山谷型弃渣场粒组级配分布规律及边坡稳定性研究

论文摘要

交通、矿产、水利工程等项目在建设过程中会产生大量的人工弃渣,如果这些弃渣处理不当,直接现场堆积,会破坏地表植被及工程区的坏境,会威胁到现场施工的安全,甚至产生失稳破坏。此外,人们为了追求占地少及更高的经济效益,便不断的提高弃渣场（排土场）堆积高度、堆积坡角,使弃渣场最大堆积量成为最高目标。弃渣场每增加一些堆积量都会产生上千万甚至过亿的收益,但随着弃渣场堆积量的增加,弃渣体边坡变得越来越陡,使得堆积边坡发生失稳引起崩塌、滑坡等地质灾害。本文以云南省华丽高速26号合同段弃渣场为研究对象,由于该弃渣场未达到最终堆积形态,一直处于运行状态,现场挖探槽测定颗粒级配的分布规律无法实现,在现场完成原位密度、天然含水率测试工作后将弃渣场的扰动土取样、封装、运回实验室,进行室内排渣模拟试验,重现了弃渣场达到最终堆积形态后现场颗粒级配及含石量沿坡面垂直方向和水平方向的分布规律。再通过室内大型直剪试验研究不同含石量条件下,抗剪强度参数的变化规律,得到抗剪强度参数与含石量的关系曲线及弃渣场各个区内的抗剪强度参数。最后运用Hypermesh软件对弃渣场实体进行三维建模,建立了4种计算模型,导入flac3d,将确定好的力学参数代入不同计算模型进行稳定性分析计算,分析其位移场、应变场、安全系数等。本文的主要结论有:（1）室内模拟弃渣场倾倒试验结果表明:弃渣体的最终堆积形态顺坡面呈上厚下薄的“倒三角”形,此形态与弃渣场多次排渣后的形态一致。（2）渣体粒径沿边坡水平方向及垂直方向上具有一定的规律性。沿边坡垂直高度从高到低方向将边坡划分为5层,土颗粒（粒径<5mm）含量随着边坡高度的降低逐渐减小,中等石颗粒（5mm<粒径<20mm）含量随着边坡高度的降低先增加再降低,粗石颗粒（20mm<粒径<60mm）含量及含石量（粒径>5mm）随着边坡高度的降低逐渐增加。沿水平方向从坡外向坡里,土颗粒含量逐渐增加,第4层呈现相反规律;中等石颗粒含量逐渐增加;粗石颗粒含量逐渐降低;含石量逐渐降低,第4层呈现相反规律;各粒组沿水平方向含量整体变化幅度不大。（3）试样的抗剪强度参数随着含石量变化而变化,试样的内摩擦角随着含石量的增加非线性增长。在低含石量（含石量<20%）范围时,内摩擦角随着含石量的增加增长幅度较小;在中等含石量（20%≤含石量≤80%）范围时,内摩擦角随着含石量的增加快速增长;在高含石量时（含石量>80%）,内摩擦角的增长幅度变化较小;粘聚力随着含石量的增加先增大再减小,在含石量为40%时达到峰值。（4）4种计算模型得到的边坡位移值、安全系数值、剪应变增量不同;边坡的总位移随着计算模型分层、分区的细化而减小;分层、分区模型的安全系数值都比均质模型大,其中分五层模型的安全系数最大,边坡状态最稳定;安全系数值在三维强度折减法中的计算结果比二维极限平衡法的计算结果小;在沿特征点x-z方向位移剖面图中,最大位移值所处位置与边坡总位移最大位移处位置一致,且随着算模型分层、分区的细化边坡最大位移值范围缩小;在沿特征点x-z方向剪应变增量剖面图中,可以看出最大剪应变区域随着计算模型分层、分区的细化逐渐缩小。各特征点的y-z方向剖面位移、剪应变增量,变化规律不一致,这说明了分区、分层模型对弃渣场的稳定性分析结果有明显的影响。（5）在地震工况下,弃渣场的位移、剪应变增量和安全系数等变化规律与自然工况下的变化规律相一致;地震工况下各计算模型的总位移分别为,模型I为213.27mm、模型II为205.20mm、模型Ⅲ为176.46mm、模型Ⅳ为136.96mm,比自然工况下分别增长了102.29%、114.58%、109.62%、133.16%;采用极限平衡法计算的安全系数值分别为,模型I为1.30、模型II为1.32、模型Ⅲ为1.42、模型Ⅳ为1.36,比自然工况下的安全系数分别减小了9.27%、9.59%、7.79%、9.33%;采用强度折减法计算的安全系数值分别为,模型I为1.04、模型II为1.06、模型Ⅲ为1.12、模型Ⅳ为1.10,比自然工况下的安全系数分别减小了15.45%、15.87%、13.85%、14.06%。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 前言
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 边坡稳定性研究现状
•     1.2.2 堆积体边坡物质构成及力学性质研究
•     1.2.3 堆积体边坡研究现状
•   1.3 研究内容
•   1.4 技术路线
• 2 材料与方法
•   2.1 室内渣体倾倒模拟试验
•     2.1.1 模拟试验的目的
•     2.1.2 材料的制备及试验装置
•     2.1.3 试验方案
•   2.2 不同含石量试样的室内大型直剪试验
•     2.2.1 试验材料的制备
•     2.2.2 试验设备
•     2.2.3 试验方案
•     2.2.4 实验步骤
•   2.3 弃渣体边坡的数值模拟计算
•     2.3.1 FLAC3D软件介绍
•     2.3.2 计算方案
•     2.3.3 计算模型的建立
•     2.3.4 边界条件的设置及本构模型的选取
• 3 结果与分析
•   3.1 弃渣场概况及地质环境条件
•     3.1.1 工程概况
•     3.1.2 地形地貌及地质条件
•     3.1.3 水文气象
•     3.1.4 地震状况
•   3.2 弃渣场粒径级配及含石量空间分布规律
•     3.2.1 弃渣体倾倒试验概述
•     3.2.2 弃渣场排渣模拟试验
•     3.2.3 弃渣体倾倒试验颗粒级配及含石量空间分布特征
•   3.3 室内大型直剪试验
•     3.3.1 剪切应力-剪切位移曲线
•     3.3.2 抗剪强度及其参数特性
•   3.4 自然工况下弃渣场边坡稳定性分析
•     3.4.1 不同弃渣场边坡计算模型的位移分析
•     3.4.2 不同弃渣场边坡计算模型的应变分析
•     3.4.3 不同弃渣场边坡计算模型的安全系数分析
•   3.5 地震工况下弃渣场边坡稳定性分析
•     3.5.1 地震工况下不同弃渣场边坡计算模型的位移分析
•     3.5.2 地震工况下不同弃渣场边坡计算模型的应变分析
•     3.5.3 地震工况下不同弃渣场边坡计算模型的安全系数分析
• 4 讨论
•   4.1 关于排土场各粒组空间分布规律的讨论
•   4.2 土石混合体室内大型直剪试验讨论
•   4.3 边坡稳定性数值模拟计算讨论
• 5 结论
•   5.1 结论
•   5.2 主要创新点
•   5.3 不足之处及展望
• 6 参考文献
• 7 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨华清

导师: 刘传孝

关键词: 弃渣场,土石混合体,内摩擦角,黏聚力,边坡稳定性

来源: 山东农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 山东农业大学

分类号: TU43

DOI: 10.27277/d.cnki.gsdnu.2019.000042

总页数: 94

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