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重庆地区矸石山堆积形态及稳定性分析研究

董倩  
【摘要】: 采煤副产品——矸石是我国排放量及积存量最大、占用堆积场地最多的工业废弃物。矸石山堆积产生污染(水、土、大气),自燃、占地、爆炸、结构侵蚀、稳定等环境岩土效应,为治理矸石山、预防矸石山地质灾害的发生,应重视矸石散体物理力学特性及矸石山稳定性分析等基础课题的研究。本文针对重庆地区典型矸石山,结合踏勘和现场试验,从矸石散体的构成本质出发,分析影响矸石散体强度和变形的因素及矸石山自组织临界性,建立适应矸石山的稳定分析方法,并对矸石山的渐进性破坏特性进行数值模拟分析,取得了以下研究成果: ①进行踏勘,分析重庆地区矸石山堆积特点及其区域环境;较系统总结、分析矸石散体基本物理力学特性,进行较全面的现场原位试验,通过现场剪切、压缩、渗透等试验,研究矸石散体的力学特征,丰富理论研究内容,为工程应用提供数据资料。 ②针对重庆地区矸石山,分析矸石山的结构特征;从无序、非线性复杂系统的行为特征出发,探讨矸石山自组织临界性(SOC),对影响矸石山自组织临界性的因素进行系统分析,结合影响矸石山自组织临界性的因素,就重庆地区矸石山的几种主要失稳模式,进一步分析了各自的失稳机理。 ③针对矸石山内部滑移失稳模式,建立极限分析上限法分析重庆地区典型矸石山的稳定性,并对影响矸石山内部滑移稳定性的因素进行敏感性分析。另外,分析矸石散体剪切强度的特点及剪切强度非线性的机理,依据塑性极限分析上限定理,考虑矸石散体抗剪强度的非线性,提出非线性强度准则下的极限分析上限法,对重庆地区典型矸石山进行对应分析。论文相应计算程序采用FORTRAN程序语言编制而成。 ④根据重庆地区的地形、地貌特点,针对沿基底接触面失稳模式,分析了基底山体坡面角及基底接触面力学性能对矸石山稳定性的影响;对于沿软弱基底(表土层)的失稳模式,则给出对应表土层的失稳判据、矸石山极限堆积高度及合理的矸石排弃强度。 ⑤根据矸石山在自组织和外部扰动作用下滑坡发育表现出的渐进性,探讨了矸石山产生渐进破坏的机理及矸石散体吸水软化、应变软化、物理化学变化等导致矸石山渐进性破坏的因素,在分析矸石散体变形特征的基础上采用对应本构模型表征矸石散体的本构关系,并针对重庆地区典型矸石山在不同情况下的稳定状态及渐进破坏过程进行FLAC数值模拟分析,以掌握矸石山边坡渐进性破坏的规


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