本文關(guān)鍵詞：云南會(huì)澤駕車磷礦細(xì)粒尾礦壩工程地質(zhì)特性及穩(wěn)定性研究

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【摘要】：尾礦庫(kù)主要用于堆存礦石選別后排出的尾礦或其他工業(yè)廢渣。如果尾礦壩發(fā)生潰壩,將嚴(yán)重危害下游生命和財(cái)產(chǎn)的安全,同時(shí)帶來(lái)環(huán)境和生態(tài)災(zāi)難。磷礦細(xì)粒尾礦料的成分、顆粒組成結(jié)構(gòu)及孔隙結(jié)構(gòu)等微觀特性對(duì)尾礦料物理力學(xué)性質(zhì)有著及其重要的影響,因此對(duì)其微觀特性和力學(xué)特征進(jìn)行研究具有重要的理論價(jià)值。地質(zhì)條件和壩體結(jié)構(gòu)因素是尾礦壩潰壩的主要原因,因此論文依托會(huì)澤縣駕車油房磷礦尾礦庫(kù)工程,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察、試驗(yàn)研究、理論分析、數(shù)值模擬等方法與手段,對(duì)磷礦細(xì)粒尾礦壩的庫(kù)區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征、磷礦細(xì)粒尾礦料的微觀特性、初始開(kāi)裂模型、分層固結(jié)特性及其物理力學(xué)特性、庫(kù)體的滲流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)、地震荷載作用下尾礦庫(kù)的穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)響應(yīng)等特征參數(shù)進(jìn)行分析。主要研究工作如下：(1)基于鉆探和各種地質(zhì)資料,研究區(qū)內(nèi)環(huán)境工程地質(zhì)條件對(duì)庫(kù)區(qū)穩(wěn)定性的影響,重點(diǎn)研究了新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)庫(kù)區(qū)穩(wěn)定性的影響。經(jīng)研究得到,研究區(qū)域?qū)儆诘釚|穹窿式上升區(qū),以斷塊差異升降為主的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈。小江活動(dòng)斷裂帶東支是控制庫(kù)區(qū)穩(wěn)定性的主要構(gòu)造帶,為典型的全新世強(qiáng)烈活動(dòng)斷層。(2)對(duì)磷礦尾礦料的微觀特性進(jìn)行研究。利用X射線熒光光譜儀、BET試驗(yàn)、脫附-吸附試驗(yàn)和掃描電鏡對(duì)磷礦細(xì)粒尾礦料與顆粒較粗的砂土和同屬細(xì)粒土的紅粘土進(jìn)行成分、孔隙結(jié)構(gòu)、顆粒組成結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析。結(jié)果表明,尾礦料成分較單一；相對(duì)于紅粘土,磷礦細(xì)粒尾礦料的孔結(jié)構(gòu)主要為介孔,基質(zhì)孔絕對(duì)含量較低,但相對(duì)含量較高,基質(zhì)孔容控制著非飽和尾礦料的基質(zhì)吸力的大小,間隙孔容是影響尾礦料的滲透性和壓縮性的主要原因；磷礦細(xì)粒尾礦料為粉粒,顆粒結(jié)構(gòu)為單粒結(jié)構(gòu)。磷礦尾礦料的顆粒雖然比粘土還細(xì),但不具有粘土的特性。(3)對(duì)非飽和尾礦料的力學(xué)性質(zhì)開(kāi)展研究�；谖驳V料微觀特征研究的基礎(chǔ)上,建立了適用于尾礦料的理想化球體顆粒模型,得到非飽和尾礦料基質(zhì)吸力特征；選用濾紙法測(cè)定磷礦尾礦料、砂土、一般粉土和紅粘土的基質(zhì)吸力,通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),尾礦料的最大基質(zhì)吸力很小,這與尾礦料的孔隙結(jié)構(gòu)和顆粒組成結(jié)構(gòu)有關(guān)；對(duì)不同干密度、不同飽和度的磷礦尾礦料的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)表明,不同干密度、不同飽和度的尾礦料抗剪強(qiáng)度指標(biāo)有所變化,但差異不大,這與非飽和尾礦料的基質(zhì)吸力過(guò)小有關(guān)。(4)采用變濕應(yīng)力研究尾礦料的應(yīng)力狀態(tài)和開(kāi)裂,建立了滿足圣維南原理的基于變濕的尾礦料裂隙開(kāi)展模型,獲得了尾礦料初始裂隙間距和裂隙寬度的定量表達(dá)式。(5)對(duì)非飽和與飽和尾礦料固結(jié)特征進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)不同干密度、不同飽和度的非飽和尾礦料試樣進(jìn)行單向壓縮固結(jié)試驗(yàn),得到初始固結(jié)壓力能消除初始干密度對(duì)尾礦料壓縮特性的影響,尾礦料的壓縮特性對(duì)應(yīng)力歷史不敏感,非飽和尾礦料壓縮過(guò)程具有明顯的階段性；在不引入波以耳方程的條件下推導(dǎo)出尾礦料初始變形方程；對(duì)飽和尾礦料進(jìn)行的分層固結(jié)模型試驗(yàn)研究表明飽和尾礦料具有和非飽和尾礦料相似的壓縮固結(jié)特征,在很小的初始固結(jié)壓力下土樣就會(huì)趨于穩(wěn)定,應(yīng)力歷史對(duì)尾礦料的影響不大。(6)基于飽和一非飽和理論,建立了磷礦細(xì)粒尾礦壩的平面和三維有限元計(jì)算模型,并進(jìn)行了不同工況下的滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的耦合分析和穩(wěn)定性計(jì)算。不同工況下的浸潤(rùn)線最小埋深、抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。應(yīng)力近似呈近水平層分布,隨深度的增加而增大。位移極值區(qū)域近似沿庫(kù)區(qū)縱向?qū)ΨQ分布,位移大小自中心向外部呈環(huán)狀遞減的趨勢(shì)。(7)基于非線性時(shí)程分析法,建立了高烈度區(qū)磷礦細(xì)粒尾礦壩的動(dòng)力有限元計(jì)算模型,并進(jìn)行了不同工況下的瞬態(tài)響應(yīng)分析、全時(shí)程穩(wěn)定性和液化分析。不同工況下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。初期壩和堆石子壩附近區(qū)域?qū)儆谳^危險(xiǎn)區(qū)域。
【關(guān)鍵詞】：磷礦細(xì)粒尾礦壩 工程地質(zhì)條件 微觀特性 流固耦合 穩(wěn)定性 動(dòng)力學(xué)響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD926.4
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-15
• 第一章 緒論15-28
• 1.1 選題背景及意義15-16
• 1.2 相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀16-24
• 1.2.1 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)研究現(xiàn)狀16-19
• 1.2.2 滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的耦合分析研究現(xiàn)狀19-22
• 1.2.3 動(dòng)力學(xué)響應(yīng)及穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀22-24
• 1.3 研究?jī)?nèi)容與工作方案24-26
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容24-25
• 1.3.2 技術(shù)路線25
• 1.3.3 主要試驗(yàn)工作量25-26
• 1.4 論文創(chuàng)新點(diǎn)26-28
• 第二章 研究區(qū)環(huán)境工程地質(zhì)條件28-52
• 2.1 工程概況28-36
• 2.1.1 工程位置28
• 2.1.2 庫(kù)區(qū)自然地理及地形地貌28-32
• 2.1.3 尾礦庫(kù)工程概況32-36
• 2.2 庫(kù)區(qū)地質(zhì)特征36-43
• 2.2.1 地層巖性及其工程特性36-40
• 2.2.2 筑壩材料工程特性40
• 2.2.3 區(qū)域大地構(gòu)造位置及主要構(gòu)造帶40-43
• 2.3 庫(kù)區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)43-47
• 2.3.1 區(qū)域新構(gòu)造分區(qū)43-44
• 2.3.2 庫(kù)區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)基本特點(diǎn)44
• 2.3.3 近場(chǎng)區(qū)主要斷層活動(dòng)性分析44-47
• 2.4 庫(kù)區(qū)地震活動(dòng)特征47-50
• 2.4.1 工程場(chǎng)地區(qū)域歷史地震及其分布47-49
• 2.4.2 工程場(chǎng)區(qū)地震烈度49
• 2.4.3 地震活動(dòng)對(duì)尾礦壩穩(wěn)定性影響49-50
• 2.5 本章小結(jié)50-52
• 第三章 尾礦料微觀特性及其宏觀力學(xué)性質(zhì)研究52-67
• 3.1 微觀特性52-59
• 3.1.1 尾礦料成分特點(diǎn)52-53
• 3.1.2 尾礦料孔隙結(jié)構(gòu)特征53-58
• 3.1.3 尾礦料顆粒結(jié)構(gòu)特征58-59
• 3.2 尾礦料的基質(zhì)吸力59-64
• 3.2.1 基于球體顆粒模型確定基質(zhì)吸力變化規(guī)律59-61
• 3.2.2 非飽和尾礦料的基質(zhì)吸力測(cè)量試驗(yàn)61-64
• 3.3 非飽和尾礦料的力學(xué)強(qiáng)度64-66
• 3.4 本章小結(jié)66-67
• 第四章 尾礦料初始開(kāi)裂模型及分層固結(jié)特性67-81
• 4.1 變濕應(yīng)力和初裂深度68-69
• 4.2 初始裂隙間距和裂隙寬度69-71
• 4.3 固結(jié)試驗(yàn)71-76
• 4.3.1 30%飽和度的壓縮固結(jié)試驗(yàn)72-73
• 4.3.2 40%飽和度的壓縮固結(jié)試驗(yàn)73-74
• 4.3.3 50%飽和度的壓縮固結(jié)試驗(yàn)74-76
• 4.4 尾礦料單向固結(jié)方程76-78
• 4.4.1 尾礦料的初始變形方程組76-78
• 4.4.2 尾礦料的固結(jié)方程78
• 4.5 尾礦料模型試驗(yàn)78-80
• 4.6 本章小結(jié)80-81
• 第五章 滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合分析研究81-119
• 5.1 飽和—非飽和滲流基本方程81-83
• 5.1.1 飽和滲流運(yùn)動(dòng)方程81-82
• 5.1.2 非飽和滲流運(yùn)動(dòng)方程82
• 5.1.3 定解條件82-83
• 5.1.4 求解方法83
• 5.2 滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合機(jī)理分析83-86
• 5.2.1 滲流場(chǎng)影響應(yīng)力場(chǎng)的機(jī)理84-85
• 5.2.2 應(yīng)力場(chǎng)影響滲流場(chǎng)的機(jī)理85-86
• 5.3 滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)直接耦合分析86-91
• 5.3.1 數(shù)學(xué)模型86-88
• 5.3.2 耦合場(chǎng)求解88-91
• 5.4 滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)耦合分析91-105
• 5.4.1 計(jì)算參數(shù)91-92
• 5.4.2 計(jì)算模型92-97
• 5.4.3 計(jì)算說(shuō)明97-98
• 5.4.4 尾礦庫(kù)滲流場(chǎng)特征98-100
• 5.4.5 尾礦庫(kù)應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)特征100-105
• 5.5 整體加載時(shí)穩(wěn)定性分析105-110
• 5.5.1 計(jì)算工況105
• 5.5.2 洪水最高水位工況105-107
• 5.5.3 正常運(yùn)行水位工況107-109
• 5.5.4 穩(wěn)定性特征109-110
• 5.5.5 工程建議110
• 5.6 筑壩過(guò)程穩(wěn)定性分析110-117
• 5.6.1 計(jì)算模型111-112
• 5.6.2 筑壩過(guò)程穩(wěn)定性計(jì)算112-117
• 5.6.3 工程建議117
• 5.7 本章小結(jié)117-119
• 第六章 尾礦壩地震動(dòng)力特性分析119-144
• 6.1 引言119-121
• 6.1.1 抗震等級(jí)119
• 6.1.2 地震荷載119-120
• 6.1.3 阻尼比120
• 6.1.4 安全系數(shù)120-121
• 6.2 非線性動(dòng)力分析方法121-124
• 6.2.1 瞬態(tài)響應(yīng)分析方法121-122
• 6.2.2 穩(wěn)定性分析方法122-123
• 6.2.3 液化分析方法123-124
• 6.3 尾礦壩動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析124-133
• 6.3.1 計(jì)算模型124-125
• 6.3.2 應(yīng)力場(chǎng)125-129
• 6.3.3 位移場(chǎng)129-131
• 6.3.4 速度場(chǎng)131-132
• 6.3.5 加速度場(chǎng)132-133
• 6.3.6 工程建議133
• 6.4 尾礦庫(kù)動(dòng)力穩(wěn)定性分析133-141
• 6.4.1 全時(shí)程動(dòng)力穩(wěn)定性分析134-138
• 6.4.2 最大加速度時(shí)刻動(dòng)力穩(wěn)定性分析138-141
• 6.4.3 動(dòng)力穩(wěn)定性特征141
• 6.4.4 穩(wěn)定性對(duì)比分析141
• 6.5 尾礦壩液化分析141-142
• 6.6 本章小結(jié)142-144
• 第七章 結(jié)論與展望144-147
• 7.1 結(jié)論144-146
• 7.2 展望146-147
• 參考文獻(xiàn)147-154
• 致謝154-155
• 附錄 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與專利155

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8 譚欽文;中線法高堆尾礦壩優(yōu)化理論及其關(guān)鍵力學(xué)問(wèn)題研究[D];重慶大學(xué);2008年

9 曾向農(nóng);礦山碾壓尾礦壩穩(wěn)定性分析及預(yù)警預(yù)報(bào)理論應(yīng)用研究[D];中南大學(xué);2008年

10 魏勇;尾礦壩漫頂潰壩砂流演進(jìn)數(shù)值模擬與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[D];東北大學(xué);2011年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 金永健;尾礦壩二維固結(jié)滲流模型研究及壩體穩(wěn)定性分析[D];中南大學(xué);2009年

2 張本卓;降雨作用下尾礦壩的性狀分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

3 楊國(guó)順;井峪溝尾礦壩穩(wěn)定性分析[D];沈陽(yáng)建筑大學(xué);2011年

4 陳永貴;含硫銅礦尾礦壩的滲漏認(rèn)識(shí)與治理研究[D];中南大學(xué);2002年

5 袁志丹;尾礦壩的靜、動(dòng)力穩(wěn)定分析及其應(yīng)用[D];華中科技大學(xué);2005年

6 寧民霞;水對(duì)尾礦壩穩(wěn)定性影響研究[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2003年

7 王焯;基于模糊理論的尾礦壩安全現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)[D];山東科技大學(xué);2010年

8 李書(shū)娜;尾礦壩潰壩模型及數(shù)值模擬研究[D];中南大學(xué);2010年

9 王會(huì)芬;細(xì)粒尾礦壩的地震動(dòng)力反應(yīng)分析及液化評(píng)價(jià)[D];昆明理工大學(xué);2010年

10 馬池香;尾礦壩滲流場(chǎng)分析及其水土交互作用機(jī)理研究[D];東北大學(xué);2008年

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本文編號(hào)：1071802