本文關鍵詞：個舊象沖尾礦庫滲流分析

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【摘要】：貯存尾礦的尾礦庫是一座具有高勢能的人工構筑物,是各金屬、非金屬礦山的重大污染源。如果尾礦庫排滲設施設計不合理或設施損壞,就會造成庫內浸潤線過高,導致堆積壩壩坡尾礦滲漏、流土和管涌,繼而導致潰壩事故。潰壩事故-旦發(fā)生,庫內近飽和的尾礦堆積物會奔涌而出,給下游人民生命財產安全產生威脅。同時,由于尾礦中多數含有選礦試劑等有毒物質,潰壩也會對庫區(qū)附近地區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成巨大污染。本研究通過大量現場調查,詳細闡述了個舊象沖尾礦庫所處區(qū)域的工程地質背景,并對工程區(qū)進行了一系列的地表水文地質評價。依據實測地形圖、現場勘查鉆孔、現場試驗及室內試驗資料,借助滲流專業(yè)模擬軟件Geo-SEEP/W(二維)和Visual MODFLOW(三維)對個舊象沖擬建尾礦庫進行了二維、三維地質建模,并進行了二維穩(wěn)定滲流場及三維穩(wěn)定、非穩(wěn)定滲流場數值模擬。通過模擬,得出了尾礦庫滲流場的一系列特征,為尾礦庫的建設及后期安全運行提供一定的參考。主要結論如下：(1)工程區(qū)內附近構造主要有近東西向、北東向、近南北向三組。其中,近東西向構造形成時間最早,表現為一系列近東西向褶皺和壓剪性斷層成對平行排列組成擠壓帶。被斷層分割的褶皺大多北緩南陡,甚至向南倒轉。工程區(qū)以南,發(fā)育有一系列北東向斷裂,其延伸長度多在3-5 km之間,在紅河斷裂北東盤呈雁列式分布,與紅河斷裂帶(及其次級斷裂)交角大于45°,尤其是其對地層的錯斷效應顯著,應該屬于紅河斷裂帶喜馬拉雅運動后期右行剪切滑移形成的剪性配套構造。南北向構造主要以個舊斷裂、岬界山斷裂為代表,其地貌特征明顯,斷裂總體走向350°-353°,傾向西,傾角44°-56°。(2)大氣降水是工程區(qū)內的地下水的主要來源,作為松散堆積物(殘積物及崩滑堆積等)中的孔隙水為其主要賦存方式,小泉和呈面狀滲出是地下水的排泄方式,沖溝是其主要排泄通道。板巖基巖較好的完整性和隔水性阻止了庫水下滲,提供了修建尾礦庫的有利條件。北部700 m高程以上的斜坡是地下水出露的主要區(qū)域,高于尾礦庫最終表面標高,為尾礦庫的排水提供了很大便利。(3)尾礦庫二維穩(wěn)定滲流場下,尾礦庫內水流整體平順,總體由堆積壩向初期壩方向流動,并未出現水流方向“突變”、“逆轉”的現象；各層滲流速度由該層滲透系數決定,其中第四系松散沉積物層(Q)中滲流速度最大；干灘長度越大,堆積壩壩頂下方浸潤線埋深越大,即干灘是通過影響堆積壩壩頂下方浸潤線的埋深來調整浸潤線總體的埋深,而對初期壩附近浸潤線埋深影響并不顯著；初期壩與堆積壩滲透系數的比值(Ki/Kd)越大(也即初期壩的滲透性越好),浸潤曲線與地基交點和初期壩上游坡腳之間的水平距離越大,浸潤曲線埋深越大,就是說初期壩上游坡腳附近浸潤線的埋深對初期壩的滲透性響應較為強烈,但當初期壩滲透系數高于堆積壩滲透系數三個數量級以上時,浸潤線埋深趨于平穩(wěn)。(4)在三維穩(wěn)定滲流場下,個舊象沖尾礦庫浸潤面并不始終是一個水平面。在干灘后方,浸潤面與尾礦庫表面相平,庫內水頭隨著地形起伏及不同地層滲透性的變化而變化,滲流方向符合水流“折射定律”；自干灘往下游方向,浸潤面呈“左岸高、右岸低”的斜面,庫水除下滲和向初期壩方向運移外,還伴隨有由尾礦庫左岸到右岸的分量,呈現出三維流特征。(5)在穩(wěn)定滲流場的條件下,三維結果與二維結果呈現出很好的一致性,但是二維結果普遍比三維結果大。理論上分析,三維模型更加貼近工程的實際情況,因此在實際工程建設中應將三維滲流場結果作為參考。(6)在工程區(qū)的氣候條件下,隨著降雨強度的增加,尾礦庫內浸潤線持續(xù)爬升,在旱季末雨季初,浸潤線與堆積壩下游坡面僅有數米之差,雨季末已經與下游坡面重合,導致壩面大面積滲水；降雨強度并未對初期壩附近浸潤線埋深產生較大的影響,始終從初期壩壩體中部穿過,對尾礦庫安全運行產生極大威脅。(7)本研究通過對MODFLOW軟件各個邊界條件程序包的研究,嘗試將MODFLOW的外應力子程序包排水管(DRAIN)用來模擬第二類邊界條件,并將其應用于確定三維尾礦庫浸潤面問題上,收斂情況良好,成為本文的一個創(chuàng)新點。
【關鍵詞】：尾礦庫 滲流場特征 浸潤線(面) 數值模擬
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD926.4
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 緒論13-23
• 1.1 論文選題依據及研究意義13-15
• 1.2 國內外尾礦庫滲流場研究現狀綜述15-18
• 1.3 當前研究的不足18
• 1.4 本文的主要研究內容18-19
• 1.5 論文取得的研究成果19-23
• 第二章 研究區(qū)工程地質背景23-33
• 2.1 研究區(qū)自然地理位置及工程概況23-24
• 2.2 區(qū)域地形地貌24-25
• 2.3 區(qū)內氣候條件25-26
• 2.4 區(qū)域構造26-29
• 2.4.1 工程區(qū)外圍構造26-28
• 2.4.2 工程區(qū)內構造28-29
• 2.5 區(qū)內地層29-31
• 2.6 區(qū)域地殼穩(wěn)定性31-32
• 2.6.1 新構造運動31
• 2.6.2 地震31-32
• 2.7 本章小結32-33
• 第三章 研究區(qū)水文地質評價33-41
• 3.1 泉點分布及其流量特征34-37
• 3.1.1 泉點分布特征35
• 3.1.2 地下水出露特征35-37
• 3.1.3 泉點流量特征37
• 3.2 沖溝地表水流量特征37-38
• 3.3 庫區(qū)水文地質評價38-41
• 第四章 研究區(qū)二維穩(wěn)定滲流場模擬41-59
• 4.1 地下水滲流理論基礎41-46
• 4.1.1 滲流的連續(xù)性方程41-42
• 4.1.2 潛含水層中地下水運動的基本微分方程(Dupuit假設)42-44
• 4.1.3 定解條件44-46
• 4.1.3.1 邊界條件44-45
• 4.1.3.2 初始條件45-46
• 4.2 有限元法基本原理46
• 4.3 Geo-Seep/W地下水滲流分析軟件簡介46-47
• 4.4 二維穩(wěn)定滲流場模擬47-56
• 4.4.1 地層概化47-48
• 4.4.2 計算剖面選擇48
• 4.4.3 計算模型與介質參數48-49
• 4.4.4 結果分析49-56
• 4.4.4.1 尾礦庫二維穩(wěn)定滲流場分析49-50
• 4.4.4.2 二維穩(wěn)定滲流場下浸潤線埋深影響因素分析50-55
• 4.4.4.3 二維穩(wěn)定滲流場下尾礦庫滲漏量評價55-56
• 4.5 本章小結56-59
• 第五章 研究區(qū)三維滲流場模擬59-75
• 5.1 有限差分法基本原理59
• 5.2 Visual MODFLOW軟件介紹59-60
• 5.3 三維滲流場模擬60-72
• 5.3.1 計算模型概化與介質參數60-62
• 5.3.2 三維穩(wěn)定滲流場結果分析62-71
• 5.3.2.1 尾礦庫正常運行時穩(wěn)定滲流場分析62-65
• 5.3.2.2 三維穩(wěn)定滲流場下浸潤線埋深影響因素分析65-69
• 5.3.2.3 三維穩(wěn)定滲流場下尾礦庫滲漏量評價69
• 5.3.2.4 二維與三維穩(wěn)定滲流場模擬結果對比69-71
• 5.3.3 增加降雨條件的尾礦庫三維非穩(wěn)定滲流場分析71-72
• 5.4 MODFLOW在含有自由面滲流場中應用的注意問題72-74
• 5.5 本章小結74-75
• 第六章 結論75-77
• 致謝77-78
• 參考文獻78-81
• 附錄A (攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文）81
• 附錄B (攻讀碩士學位期間參與的研究課題）81

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本文編號：946931