山區(qū)矸石山降雨入滲特性及其穩(wěn)定性研究.pdf

1、煤矸石是煤炭工業(yè)在采煤和洗選加工過程中產(chǎn)生的廢棄物，目前一部分矸石被用于井下充填，而大部分矸石則被棄置于山溝、平川一帶，形成矸石山。矸石山大都長期堆放，利用率極低，大量的煤矸石堆積除占據(jù)了大量的耕地外，如果矸石山堆積過高、坡度過大或受到人為開挖影響和暴雨侵蝕時(shí)，還容易形成坍塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。本文針對(duì)山區(qū)矸石山，結(jié)合踏勘和現(xiàn)場試驗(yàn)，從分析矸石散體的力學(xué)特性以及滲流理論出發(fā)，研究了矸石山降雨入滲的分析理論與方法，在此基礎(chǔ)上提出了矸

2、石山體降雨作用下的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，最后進(jìn)行了降雨作用下典型矸石山滑坡工程實(shí)例研究，取得了以下研究成果：
　?、賹?duì)重慶山區(qū)中梁山、萬盛、榮昌、天府、綦江等礦區(qū)代表性的矸石山進(jìn)行詳細(xì)踏勘，對(duì)矸石山的堆放形態(tài)及其區(qū)域的工程水文地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查；針對(duì)重慶山區(qū)矸石山，測試矸石散體的顆粒級(jí)配、含水量、天然密度、干密度等參數(shù)、并在此基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)場剪切、壓縮、滲透試驗(yàn)等研究矸石散體的力學(xué)特征。
　　②從分析矸石散體的強(qiáng)度特性和變形特性入手

3、分析了水對(duì)其強(qiáng)度、變形特性的影響以及水與矸石的物理化學(xué)作用；詳細(xì)闡述了矸石散體的滲透特性以及矸石散體的粒徑、孔隙特征和排矸年限對(duì)其滲透性的影響；基于多孔介質(zhì)滲流理論和非飽和滲流基本理論推導(dǎo)了矸石散體的滲流微分方程。
　?、鄯治隽隧肥浇涤耆霛B的基本理論，詳細(xì)介紹了降雨入滲的過程，以及矸石山降雨入滲過程的影響因素。以散體滲流理論和Navier-Stocks方程為基礎(chǔ)，編制了二維平面內(nèi)矸石山降雨入滲的數(shù)值模擬程序，計(jì)算降雨入滲過程中水

4、分在矸石山散體中的運(yùn)移規(guī)律，并由此計(jì)算散體中的孔隙水壓力或基質(zhì)吸力變化。針對(duì)目前對(duì)于邊坡非飽和滲流一般采用不考慮氣相流動(dòng)以及滲流與應(yīng)力耦合的簡化計(jì)算方法，介紹了FLAC2D中水氣兩相流(Two-phase flow)的基本控制方程和數(shù)值計(jì)算公式，以及與應(yīng)力耦合的計(jì)算公式。該軟件不僅可以考慮氣相流動(dòng)，計(jì)算獲得瞬態(tài)滲流場，同時(shí)由于采用顯式方程，可以方便的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)力的耦合計(jì)算。
　?、軐?duì)降雨入滲影響矸石山穩(wěn)定性的機(jī)理進(jìn)行分析，接著探討了

5、降雨作用下矸石山穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法，針對(duì)選取的典型的矸石山進(jìn)行了穩(wěn)定性安全儲(chǔ)備分析（采用三維極限分析理論）和變形穩(wěn)定計(jì)算（采用拉格朗日分析法），研究了安全系數(shù)和降雨持時(shí)以及降雨強(qiáng)度的關(guān)系；從確定有效降雨量出發(fā)，將降雨的隨機(jī)性納入矸石山邊坡的可靠度計(jì)算之中，充分考慮降雨和矸石散體本身的隨機(jī)性，對(duì)不同重現(xiàn)期的降雨影響進(jìn)行了量化計(jì)算和定性分析。
　　⑤對(duì)降雨作用下山區(qū)典型矸石山滑坡工程實(shí)例進(jìn)行研究，離散元模擬出的位移變形和剪應(yīng)變集中帶與實(shí)