【摘要】：凍融作為一種強(qiáng)風(fēng)化作用,將導(dǎo)致巖土體工程性質(zhì)產(chǎn)生一定的變化。在高寒高海拔區(qū)域,季節(jié)凍融作用強(qiáng)烈,與凍融循環(huán)作用相關(guān)的系列地質(zhì)災(zāi)害問題時(shí)常發(fā)生,給區(qū)域內(nèi)的工程建設(shè)與維護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。對(duì)于高寒高海拔地區(qū)的礦山排土場(chǎng)而言,由于其本身特有的性質(zhì),在凍融作用的不利影響下容易發(fā)生包括滑坡、泥石流等嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害,威脅礦山的安全生產(chǎn)和下游及周邊的人民生命財(cái)產(chǎn)。本文以西藏甲瑪銅多金屬礦山排土場(chǎng)為研究背景,通過系統(tǒng)的凍融循環(huán)試驗(yàn)和單軸抗壓強(qiáng)度、三軸壓縮試驗(yàn),研究了不同顆粒級(jí)配條件下排土場(chǎng)粗粒土力學(xué)性質(zhì)隨凍融循環(huán)作用的變化規(guī)律,量化了凍融循環(huán)作用導(dǎo)致的粗粒土強(qiáng)度劣化過程。針對(duì)高寒高海拔季節(jié)凍融作用,開展了粗粒土凍融界面大型直剪試驗(yàn)研究,對(duì)比研究了融土與凍融界面的剪切力學(xué)行為差異。在此基礎(chǔ)上,對(duì)天然工況和經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)工況下的排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行模擬研究,分析了凍融作用對(duì)排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性的不利影響。以此,希望可為寒區(qū)相關(guān)邊坡工程凍融災(zāi)害的防控提供參考。主要結(jié)論如下:(1)粗粒土單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究:在凍融循環(huán)作用下,粗粒土單軸抗壓性能發(fā)生顯著變化。經(jīng)歷多次凍融循環(huán)作用后,粗粒土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形式逐漸由應(yīng)變軟化向應(yīng)變硬化轉(zhuǎn)變。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,單軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量均呈現(xiàn)指數(shù)形式減小的趨勢(shì),9次凍融循環(huán)前,衰減速率較大。9次凍融循環(huán)后,基本保持不變。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,粗粒土的破壞應(yīng)變呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢(shì)。在相同凍融循環(huán)次數(shù)條件下,隨著細(xì)礫組P_(2-5)含量的增加,粗粒土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量均呈減小的趨勢(shì),此外,隨著細(xì)礫組P_(2-5)含量的增加,試樣的破壞應(yīng)變整體呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。(2)粗粒土三軸壓縮試驗(yàn)研究:當(dāng)細(xì)礫組P_(2-5)含量為23%時(shí),隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,應(yīng)力-應(yīng)變曲線由弱應(yīng)變軟化逐漸過渡為應(yīng)變硬化狀態(tài)。但隨著細(xì)礫組P_(2-5)含量的增加,凍融循環(huán)作用對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響不再明顯。相同凍融次數(shù)的試樣,隨著細(xì)礫組P_(2-5)含量的增加,應(yīng)力應(yīng)變曲線關(guān)系由弱應(yīng)變軟化逐漸向應(yīng)變硬化狀態(tài)過渡。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,粗粒土的抗剪強(qiáng)度和黏聚力等力學(xué)參數(shù)均表現(xiàn)出不同程度的減小,并整體呈現(xiàn)指數(shù)形式下降趨勢(shì),且在5~9次凍融循環(huán)次數(shù)后抗剪強(qiáng)度均基本保持不變。彈性模量隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加整體呈現(xiàn)減弱趨勢(shì)。與以上變化規(guī)律不同,在凍融循環(huán)作用下,內(nèi)摩擦角上下波動(dòng)較大,無明顯變化規(guī)律。在相同凍融次數(shù)條件下,隨著細(xì)礫組P_(2-5)含量的增加,粗粒土的抗剪強(qiáng)度、彈性模量、黏聚力和內(nèi)摩擦角等力學(xué)參數(shù)呈遞減趨勢(shì),另外,隨著細(xì)礫組P_(2-5)含量的增加,抗剪強(qiáng)度、彈性模量和黏聚力受凍融作用的影響逐漸減弱。(3)粗粒土凍融界面抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)研究:融土與凍融界面土體的剪切應(yīng)力-剪切位移曲線存在明顯的差異,其中融土的曲線形式均呈現(xiàn)應(yīng)變硬化特征,無峰值強(qiáng)度,而凍融界面的曲線呈現(xiàn)應(yīng)變軟化特征,且峰值應(yīng)力基本發(fā)生在1/100剪切位移左右。在相同礫粒組P_(2-20)含量條件下,凍融界面抗剪強(qiáng)度明顯大于融土,約為后者的兩倍。這主要是由于凍融界面處冰的膠結(jié)作用增加了土體的黏聚力,貢獻(xiàn)量值約在50~60kPa。對(duì)于抗剪強(qiáng)度指標(biāo)而言,隨著礫粒組含量P_(2-20)的增加,融土的黏聚力呈現(xiàn)快速減小的趨勢(shì),而內(nèi)摩擦角逐漸增加。隨著礫粒組P_(2-20)含量的增加,凍融界面的黏聚力由于冰膠結(jié)作用的貢獻(xiàn),其減小幅度明顯小于融土,而內(nèi)摩擦角增加幅度明顯大于融土,體現(xiàn)了粗顆粒表面冰包裹作用對(duì)顆粒咬合摩擦的貢獻(xiàn)。(4)高寒高海拔礦山排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性模擬研究:對(duì)目前天然工況下排土場(chǎng)的邊坡進(jìn)行了模擬計(jì)算分析,計(jì)算結(jié)果顯示邊坡處于安全狀態(tài)。隨著坡角和坡高的不斷增加,邊坡安全系數(shù)均呈現(xiàn)線性關(guān)系減小,通過以上計(jì)算結(jié)果給出了天然工況下最佳排土方案。排土場(chǎng)邊坡溫度場(chǎng)的模擬計(jì)算表明,淺表層土體受凍融作用的影響比較顯著,最大影響深度為4m左右。隨深度的增加,土體溫度波動(dòng)幅度逐漸減小,10m深度以下土體溫度基本不隨外界氣溫變化而變化。考慮凍融循環(huán)作用對(duì)粗粒土強(qiáng)度參數(shù)的影響,對(duì)經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)的邊坡進(jìn)行模擬計(jì)算,結(jié)果顯示邊坡的安全系數(shù)隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加呈指數(shù)形式遞減,且最大衰減率為11%左右。
【圖文】：

凍融作用對(duì)粗粒土強(qiáng)度特性及礦山排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性的影響研究開采的聯(lián)合形式，角巖型礦體采用露天開采，除一期工程開山露天采場(chǎng)）以外的矽卡巖型礦體均采用地下開采方式。87m、4470m、4450m 四個(gè)開采中段已進(jìn)行開采作業(yè)，較高 4650m、4700m 進(jìn)行開采，南坑采場(chǎng)及 5300m 角巖區(qū)已開規(guī)模 40000t/d，其中露采、地采設(shè)計(jì)規(guī)模各 20000t/d。礦所示。

圖 1.3 滑坡區(qū)工程地質(zhì)模型及邊坡破壞模式散堆積體在充足的水體和本身重力條件下極易形成較大方石流現(xiàn)象。從成因上分析，泥石流大致可分為水動(dòng)力泥石。由于礦山排土場(chǎng)多數(shù)位于坡度較陡的山谷地帶，這給強(qiáng)象提供了條件，其松散的堆積體在水流的沖刷作用下極易力泥石流多數(shù)發(fā)生在礦山排土場(chǎng)。重力作用下的泥石流主生軟化現(xiàn)象，當(dāng)含水量達(dá)到一定的臨界狀態(tài)時(shí)，巖土體形而導(dǎo)致泥石流現(xiàn)象的發(fā)生。泥石流現(xiàn)象的發(fā)生將對(duì)礦山的生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的影響，例如在強(qiáng)降雨條件下，福976 年 5 月 26 日發(fā)生 1.5 萬 m3的泥石流災(zāi)害，造成工業(yè)場(chǎng)毀。永平銅礦西北排土場(chǎng)在 1977 年發(fā)生 3 次泥石流災(zāi)害[11]。1996 年齊大山礦山排土場(chǎng)發(fā)生泥石流災(zāi)害，造成礦山排土場(chǎng)在排土施工過程中，由于棄渣土體較為松散，棄渣沿坡面發(fā)生滾動(dòng)，，再加上風(fēng)力作用，會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，[13
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD854.6

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本文編號(hào)：2694727