入渗条件下西北干旱荒漠区煤矿排土场边坡稳定性分析

论文摘要

为揭示我国西北干旱荒漠化地区的煤矿排土场高陡边坡在灌溉或降雨作用下的流固耦合力学机制,采用渗流力学理论与岩土力学理论结合的方法,引入Darcy定律和质量守恒定律进行公式推导建立流固耦合分析方法。以乌海市新星煤矿为例,应用ABAQUS有限元软件构建边坡非饱和土的流固耦合稳定性分析模型,根据植被需水量选定5 mm/h、20 mm/h、45 mm/h和70 mm/h四种等效灌溉强度并交叉搭配2 h、9 h和15 h三种持续灌溉时间,形成12套灌溉方案;针对4种不同初始含水率的超规范高陡边坡和规范边坡,选定68 mm/h和18 mm/h两种等效降雨强度进行1 h和24 h的最大降雨,形成16套降雨方案。从竖向变形位移、孔隙水压力分布、等效塑性应变及贯通区以及安全系数4个方面综合讨论边坡稳定性变化规律。通过和规范边坡进行对比,研究此类高陡边坡的稳定性和合理性。主要结果如下:(1)通过数值分析,入渗水极易存储于边坡浅层区域。水分集中分布在边坡表层,对边坡底部的影响极小。当总的入渗水量过大时,极易在边坡内部形成积水,增加岩土体自身的重力,从而诱发边坡失稳破坏。(2)坡顶和坡面需做截排水措施,防止灌溉、降雨引发的径流在底部坡面形成汇流。(3)对边坡采取灌溉的抚育措施进行覆绿时,需在保证边坡稳定、满足植被需水和节水前提下,应控制灌溉强度,采用短持时、间隔灌溉,减少坡面径流出现的可能性。(4)当发生短时间的高强度降雨时,较高的边坡初始含水率,边坡将往稳定的方向发展;当发生长时间的低强度降雨时,初始含水率过高和过低均会导致边坡稳定性下降。(5)边坡的坡高和坡角严重影响边坡的稳定性,并且边坡失稳首先从坡脚开始,沿斜坡从内部延伸,直至等效塑性应变区贯通,形成连续滑动面导致失稳破坏。针对此类超规范高陡边坡,需在坡面和坡脚处进行加固,如砌石骨架和抗滑桩等。通过以上分析可为此类地区的覆绿灌溉提供参考和指导,且防范发生突发性的最大降雨导致边坡出现失稳坍塌破坏现象。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 流固耦合作用
•     1.2.2 降水诱发山体滑坡
•     1.2.3 边坡稳定性
•   1.3 研究内容
•   1.4 技术路线图
•   1.5 创新点
• 2 研究区概况与研究方法
•   2.1 研究区概况
•   2.2 强度折减法
•   2.3 非饱和土渗流理论
•     2.3.1 渗透系数函数
•     2.3.2 应力场对渗流场的影响机理
•     2.3.3 渗流场对应力场的影响机理
•     2.3.4 流固耦合分析控制方程
•   2.4 ABAQUS模型基本理论
•     2.4.1 非饱和土的抗剪强度
•     2.4.2 渗流场-应力场耦合作用控制方程
• 3 土样力学试验
•   3.1 试验仪器
•     3.1.1 液塑限联合测定仪
•     3.1.2 直剪仪
•   3.2 试验步骤
•     3.2.1 土样液限塑限
•     3.2.2 土样直剪试验
•   3.3 试验结果
• 4 灌溉对排土场边坡稳定影响
•   4.1 ABAQUS模型的构建
•     4.1.1 几何模型与材料属性
•     4.1.2 模型边界条件
•     4.1.3 灌溉条件
•   4.2 边坡稳定分析
•     4.2.1 竖向变形位移
•     4.2.2 孔隙水压力
•     4.2.3 等效塑性应变及贯通区
•     4.2.4 安全系数
•   4.3 数值仿真与试验案例对比
•   4.4 小节
• 5 最大降雨对高陡边坡稳定影响
•   5.1 ABAQUS模型的构建
•     5.1.1 高陡边坡的几何模型构建
•     5.1.2 规范边坡的几何模型构建
•     5.1.3 材料属性
•     5.1.4 模型边界条件
•     5.1.5 降雨条件
•   5.2 边坡稳定分析
•     5.2.1 竖向变形位移
•     5.2.2 孔隙水压力
•     5.2.3 等效塑性应变及贯通区
•     5.2.4 安全系数
•   5.3 小节
• 6 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 邱驰

导师: 胡雨村

关键词: 干旱荒漠区,煤矿排土场,流固耦合,有限单元法,边坡稳定性

来源: 北京林业大学

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: 北京林业大学

分类号: TU43

DOI: 10.26949/d.cnki.gblyu.2019.001177

总页数: 70

文件大小: 6119K

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