镍铁矿渣在土工格栅加筋土结构填土边坡的应用研究

论文摘要

水淬镍铁矿渣是在冶炼金属镍及其合金的过程中,以含有FeO,SiO2和MgO为主要成分的熔融金属淬火后熔化水而形成的工业废渣。近年来,随着中国对金属镍需求的增加,冶炼金属镍产生的镍铁矿渣也不断增多。由于镍铁矿渣具有活性低、稳定性差、综合利用渠道少、利用成本高的特点,使得大量镍铁矿渣闲置堆砌或深海填埋,占用土地并污染环境。因此,亟待研发合理、有效的综合利用镍铁矿渣方法,使其变废为宝,产生较大的经济价值、环保价值和社会价值。目前开展的关于镍铁矿渣处治方法的主要研究有:①提取Fe、Co、Ni、Cu等有用金属元素;②生产建筑用微晶玻璃;③生产建材及制品;④利用镍矿渣做井下充填材料,这些方法都不能很好的处治水淬镍铁矿渣。同时,由于水淬镍铁矿渣冶炼区域往往分布在滨海软土区域,该区域修筑路堤的填土时往往需要通过外运借土,产生较大的经济负担。本文通过室内试验探讨了水淬镍铁矿渣作为路堤边坡填筑材料的适用性,开发了水淬镍铁矿渣土工格栅加筋土结构及水沉压实施工工艺及技术要点,并围绕它展开了如下工作:(1)通过在室内进行化学成分检测试验、外貌形象观察试验、筛分试验、轻型击实试验、自由膨胀率试验等,分析了水淬镍铁矿渣的化学组分、形貌特征、粒度成分、击实特性、膨胀特性等,探讨水淬镍铁矿渣的理化性质以及路用工程特性。(2)对水淬镍铁矿渣进行干湿循环下大型重复直剪试验,模拟地表风化作用对镍铁渣的影响,探讨水淬镍铁矿渣在干湿循环影响下存在抗剪强度下降的趋势及含水量影响幅度有限的特点。(3)对镍铁矿渣—筋材结构进行模型拉拔试验,模拟了镍铁矿渣—筋材结构路基边坡在不同含水量(0%、2%、6%、27%(饱和))和不同法向应力条件下(25kPa、50kPa、100kPa)的受力状况,并在此基础上,得到了镍铁矿渣—筋材结构的内聚力与含水量之间的关系以及摩擦角与含水量之间的关系,以及在不同含水量的拉拔强度。(4)本文开发了一种水淬镍铁矿渣在土工格栅加筋土结构填土路基边坡应用的结构设计方案,通过ABAQUS软件中摩尔—库仑模块(Mohr—Coulomb模型)模拟了水淬镍铁矿渣土工格栅加筋土边坡结构的稳定性。并且在现场监测可知边坡结构具有稳定可靠,环境效益好、经济效益高、施工简单快捷等特性,非常适用于镍铁矿渣在岩土工程中科学有效地综合应用。(5)本文提出了水沉压实施工工艺及技术要点,解决了水淬镍铁矿渣填筑的路堤由于常规机械压实后难以达到设计所要求的压实度这一问题,通过水沉压实法将填筑的水淬镍铁渣压实,再由土工格栅双向环包,可形成土工格栅加筋结构形式的人工硬壳层。该方法改善了垫层的整体刚度和侧向约束力,有效提高了水淬镍铁矿渣的压实度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 论文选题背景和意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 镍铁矿渣的利用及研究现状
•     1.2.2 土工格栅加筋土结构研究现状
•   1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 水淬镍铁矿渣作为边坡填料的理化性能研究
•   2.1 化学组分分析
•     2.1.1 试验设备
•     2.1.2 测定水淬镍铁矿渣成分
•   2.2 形貌分析
•   2.3 粒度成分分析
•     2.3.1 试验方法
•     2.3.2 试验结果
•   2.4 击实特性分析
•     2.4.1 试验方法
•   2.5 膨胀性特性分析
•     2.5.1 自由膨胀率试验
•     2.5.2 自由膨胀率试验结果及分析
•   2.6 本章小结
• 第三章 干湿循环下镍铁矿渣的大型重复直剪试验
•   3.1 试验方案
•   3.2 试验设备
•   3.3 试验结果整理
•     3.3.1 初始干湿循环剪切试验结果
•     3.3.2 第一次干湿循环剪切试验结果
•     3.3.3 第五次干湿循环剪切试验结果
•   3.4 试验结果分析
•   3.5 结论
• 第四章 模型拉拔试验分析
•   4.1 土工格栅加筋土结构加筋机理
•   4.2 室内拉拔试验分析
•     4.2.1 拉拔试验方案
•     4.2.2 模型拉拔试验结果分析
•   4.3 本章小结
• 第五章 加筋土路基边坡稳定性分析
•   5.1 土工格栅加筋土结构设计方法
•     5.1.1 锚固楔体法
•     5.1.2 位移法
•     5.1.3 有限单元法
•     5.1.4 条分法
•   5.2 软件介绍
•   5.3 计算模型
•   5.4 结构设计
•   5.5 参数确定
•   5.6 边坡稳定性分析
•   5.7 本章小结
• 第六章 镍铁矿渣土工格栅加筋土结构实体工程
•   6.1 场地与地质条件
•   6.2 加筋土路堤边坡结构原理及特性
•   6.3 施工工艺分析
•     6.3.1 水淬镍铁渣加筋土水沉法填筑技术及其施工工艺分析
•     6.3.2 镍铁矿渣加筋结构施工工艺分析
•   6.4 跟踪观测分析和实体工程试验效果评价
•   6.5 本章小结
• 结论与展望
•   结论
•   展望
• 参考文献
• 附表
• 致谢
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘韦华

导师: 刘龙武

关键词: 水淬镍铁矿渣,干湿循环大型直剪试验,水沉法,加筋土

来源: 长沙理工大学

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: 长沙理工大学

分类号: TU43

DOI: 10.26985/d.cnki.gcsjc.2019.000262

总页数: 72

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