本文選題：露天邊坡 + 內(nèi)排土場　； 參考：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：排土場滑坡、泥石流等災(zāi)害的防控,既關(guān)系到礦山的安全生產(chǎn),又關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)安全。本文以內(nèi)蒙古赤峰市元寶山露天煤礦內(nèi)排土場河道遷移工程為背景,采用現(xiàn)場調(diào)研、室內(nèi)試驗(yàn)、室外監(jiān)測、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,開展填方體沉降變形規(guī)律研究和邊坡穩(wěn)定性分析,為該礦山河道遷移工程建設(shè)在理論上提供依據(jù),對實(shí)現(xiàn)河道安全遷移具有重要的意義。本文完成的主要工作和研究成果如下：(1)通過對填土材料砂礫石土流變試驗(yàn)分析,提出了一種適合于砂礫石土的經(jīng)驗(yàn)蠕變模型,該模型的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系由指數(shù)函數(shù)表示,應(yīng)變-時間關(guān)系由改進(jìn)的雙曲線函數(shù)表示；結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相比,所建立的蠕變模型能準(zhǔn)確地描述砂礫石土在不同應(yīng)力水平下的蠕變過程,且具有較高的擬合精度；采用應(yīng)力水平0.2、0.4、0.6、0.8試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立蠕變模型,同時采用應(yīng)力水平0.3、0.5、0.7試驗(yàn)曲線進(jìn)行預(yù)測,預(yù)測結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,新建經(jīng)驗(yàn)蠕變模型不僅具備較高的擬合精度,而且具有較強(qiáng)的預(yù)測能力；通過對經(jīng)驗(yàn)蠕變模型在FLAC~(3D)軟件的二次開發(fā),模擬試驗(yàn)加載過程,數(shù)值計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果表明,兩者曲線吻合較好,驗(yàn)證了采用FLAC~(3D)數(shù)值計(jì)算的可靠性,為后文FLAC~(3D)蠕變工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。(2)基于Burgers蠕變模型對排土場散體沉降特性進(jìn)行分析,利用分層總和法的思想,將垂直填筑的排土場進(jìn)行分層處理,在排土過程中,底層在上覆“自重”變荷載作用下發(fā)生沉降變形,于是建立一種針對排土場沉降的定常Burgers蠕變模型；同時對定常Burgers蠕變模型中粘滯系數(shù)進(jìn)行改進(jìn),引入非線性粘滯系數(shù),提出一種能夠描述排土場沉降全過程的蠕變模型,該模型從理論解析角度推導(dǎo)出排土場填筑動態(tài)過程中沉降量、工后沉降量及累計(jì)沉降量計(jì)算公式。以齊大山鐵礦排土場監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)算,并通過模擬退火-粒子群混合算法、模擬退火算法、粒子群算法和非線性最小二乘法四種方法進(jìn)行全局搜索,結(jié)果表明,模擬退火-粒子群混合算法是一種較為理想、適用的方法,誤差較小,曲線刻畫程度也較高。(3)基于元寶山露天煤礦西排土場監(jiān)測數(shù)據(jù)對內(nèi)排土場蠕變參數(shù)進(jìn)行反演,獲取定常Burgers模型計(jì)算參數(shù)；采用FLAC~(3D)軟件分別對細(xì)粒土質(zhì)砂(選用Burgers模型)、砂礫石土(選用二次開發(fā)的砂礫石模型)的填土過程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,分析內(nèi)排土場填方體推進(jìn)不同位置時各監(jiān)測點(diǎn)的沉降規(guī)律。在內(nèi)排土場填方體河道位置選擇分析中,根據(jù)各觀測點(diǎn)數(shù)值計(jì)算的結(jié)果,結(jié)合沉降經(jīng)驗(yàn)函數(shù),建立了河道占用內(nèi)排土場頂部平臺最大位置和填土推進(jìn)時間之間的關(guān)系式。結(jié)果表明,當(dāng)填土推進(jìn)時間為2年時,建議河道位置范圍選擇距離原點(diǎn)小于或等于136.8 m,最終填土推進(jìn)距離為310 m。(4)在確定填土推進(jìn)距離以及河道建設(shè)范圍的基礎(chǔ)上,基于飽和-非飽和滲流理論和邊坡穩(wěn)定性分析方法,揭示了在持續(xù)強(qiáng)降雨和短時大暴雨作用下填方體邊坡滲流特性及邊坡安全系數(shù)變化規(guī)律。計(jì)算結(jié)果表明,填方體邊坡安全系數(shù)隨降雨的持續(xù)呈單調(diào)遞減趨勢；排水墊層對填方體邊坡穩(wěn)定性影響較大,內(nèi)排土場填方體鋪設(shè)排水墊層情況下,填方體邊坡初始安全系數(shù)為1.347,經(jīng)歷持續(xù)強(qiáng)降雨或短時大暴雨情況下安全系數(shù)仍保持1.3以上,均能滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求;內(nèi)排土場填方體無鋪設(shè)排水墊層情況下,填方體邊坡初始安全系數(shù)僅為0.901,不符合規(guī)范要求；通過對排水墊層厚度影響分析,當(dāng)排水墊層厚度設(shè)置3m以上(包含3m)時,初始水位線受排水墊層厚度影響較小,此時邊坡安全系數(shù)受排水墊層厚度影響也較小,且邊坡安全系數(shù)大于1.3,滿足規(guī)范要求。針對元寶山露天煤礦河道遷移工程所面臨的主要問題和技術(shù)難點(diǎn),本文在研究過程中,取得了以下創(chuàng)新性成果：(1)基于經(jīng)典的Burgers蠕變模型,通過分析排土場填土過程,建立了一種適用于排土場動態(tài)排土過程及竣工后的土體沉降蠕變模型；(2)建立了一種適合于砂礫石土的蠕變經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?3)基于飽和-非飽和滲流理論及其邊坡穩(wěn)定性分析理論,對傳統(tǒng)極限平衡公式進(jìn)行修改,實(shí)現(xiàn)了在持續(xù)強(qiáng)降雨和短時大暴雨條件下內(nèi)排土場填方體邊坡穩(wěn)定性分析,揭示了降雨入滲對內(nèi)排土場填方體邊坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律。
[Abstract]:In this paper , the author puts forward an empirical creep model suitable for sand gravel soil by analyzing the rheological tests of sand and gravel soil in Chifeng City , Inner Mongolia .
Results Compared with the experimental data , the creep model established can accurately describe the creep process of sand - gravel soil under different stress levels , and has higher fitting accuracy .
The creep model is established by using the stress level of 0.2 , 0.4 , 0.6 and 0.8 , meanwhile , the prediction results are compared with the test data by using a stress level of 0.3 , 0.5 and 0.7 , and the new empirical creep model not only has higher fitting accuracy , but also has strong prediction capability ;
Through the secondary development of the empirical creep model in FLAC ~ ( 3D ) software , the simulation test loading process , numerical results and test results show that the two curves are in good agreement and the reliability of FLAC ~ ( 3D ) creep engineering is established .
A creep model can be used to describe the whole process of the settlement . The results show that the simulated annealing - particle swarm hybrid algorithm is an ideal and suitable method . The simulation annealing algorithm , particle swarm optimization algorithm and nonlinear least square method are used for global search . The results show that the simulated annealing - particle swarm optimization algorithm is a perfect method .
Using FLAC ~ ( 3D ) software , we calculate the filling process of fine - grained soil sand ( the model of sand - gravel with secondary development ) , and analyze the relationship between the maximum position of the top platform and the filling advancing time . The results show that the slope stability analysis method based on the saturated - unsaturated seepage theory and the slope stability analysis method is based on the calculation results of each observation point . The results show that the safety factor of the filling body slope decreases with the continuous rainfall .
The initial safety factor of the filling body slope is 1.347 under the condition of large slope stability of the filling body by the drainage cushion layer , and the initial safety factor of the filling body side slope is 1.347 under the condition that the filling body of the filling body is laid with the drainage cushion layer , and the safety factor of the filling body side slope is still more than 1.3 , and the initial safety factor of the filling body side slope is only 0.901 under the condition of no laying drainage cushion layer , and the filling body slope does not meet the specification requirements ;
By analyzing the influence of the thickness of the drainage cushion layer , when the thickness of the drainage cushion layer is more than 3m ( including 3m ) , the initial water level line is influenced by the thickness of the drainage cushion layer , and the safety factor of the slope is smaller than that of the drainage cushion layer , and the safety factor of the slope is greater than 1.3 , and meets the specification requirements .
( 2 ) a creep experience model suitable for gravel soil is established ;
( 3 ) Based on the theory of saturated - unsaturated seepage theory and its slope stability analysis theory , the traditional limit equilibrium formula is modified to realize the stability analysis of the slope stability of the earth filling body in the condition of continuous strong rainfall and short - time heavy rain , and the influence law of the rainfall infiltration on the stability of the filling body slope in the inner drainage area is revealed .

【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TV85;TD824.8

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本文編號：1792573