【摘要】：攀枝花-西昌地區(qū)儲藏著大量釩鈦磁鐵礦,近三十年來,攀枝花鋼鐵公司利用高爐冶煉技術將釩鈦磁鐵礦、助溶劑、脈石等作為原料,通過還原反應,提煉出生鐵,高爐渣隨之以附屬品的形式從高爐中排出。據(jù)統(tǒng)計,攀枝花鋼鐵公司共產(chǎn)生近6000萬噸高爐渣,其中約3700萬噸高爐渣被排棄在攀鋼釩西渣場,從而形成了寬約1600余米,高度達100余米的大型堆積體邊坡,該堆積體邊坡規(guī)模大、表層渣體較松散,緊鄰金沙江,一旦發(fā)生變形或失穩(wěn),將會對金沙江水域和周圍人民的生命財產(chǎn)安全造成重大影響。因此,就該場地的高爐渣物理力學特性及邊坡穩(wěn)定性展開研究具有重要的工程意義。本文通過現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查和無人機航拍的手段,對攀鋼釩西渣場邊坡的工程地質(zhì)特征進行分析,歸納出了該邊坡內(nèi)高爐渣的結(jié)構(gòu)特征、來源及成因;通過一系列室內(nèi)試驗,總結(jié)了高爐渣的礦物成分、微觀結(jié)構(gòu)特征、粒度特征、顆粒形狀特征、密度含水率、比重特征、擊實特性、滲透特性、抗剪強度特征及變化規(guī)律;根據(jù)所得結(jié)論,對該邊坡的穩(wěn)定性進行了工程地質(zhì)分析、Geostudio軟件的數(shù)值分析、顆粒流的數(shù)值分析,得出以下成果及認識:(1)攀鋼釩西渣場邊坡主要由松散高爐渣、熱熔高爐渣組成,松散高爐渣呈顆粒狀,位于邊坡前緣,其前部緊鄰沿江擋墻,后部緊鄰熱熔高爐渣;該邊坡內(nèi)的熱熔高爐渣有以下四種結(jié)構(gòu)形態(tài):塊狀膠結(jié)形態(tài)、鐘乳石形態(tài)、架空結(jié)構(gòu)形態(tài)、流紋狀結(jié)構(gòu)形態(tài)。(2)X射線衍射、電鏡掃描試驗分析結(jié)果顯示,兩種高爐渣的主要礦物含量有一定差別,主要礦物成分為透輝石、鈣鈦礦、鈦輝石、尖晶石、巴依石、重鈦酸鎂;松散高爐渣表面多孔,而熱熔高爐渣表面多呈網(wǎng)格狀玻璃體嵌晶結(jié)構(gòu)。(3)通過粒度特征及顆粒形狀特征試驗分析,高爐渣的粗顆粒含量均超過87%,級配較差,且邊坡位置越低,松散高爐渣的粗顆粒含量越大;松散高爐渣的軸向系數(shù)K_A較小,其塊狀特征更明顯,圓滑程度更高;熱熔高爐渣的棱角性系數(shù)A~P較大,其顆粒輪廓更不規(guī)則,較尖銳,棱角性更強。(4)通過滲透試驗和擊實試驗分析認為,高爐渣的滲透系數(shù)較大,在1.01～12.96cm/s范圍間,當細顆粒含量小于30%時,滲透系數(shù)受影響較明顯;保持試樣中含水率不變,細顆粒含量為12%時高爐渣的干密度最大,若細顆粒含量超過12%,干密度將不斷減小;當試樣中細顆粒含量不變時,若含水率增大,干密度是先增加后減小的。(5)松散高爐渣的抗剪強度特性:(a)抗剪強度參數(shù)跨度較大,C=2.26～181.08kPa,φ=4.48～56.72°。(b)當細顆粒含量在區(qū)間[30,40]變化時,咬合力C驟減,當細顆粒含量超過30%后,咬合力C隨著含水率的變化波動較小。(c)當含水率為1.4%時,內(nèi)摩擦角φ隨著細顆粒含量的變化波動較小,當含水率超過6%后,細顆粒含量在區(qū)間[30,40]變化,內(nèi)摩擦角驟減。(6)熱熔高爐渣的抗剪強度特性:(a)咬合力C和內(nèi)摩擦角φ都較大,C=188.3 9～438.44kPa,φ=36.07～43.92°。(b)內(nèi)摩擦角φ隨著膠結(jié)料摻量增加變化不大,咬合力C與膠結(jié)料摻量呈正相關關系。(c)水的加入會降低咬合力C和內(nèi)摩擦角φ。(7)邊坡穩(wěn)定性分析和計算結(jié)果:(a)通過工程地質(zhì)分析,熱熔高爐渣層整體穩(wěn)定性良好;松散高爐渣層在自然狀態(tài)下處于極限平衡狀態(tài),在降雨和江水位上升條件下局部欠穩(wěn)定;擋墻整體穩(wěn)定性較好,無明顯變形跡象。(b)極限平衡分析結(jié)果顯示,工況條件從低水位變化至洪水位時,邊坡穩(wěn)定性系數(shù)在1.054～1.101間變動,處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。(c)顆粒流分析結(jié)果顯示,低水位990m工況下,邊坡整體穩(wěn)定性較好,擋墻位移為0.014m;高水位1005m工況下,邊坡底部局部穩(wěn)定性稍差,擋墻位移為0.016m;洪水位1010m工況下,邊坡整體穩(wěn)定性下降,擋墻位移為0.012m。
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU43
【圖文】：

圖 1-1 技術路線圖得主要成果文通過現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查、室內(nèi)試驗、數(shù)值模擬分析的方法對攀鋼釩西爐渣和松散高爐渣這兩種高爐渣展開了研究，對邊坡穩(wěn)定性進行了析，取得如下成果：通過現(xiàn)場調(diào)查并查閱相關文獻資料，總結(jié)出該邊坡的形態(tài)規(guī)模、墻基本特征以及高爐渣的結(jié)構(gòu)特征、來源及成因。通過大量室內(nèi)試驗，得到松散高爐渣和熱熔高爐渣的微觀特征、粒形狀特征、擊實特性、滲透特性、抗剪強度特性，總結(jié)出兩種高征差異、干密度與細顆粒的關系、滲透系數(shù)變化規(guī)律、抗剪強度變化設計不同的江水位工況，經(jīng) Geostudio 軟件模擬得到邊坡的穩(wěn)定水位分布特征。再建立顆粒流模型進行流固耦合計算，得到了不同下邊坡的位移速度關系、擋墻的速度位移關系、樁基不同深度的土

原位于溝口北岸，后經(jīng)攀鋼公司在其上游修建弄弄溝排洪隧洞引水后溝河水改道從其北側(cè)注入金沙江，攀鋼釩西渣場反而位于其南側(cè)。金沙江緊鄰場地從其南側(cè)流經(jīng)，金沙江為本區(qū)最大河流及地表水體。金沙我國青藏高原、云貴高原、四川盆地西部邊緣，干流全長 3496km，總落m，流域面積 47.3 萬 km2，流域多年平均徑流量 1520 億 m3，水資源、水十分豐富。金沙江干流以麗江石鼓、攀枝花為界，分為上、中、下三段，-石鼓為金沙江上段，區(qū)間流域面積 7.65 萬 km2，河段長約 984km；石鼓花為金沙江中段，區(qū)間流域面積 4.5 萬 km2，河段長約 564km；攀枝花-宜段，區(qū)間流域面積 21.4 萬 km2，河段長 768km，如圖 2-2 所示。據(jù)查閱資料知，金沙江段徑流量的年際變化不大，上游較中下游變化稍大直門達站最大年徑流量 217 億 m3（1989 年），最小年徑流量 66.2 億 m3（19中段石鼓站最大年徑流量 546 億 m3（1954 年），最小年徑流量 294 億 m94 年）；下段屏山站最大年徑流量 2030 億 m3（1998 年），最小年徑流量 10（1994 年）。

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