攀钢钒西渣场高炉渣力学特性及边坡稳定性研究

论文摘要

攀枝花-西昌地区储藏着大量钒钛磁铁矿,近三十年来,攀枝花钢铁公司利用高炉冶炼技术将钒钛磁铁矿、助溶剂、脉石等作为原料,通过还原反应,提炼出生铁,高炉渣随之以附属品的形式从高炉中排出。据统计,攀枝花钢铁公司共产生近6000万吨高炉渣,其中约3700万吨高炉渣被排弃在攀钢钒西渣场,从而形成了宽约1600余米,高度达100余米的大型堆积体边坡,该堆积体边坡规模大、表层渣体较松散,紧邻金沙江,一旦发生变形或失稳,将会对金沙江水域和周围人民的生命财产安全造成重大影响。因此,就该场地的高炉渣物理力学特性及边坡稳定性展开研究具有重要的工程意义。本文通过现场地质调查和无人机航拍的手段,对攀钢钒西渣场边坡的工程地质特征进行分析,归纳出了该边坡内高炉渣的结构特征、来源及成因;通过一系列室内试验,总结了高炉渣的矿物成分、微观结构特征、粒度特征、颗粒形状特征、密度含水率、比重特征、击实特性、渗透特性、抗剪强度特征及变化规律;根据所得结论,对该边坡的稳定性进行了工程地质分析、Geostudio软件的数值分析、颗粒流的数值分析,得出以下成果及认识:（1）攀钢钒西渣场边坡主要由松散高炉渣、热熔高炉渣组成,松散高炉渣呈颗粒状,位于边坡前缘,其前部紧邻沿江挡墙,后部紧邻热熔高炉渣;该边坡内的热熔高炉渣有以下四种结构形态:块状胶结形态、钟乳石形态、架空结构形态、流纹状结构形态。（2）X射线衍射、电镜扫描试验分析结果显示,两种高炉渣的主要矿物含量有一定差别,主要矿物成分为透辉石、钙钛矿、钛辉石、尖晶石、巴依石、重钛酸镁;松散高炉渣表面多孔,而热熔高炉渣表面多呈网格状玻璃体嵌晶结构。（3）通过粒度特征及颗粒形状特征试验分析,高炉渣的粗颗粒含量均超过87%,级配较差,且边坡位置越低,松散高炉渣的粗颗粒含量越大;松散高炉渣的轴向系数KA较小,其块状特征更明显,圆滑程度更高;热熔高炉渣的棱角性系数AP较大,其颗粒轮廓更不规则,较尖锐,棱角性更强。（4）通过渗透试验和击实试验分析认为,高炉渣的渗透系数较大,在1.01～12.96cm/s范围间,当细颗粒含量小于30%时,渗透系数受影响较明显;保持试样中含水率不变,细颗粒含量为12%时高炉渣的干密度最大,若细颗粒含量超过12%,干密度将不断减小;当试样中细颗粒含量不变时,若含水率增大,干密度是先增加后减小的。（5）松散高炉渣的抗剪强度特性:（a）抗剪强度参数跨度较大,C=2.26～181.08kPa,φ=4.48～56.72°。（b）当细颗粒含量在区间[30,40]变化时,咬合力C骤减,当细颗粒含量超过30%后,咬合力C随着含水率的变化波动较小。（c）当含水率为1.4%时,内摩擦角φ随着细颗粒含量的变化波动较小,当含水率超过6%后,细颗粒含量在区间[30,40]变化,内摩擦角骤减。（6）热熔高炉渣的抗剪强度特性:（a）咬合力C和内摩擦角φ都较大,C=188.3 9～438.44kPa,φ=36.07～43.92°。（b）内摩擦角φ随着胶结料掺量增加变化不大,咬合力C与胶结料掺量呈正相关关系。（c）水的加入会降低咬合力C和内摩擦角φ。（7）边坡稳定性分析和计算结果:（a）通过工程地质分析,热熔高炉渣层整体稳定性良好;松散高炉渣层在自然状态下处于极限平衡状态,在降雨和江水位上升条件下局部欠稳定;挡墙整体稳定性较好,无明显变形迹象。（b）极限平衡分析结果显示,工况条件从低水位变化至洪水位时,边坡稳定性系数在1.054～1.101间变动,处于基本稳定状态。（c）颗粒流分析结果显示,低水位990m工况下,边坡整体稳定性较好,挡墙位移为0.014m;高水位1005m工况下,边坡底部局部稳定性稍差,挡墙位移为0.016m;洪水位1010m工况下,边坡整体稳定性下降,挡墙位移为0.012m。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
•   1.1 选题依据及研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 高炉渣的物质结构特征研究
•     1.2.2 粗粒土力学特性试验的研究
•     1.2.3 颗粒流离散元法研究
•     1.2.4 渣场边坡稳定性研究
•   1.3 研究内容和技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线
•   1.4 取得主要成果
• 第2章 攀钢钒西渣场边坡工程地质特征
•   2.1 研究区工程地质条件
•     2.1.1 气象水文
•     2.1.2 地形地貌
•     2.1.3 地层岩性
•     2.1.4 区域地质构造及地震
•   2.2 攀钢钒西渣场原始地形
•   2.3 攀钢钒西渣场边坡堆积历史
•   2.4 攀钢钒西渣场边坡特征
•     2.4.1 边坡形态及规模
•     2.4.2 边坡结构特征
•     2.4.3 挡墙基本特征
• 第3章 攀钢钒高炉渣物质结构及颗粒特征分析
•   3.1 高炉渣的来源及成因分析
•   3.2 高炉渣的微观特征分析
•     3.2.1 高炉渣矿物及化学成分分析
•     3.2.2 高炉渣微观结构分析
•   3.3 高炉渣的粒度特征分析
•   3.4 高炉渣的结构特征分析
•   3.5 高炉渣的颗粒形状特征分析
•     3.5.1 颗粒形状特征介绍
•     3.5.2 高炉渣颗粒几何参数测量
•     3.5.3 高炉渣颗粒形状特征分析
•   3.6 本章小结
• 第4章 攀钢钒高炉渣的物理力学特性研究
•   4.1 高炉渣物理性质
•     4.1.1 高炉渣密度及含水率特征
•     4.1.2 高炉渣比重特征
•     4.1.3 高炉渣击实特性
•     4.1.4 高炉渣渗透特性
•   4.2 松散高炉渣的大型室内直剪试验
•     4.2.1 试验概述
•     4.2.2 试验方案
•     4.2.3 试验结果分析
•   4.3 热熔高炉渣的大型室内三轴压缩试验
•     4.3.1 试验概述
•     4.3.2 试验方案
•     4.3.3 试验结果分析
•   4.4 本章小结
• 第5章 攀钢钒西渣场边坡稳定性分析
•   5.1 边坡稳定性的工程地质分析
•   5.2 边坡稳定性的二维数值模拟分析
•     5.2.1 参数选取
•     5.2.2 边坡的渗流场及稳定性分析
•   5.3 边坡稳定性的颗粒流分析
•     5.3.1 细观参数标定
•     5.3.2 颗粒流的流固耦合理论
•     5.3.3 颗粒流模型的建立
•     5.3.4 颗粒流模型的边坡稳定性分析
•     5.3.5 颗粒流模型的挡墙稳定性分析
•   5.4 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 邱禹

导师: 汤明高,李九乾

关键词: 高炉渣,抗剪强度,边坡稳定性,颗粒流,颗粒形状特征

来源: 成都理工大学

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: 成都理工大学

基金: 国家自然科学基金创新研究群体“西部地区重大地质灾害潜在隐患早期识别与监测预警(41521002)”,“攀钢钒西渣场堆填体边坡稳定性数值模拟”课题

分类号: TU43

DOI: 10.26986/d.cnki.gcdlc.2019.000184

总页数: 112

文件大小: 12436K

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