降雨入滲條件下基質(zhì)吸力對(duì)尾礦壩穩(wěn)定性影響研究.pdf

1、降雨入滲直接影響尾礦壩土體含水率，含水率的變化會(huì)改變土體基質(zhì)吸力，而基質(zhì)吸力與非飽和壩體抗剪強(qiáng)度及穩(wěn)定性緊密相關(guān)。目前尾礦壩穩(wěn)定性分析和研究中很少考慮降雨入滲問(wèn)題，現(xiàn)有的邊坡穩(wěn)定性分析也多是根據(jù)傳統(tǒng)的飽和土力學(xué)理論進(jìn)行的，僅考慮了“固-液-氣”三相，缺乏對(duì)非飽和土體中的第四相—液-氣交界面上收縮膜產(chǎn)生的基質(zhì)吸力的研究。尾礦壩是一類特殊的非飽和土邊坡，基質(zhì)吸力是非飽和土體有別于飽和土體的根本特性，在穩(wěn)定性計(jì)算和分析時(shí)不可忽略。
　　

2、基于此，本文以某尾礦壩為研究對(duì)象，首先，系統(tǒng)分析了基質(zhì)吸力對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響機(jī)理，并以磷尾礦砂為主要試驗(yàn)材料，通過(guò)室內(nèi)土工試驗(yàn)，測(cè)定了試樣的含水率、密度和塑限等13項(xiàng)物理性質(zhì)，以及黏聚力、內(nèi)摩擦角和滲透系數(shù)等4項(xiàng)力學(xué)性質(zhì)，以選定適用于后期試驗(yàn)的尾礦砂材料。其次，通過(guò)尾礦壩模型相似試驗(yàn)，研究不同雨強(qiáng)下，尾礦壩的入滲規(guī)律及其物理力學(xué)特性動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。然后，采用接觸式濾紙法，研究了降雨入滲過(guò)程過(guò)程中基質(zhì)吸力隨含水率的變化規(guī)律。根據(jù)Fredlu

3、nd-Xing模型繪制出尾礦砂的土-水特征曲線（SWCC），并從土體自身因素及外部環(huán)境條件兩個(gè)方面分析了影響基質(zhì)吸力及 SWCC的主要因素。最后，在傳統(tǒng)Mohr-Coulomb強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則基礎(chǔ)上，根據(jù)Fredlund雙應(yīng)力變量理論，將基質(zhì)吸力單獨(dú)作為一個(gè)應(yīng)力變量考慮進(jìn)抗剪強(qiáng)度計(jì)算中。為了避免基質(zhì)吸力摩擦角φb與有效應(yīng)力參數(shù)χ對(duì)抗剪強(qiáng)度計(jì)算帶來(lái)的不便，同時(shí)也便于極限平衡分析軟件Slide的計(jì)算，通過(guò)對(duì)Bishop和Fredlund非飽和土

4、強(qiáng)度公式的組合、優(yōu)化，基于含水率建立了適用于尾礦壩的“微觀Mohr-Coulomb強(qiáng)度公式”。根據(jù)格子Boltzmann模型對(duì)基質(zhì)吸力和抗剪強(qiáng)度參數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合分析，得到非飽和尾礦壩穩(wěn)定性安全系數(shù)與基質(zhì)吸力變化關(guān)系，并對(duì)比分析了考慮基質(zhì)吸力前后壩體安全系數(shù)的變化規(guī)律。
　　研究結(jié)果表明，降雨過(guò)程中隨著土體含水率的增加，壩坡安全系數(shù)總體上呈先降低后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。自壩體干燥狀態(tài)至飽和狀態(tài)時(shí)，按傳統(tǒng)飽和土力學(xué)方法計(jì)算得到的安全系