【摘要】：交通、礦產(chǎn)、水利工程等項目在建設(shè)過程中會產(chǎn)生大量的人工棄渣,如果這些棄渣處理不當,直接現(xiàn)場堆積,會破壞地表植被及工程區(qū)的壞境,會威脅到現(xiàn)場施工的安全,甚至產(chǎn)生失穩(wěn)破壞。此外,人們?yōu)榱俗非笳嫉厣偌案叩慕?jīng)濟效益,便不斷的提高棄渣場(排土場)堆積高度、堆積坡角,使棄渣場最大堆積量成為最高目標。棄渣場每增加一些堆積量都會產(chǎn)生上千萬甚至過億的收益,但隨著棄渣場堆積量的增加,棄渣體邊坡變得越來越陡,使得堆積邊坡發(fā)生失穩(wěn)引起崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。本文以云南省華麗高速26號合同段棄渣場為研究對象,由于該棄渣場未達到最終堆積形態(tài),一直處于運行狀態(tài),現(xiàn)場挖探槽測定顆粒級配的分布規(guī)律無法實現(xiàn),在現(xiàn)場完成原位密度、天然含水率測試工作后將棄渣場的擾動土取樣、封裝、運回實驗室,進行室內(nèi)排渣模擬試驗,重現(xiàn)了棄渣場達到最終堆積形態(tài)后現(xiàn)場顆粒級配及含石量沿坡面垂直方向和水平方向的分布規(guī)律。再通過室內(nèi)大型直剪試驗研究不同含石量條件下,抗剪強度參數(shù)的變化規(guī)律,得到抗剪強度參數(shù)與含石量的關(guān)系曲線及棄渣場各個區(qū)內(nèi)的抗剪強度參數(shù)。最后運用Hypermesh軟件對棄渣場實體進行三維建模,建立了4種計算模型,導(dǎo)入flac3d,將確定好的力學(xué)參數(shù)代入不同計算模型進行穩(wěn)定性分析計算,分析其位移場、應(yīng)變場、安全系數(shù)等。本文的主要結(jié)論有:(1)室內(nèi)模擬棄渣場傾倒試驗結(jié)果表明:棄渣體的最終堆積形態(tài)順坡面呈上厚下薄的“倒三角”形,此形態(tài)與棄渣場多次排渣后的形態(tài)一致。(2)渣體粒徑沿邊坡水平方向及垂直方向上具有一定的規(guī)律性。沿邊坡垂直高度從高到低方向?qū)⑦吰聞澐譃?層,土顆粒(粒徑5mm)含量隨著邊坡高度的降低逐漸減小,中等石顆粒(5mm粒徑20mm)含量隨著邊坡高度的降低先增加再降低,粗石顆粒(20mm粒徑60mm)含量及含石量(粒徑5mm)隨著邊坡高度的降低逐漸增加。沿水平方向從坡外向坡里,土顆粒含量逐漸增加,第4層呈現(xiàn)相反規(guī)律;中等石顆粒含量逐漸增加;粗石顆粒含量逐漸降低;含石量逐漸降低,第4層呈現(xiàn)相反規(guī)律;各粒組沿水平方向含量整體變化幅度不大。(3)試樣的抗剪強度參數(shù)隨著含石量變化而變化,試樣的內(nèi)摩擦角隨著含石量的增加非線性增長。在低含石量(含石量20%)范圍時,內(nèi)摩擦角隨著含石量的增加增長幅度較小;在中等含石量(20%≤含石量≤80%)范圍時,內(nèi)摩擦角隨著含石量的增加快速增長;在高含石量時(含石量80%),內(nèi)摩擦角的增長幅度變化較小;粘聚力隨著含石量的增加先增大再減小,在含石量為40%時達到峰值。(4)4種計算模型得到的邊坡位移值、安全系數(shù)值、剪應(yīng)變增量不同;邊坡的總位移隨著計算模型分層、分區(qū)的細化而減小;分層、分區(qū)模型的安全系數(shù)值都比均質(zhì)模型大,其中分五層模型的安全系數(shù)最大,邊坡狀態(tài)最穩(wěn)定;安全系數(shù)值在三維強度折減法中的計算結(jié)果比二維極限平衡法的計算結(jié)果小;在沿特征點x-z方向位移剖面圖中,最大位移值所處位置與邊坡總位移最大位移處位置一致,且隨著算模型分層、分區(qū)的細化邊坡最大位移值范圍縮小;在沿特征點x-z方向剪應(yīng)變增量剖面圖中,可以看出最大剪應(yīng)變區(qū)域隨著計算模型分層、分區(qū)的細化逐漸縮小。各特征點的y-z方向剖面位移、剪應(yīng)變增量,變化規(guī)律不一致,這說明了分區(qū)、分層模型對棄渣場的穩(wěn)定性分析結(jié)果有明顯的影響。(5)在地震工況下,棄渣場的位移、剪應(yīng)變增量和安全系數(shù)等變化規(guī)律與自然工況下的變化規(guī)律相一致;地震工況下各計算模型的總位移分別為,模型I為213.27mm、模型II為205.20mm、模型Ⅲ為176.46mm、模型Ⅳ為136.96mm,比自然工況下分別增長了102.29%、114.58%、109.62%、133.16%;采用極限平衡法計算的安全系數(shù)值分別為,模型I為1.30、模型II為1.32、模型Ⅲ為1.42、模型Ⅳ為1.36,比自然工況下的安全系數(shù)分別減小了9.27%、9.59%、7.79%、9.33%;采用強度折減法計算的安全系數(shù)值分別為,模型I為1.04、模型II為1.06、模型Ⅲ為1.12、模型Ⅳ為1.10,比自然工況下的安全系數(shù)分別減小了15.45%、15.87%、13.85%、14.06%。
【圖文】：

材料取自華麗高速公路 26 號合同段棄渣場，棄渣體為典型的土石要為粉質(zhì)黏土，，碎石塊主要為紫紅色粉砂巖和黃褐色碎石塊，粒徑0mm 以下，在棄渣場頂部傾倒前的排渣車內(nèi)取樣之后，進行現(xiàn)場密至實驗室，如圖 2 所示。

圖 3 棄渣體試驗裝置Fig. 3 Test device of abandoned slag案室內(nèi)渣體傾倒模擬試驗主要分為兩個部分:擬棄渣場現(xiàn)場汽車排渣過程，本次試驗采用小塑料桶模擬現(xiàn)場每次裝 15Kg 棄渣體在試驗裝置平臺上進行傾倒模擬，共計多次傾倒堆積后的最終形態(tài)。多次傾倒試驗形成的棄渣體邊坡進行劃區(qū)篩分，依據(jù)棄渣體擬將棄渣體邊坡分為 5 層 14 個區(qū)，垂直方向從高到低分為 1為形成的棄渣體邊坡形態(tài)在高度方向上會逐漸變薄，所以為可靠性，在水平方向上由外向里，將第一層劃分為 A、B、-4 層劃分為 A、B、C 三個區(qū)，將第 5 層僅僅劃分為 A 一個區(qū)。
【學(xué)位授予單位】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU43

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本文編號：2658257