非饱和土边坡稳定分析理论107-108
• 5.3 降雨入渗边坡稳定性分析软件108-111
• 5.3.1 二维渗流分析软件SEEP/W108-110
• 5.3.2 基于SEEP/W与SLOPE/W的边坡稳定性分析110
• 5.3.3 建立分析模型过程110-111
• 5.4 降雨条件下排土场边坡渗流及稳定性分析111-126
• 5.4.1 排土场边坡区域气象水文概况111-112
• 5.4.2 排土场边坡典型特征剖面建模112-113
• 5.4.3 材料参数的选取113-115
• 5.4.4 初始稳态渗流场模拟结果115-116
• 5.4.5 持续强降雨瞬态渗流场模拟结果116-120
• 5.4.6 短时特大暴雨瞬态渗流场模拟结果120-123
• 5.4.7 降雨入渗条件下排土场边坡稳定性分析结果123-126
• 5.5 降雨入渗影响的防治126-127
• 5.6 本章小结127-129
• 6 排土场边坡稳定安全处治措施129-153
• 6.1 抗滑钢轨桩加固原理及方案129-133
• 6.1.1 抗滑桩加固原理129-130
• 6.1.2 抗滑钢轨桩内力计算130-132
• 6.1.3 抗滑钢轨桩桩位确定与布置132
• 6.1.4 抗滑钢轨桩数量的计算132-133
• 6.1.5 抗滑钢轨桩的强度及稳定性校核133
• 6.2 分级分类排放方案133-135
• 6.3 稳定安全处治措施可靠性验算135-138
• 6.3.1 极限平衡计算结果135-136
• 6.3.2 强度折减计算结果136-138
• 6.4 抗滑钢轨桩施工关键技术138-140
• 6.4.1 施工工艺流程138
• 6.4.2 钻孔工艺要点138-139
• 6.4.3 抗滑钢轨的安装与浇筑139-140
• 6.5 废岩分级分类排放施工效果检测140-151
• 6.5.1 检测总体布置方案140-141
• 6.5.2 现场测线布置141-143
• 6.5.3 测线1号数据分析143-146
• 6.5.4 测线2号数据分析146-148
• 6.5.5 测线3号数据分析148-151
• 6.6 本章小结151-153
• 7 结论153-158
• 7.1 主要结论153-154
• 7.2 创新点154-156
• 7.3 研究展望156-158
• 参考文献158-166
• 作者简历及在学研究成果166-170
• 学位论文数据集170

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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