【摘要】：尾礦庫(kù)是礦業(yè)開采、生產(chǎn)、管理過程中的必然產(chǎn)物,是一個(gè)具有高勢(shì)能的人造泥石流危險(xiǎn)源。在尾礦庫(kù)數(shù)量急劇增加的同時(shí),壩體安全事故時(shí)有發(fā)生,嚴(yán)重威脅人類的生命和財(cái)產(chǎn)安全。而淤堵現(xiàn)象在一定程度上改變尾礦壩的細(xì)觀滲流特性,由此對(duì)尾礦壩的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定產(chǎn)生影響,因此考慮淤堵作用下的尾礦壩滲流特性是地下水科學(xué)與工程領(lǐng)域的一項(xiàng)必要課題。為研究尾礦的滲流特性,選取河南汝陽寺溝、陜西洛南榮森和石板溝尾礦,河沙、石英砂和直徑1 mm的玻璃珠進(jìn)行室內(nèi)砂柱滲流淤堵試驗(yàn)和建模數(shù)值計(jì)算,基于核磁共振技術(shù)細(xì)觀分析不同梯度下的孔隙變化規(guī)律,通過EDS和XRD圖譜分析化學(xué)成分和顆粒形態(tài),利用COMSOL Multiphysics軟件模擬尾礦壩滲透率隨時(shí)間瞬態(tài)變化工程。結(jié)果表明:(1)三種尾礦粒徑分布趨勢(shì)基本相似,整體來說粒徑小,分布集中。粒徑在0.25～0.5mm范圍的比重最大;其次是粒徑在0.15～0.25mm范圍的,0.15～0.5mm粒徑范圍的含量均超過70%。石板溝尾礦和河砂化學(xué)成分最復(fù)雜,其中含有豐富而存在形式復(fù)雜的Fe元素,兩者的Ca元素分布規(guī)律相同。其次是玻璃珠含有化學(xué)元素多;石英砂與榮森尾礦和寺溝尾礦相似,為試驗(yàn)的設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。(2)物理淤堵試驗(yàn)中各試樣砂柱的滲透系數(shù)隨著梯度的增大而減小,這是由于物理淤堵或孔隙分布變化所致。試驗(yàn)設(shè)計(jì)隨著梯度的增加,砂樣總孔隙率基本保持不變,但大孔隙比例增多,小孔隙比例減小,孔隙分布曲線發(fā)生變化,砂柱孔隙分布在水壓變化的影響下發(fā)生變化。孔徑增加,小尺寸的砂礫在外力的作用下被重新排列,阻塞大顆粒之間的微小孔隙。或者砂礫排列結(jié)構(gòu)不變,粒子在力作用下密集,改變?cè)械牧黧w通道體積,進(jìn)而阻礙了流體的滲透,減緩了流速,導(dǎo)致滲透系數(shù)降低。(3)化學(xué)淤堵試驗(yàn)中,隨著濃度的增長(zhǎng),第一天以后孔隙度變化呈現(xiàn)先快后慢,逐漸穩(wěn)定的趨勢(shì)。各組試樣滲透系數(shù)隨著時(shí)間的增大而減小,石英砂粒徑越大孔隙度越大,前3天孔隙度快速減小,考慮在這期間存在化學(xué)淤堵。水壓力大的化學(xué)淤堵反應(yīng)效果更加明顯,各組試驗(yàn)在120h后基本趨于穩(wěn)定�？紫斗植挤矫�,隨著時(shí)間的變化,大孔隙和中孔隙峰值都逐漸減小,曲線左移,微小孔隙峰值變化趨勢(shì)不明顯。其現(xiàn)象證明大孔隙逐漸減少,對(duì)應(yīng)的孔徑也逐漸減小,整體的孔隙度是減小的。(4)數(shù)值模擬的分析部分基于化學(xué)淤堵試驗(yàn)滲透系數(shù)轉(zhuǎn)化滲透率,再擬合滲透率與時(shí)間的公式,基于COMSOL軟件模擬汝陽寺溝尾礦庫(kù)的200天滲流過程,按照滲流液濃度不同分為四個(gè)工況。浸潤(rùn)線均有上升,壩體內(nèi)水位雍高,具有安全隱患。滲流場(chǎng)模擬研究對(duì)今后進(jìn)一步分析尾礦壩化學(xué)淤堵及適時(shí)采取防治措施具有一定的參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TV223.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2603852