铝土尾矿泥浆逐级堆排沉积特性试验研究

通过量筒沉积试验分析了不同浓度的尾矿泥浆沉积变化历程及泥水分离规律,并根据矿山实际生产情况开展逐级堆排沉积柱试验,获取尾矿泥浆沉积后不同深度处的物理参数,从而得到逐级堆排下泥浆沉积特性,并采用灰色关联分析法分析各参数之间的影响。结果表明：铝土尾矿泥浆沉积稳定后泥水分界面高度与泥浆含泥量密切相关,与泥浆浓度无关,推测矿山常用排放浓度30%的泥水分离比为1:1.018;各堆排层间存在“锁水”现象,含水量、密度、孔隙比、渗透系数、压缩系数和体积压缩系数等物理参数沿深度方向上存在逐级分段、各级相互独立的特性;且各物理参数之间存在相互影响的复杂关系,其中含水量对其它物理参数的影响显著,含水量对密度、孔隙比、渗透系数、压缩系数的关联程度依次为：0.945、0.952、0.856、0.889。     

基于改进滤失试验的CaCl_2溶液作用下膨润土滤饼渗透系数

由于隔离墙施工过程中形成的膨润土滤饼对土-膨润土隔离墙整体防渗性能起到重要作用,采用改进滤失试验测试了不同压力下受CaCl_2溶液和去离子水作用的膨润土滤饼渗透系数kc和kw.结果表明,同浓度CaCl_2溶液作用下,随试验压力增大,膨润土滤饼渗透系数呈降低趋势;同一压力下,滤饼渗透系数随CaCl_2浓度增大而增大.由试验压力增长引起的滤饼孔隙比的减小,可降低滤饼的渗透系数;而由CaCl_2浓度增大所造成的滤饼孔隙比的减小则增大了滤饼的渗透系数.当CaCl_2浓度15 mmol/L时,膨润土泥浆试样无法形成滤饼,膨润土的kc/kw将大于10,其渗透系数将显著增长.     

黏土固结过程中结合水对粘滞系数影响研究

渗透系数作为土的基本力学指标参数,是孔隙比和粘滞系数的函数,为了研究黏土中结合水对粘滞系数的影响,开展固结试验得到各级压力下的渗透系数与粘滞系数,并由高速离心机分离试验定量测得结合水量。结果表明固结压力增大,孔隙比减小,渗透系数随之减小,由渗透系数计算公式反算出动力粘滞系数,随固结压力增大而线性增大。压力较小时,结合水量变化较小;自由水减少到一定程度变为结合水排出为主。结合水排出会导致结合水膜厚度变薄,粘滞系数随结合水膜厚度减小而线性增大。所以,对于结合水含量较高的黏土,固结压缩过程中存在结合水排出现象,计算渗透系数时需考虑结合水膜变薄导致粘滞系数增大进而对渗透系数产生的影响。     

黏土固结过程中结合水对黏滞系数影响研究

渗透系数作为土的基本力学指标参数是孔隙比和黏滞系数的函数。为了研究黏土中结合水对黏滞系数的影响,开展固结试验得到各级压力下的渗透系数与黏滞系数;并由高速离心机分离试验定量测得结合水量。结果表明固结压力增大,孔隙比减小,滲透系数随之减小,由渗透系数计算公式反算出动力黏滞系数腿固结压力增大而线性增大。压力较小时,结合水量变化较小;自由水減少到一定程度变为结合水排出为主。结合水排出会导致结合水膜厚度变薄,黏滞系数随结合水膜厚度减小而线性增大。所以对于结合水含量较高的黏土,固结压缩过程中存在结合水排出现象,计算渗透系数时需考虑结合水膜变薄导致黏滞系数增大进而对渗透系数产生的影响。     

不同因素对赤泥改良黄土渗透系数的影响研究

为模拟工厂酸性污水和酸雨对赤泥改良黄土渗透系数的影响,选取硫酸作为渗滤液进行渗透试验。将不同含量的赤泥掺入到黄土中,测试了赤泥改良黄土的渗透系数,探讨了渗透压强、硫酸浓度、孔隙比和赤泥含量对渗透系数的影响。试验结果表明：渗透系数随渗透压强的增大基本趋于稳定;渗透系数随硫酸浓度的增大先增大后减小;渗透系数与孔隙比呈指数关系,随孔隙比的增大快速增大;渗透系数随赤泥掺入量的增大而减小,赤泥的掺入助于提高黄土的抗渗性,当赤泥含量在15%左右时,渗透系数较小。     

离子型稀土矿体孔径分布及其渗透性变化

以江西龙南典型的离子型稀土矿为研究对象,对原矿和5种孔隙比重塑矿开展了现场和室内土-水特征曲线和饱和渗透系数测试试验。基于土-水特征拟合曲线,计算了矿体孔径分布和非饱和渗透系数。结果发现:孔隙比0.92的原矿单位质量矿体累积孔隙总体积为0.234 5 cm~3/g,大孔隙(r≥5μm)、中孔隙(2μm≤r≤5μm)和小孔隙(r≤2μm)体积分别占孔隙总体积的58%、15%和27%,渗透系数为2.0×10~(-5)m·s~(-1);保持原矿孔隙比重塑后,小孔隙体积增加约3.0%,渗透系数为1.2×10~(-5)m·s~(-1),表明相同孔隙比的原矿和重塑矿在孔径分布上有明显差异,原矿存在较多大孔隙,重塑后大孔隙分裂成多个小孔隙,矿体通透性变差,渗透系数变小。而重塑为孔隙比0.97的矿样,小孔隙体积减少约1.0%,渗透系数为1.9×10~(-5)m·s~(-1),孔径分布和渗透性基本达到原矿状态,采用该孔隙比状态的重塑矿样模拟龙南类型天然矿体进行浸析试验效果更好。     

不同因素对赤泥改良黄土渗透系数的影响

为模拟工厂酸性污水和酸雨对赤泥改良黄土渗透系数的影响,选取硫酸作为渗滤液进行渗透试验。将不同含量的赤泥掺入黄土中,测试赤泥改良黄土的渗透系数,探讨渗透压强、硫酸浓度、孔隙比和赤泥含量对渗透系数的影响。试验结果表明:渗透系数随渗透压强的增大基本趋于稳定;渗透系数随硫酸浓度的增大先增大后减小;渗透系数与孔隙比呈指数关系,随孔隙比的增大快速增大;渗透系数随赤泥掺入量的增大而减小,赤泥的掺入有助于提高黄土的抗渗性,当赤泥含量在15%左右时,渗透系数较小。     

尾矿坝排渗系统淤堵机理试验研究

因尾矿坝排渗系统淤堵导致坝体浸润线增高,进而导致溃坝的事故时有发生。为解决排渗淤堵问题,以银山铅锌矿尾矿坝排渗设施淤堵为背景,分别从物理因素、化学因素、生物因素三方面对其淤堵机理进行了试验研究,试验结果表明:尾矿砂细粒可造成物理淤堵,不含细粒时尾矿砂渗透系数是含细粒时渗透系数的3.7倍;垂直载荷可导致土工布和尾矿砂渗透性能下降,尾矿砂和土工布的渗透系数与垂直压力呈负相关关系,在垂直压力为1 MPa时,尾矿砂渗透系数下降了88.5%,土工布渗透系数下降95.9%;尾矿砂中的主要矿物是黄铁矿(FeS_2),尾矿水中的主要金属离子为Ca~(2+)、Mg~(2+)、Fe~(3+)、Mn~(2+),造成排渗设施化学淤堵的主要物质是CaCO_3、Mg(OH)_2、Fe(OH)_3、Fe_2O_3·XH_2O、Mn(OH)_2;尾矿砂和尾矿水中的微生物主要是变形菌门(proteobacteria)。     

循环荷载下尾矿粉土的孔隙水压力特性

为了解尾矿粉土在振动作用下的孔隙水压力特性,采用GDS动三轴试验系统对尾矿粉土进行了循环荷载试验,通过施加循环应力使尾矿粉土达到完全液化状态,研究了相对密度及固结围压对尾矿粉土孔隙水压力特性的影响.研究结果表明,尾矿粉土的孔压增长过程可分为4个阶段:孔压快速增长阶段、孔压稳定增长阶段、结构破坏阶段及完全液化阶段;相对密度及围压的增加可以提高其抗液化能力.对比尾矿粉土及砂土试验结果发现:循环荷载作用下尾矿粉土的孔隙水压力特性与砂土不同,其孔压增长规律可用一个双S型模型描述,该模型对粉土和砂土均具有较好的适用性.     

可变形多孔介质中一维孔隙压力的生成

考虑到可变形多孔介质的渗透系数依赖于孔隙变形的特点，建立了一维孔隙压力生成的力学模型，用初始层校正法来出了摄动解，实例计算了表明渗流的非线性对孔隙压力分布菜明显影响，最后介绍了利用孔隙压力生成过程中，流出试样的非稳定流量确定可变形多孔介质渗透系数的方法，测试时间大大小于传统的稳定渗流方法。     

透水性对丁坝周围能量变化的影响试验研究

丁坝是航道整治常用的整治建筑物之一,实际工程中其多由块石抛筑而成并具有一定的透水性.通过水槽概化模型试验和理论分析相结合的方法,研究了不同空隙尺寸和不同空隙率条件对坝身段、坝头前端和主流带区能量变化的影响,结果表明:透水丁坝在坝身段空隙尺寸越小,水流通过损耗位能越少;坝头前端动能与空隙尺寸成反比,与空隙率成正比;主流带区,空隙尺寸和空隙率的变化对位能影响不明显,对动能影响明显.研究成果对于深刻认识实际丁坝工程失稳机理具有重要意义,并可为丁坝设计和修复提供技术支撑.     

不同粒级与结构铁尾矿渗透破坏模式判别方法

渗透破坏是引起尾矿坝事故的重要原因。渗透破坏模式不同，影响也不尽相同。有必要对其判别方法进行研究，进而有效预判可能发生的尾矿坝渗透破坏形式，从而更为有效的保护尾矿坝下游人员的生命与财产安全。通过开展铁尾矿的渗透破坏试验，电镜扫描观测，显微镜观测，对细颗粒含量与结构影响下的铁尾矿渗透破坏模式进行了分析。研究表明：1）应用现行的一些渗透破坏模式判别方法对铁尾矿渗透破坏模式进行判别时，其准确性降低。2）以达西定律为基础，提出采用渗透系数对平均孔隙直径进行计算的方法，这种方法可以有效计算均匀尾矿的平均孔隙直径，沉积尾矿粗、细粒层的平均孔隙直径。为后续尾矿渗透破坏模式的判别提供有力依据。3）提出了适用于铁尾矿的渗透破坏模式判别方法。对不同粒级与结构铁尾矿的渗透破坏模式判别准确性较高。开展砂槽试验，在较大尺度范围上对提出的铁尾矿渗透破坏模式判别方法进行了验证，结果较为准确。研究成果对维持尾矿坝安全运行具有一定指导意义。     

孔隙度对黏性土渗透系数影响的试验研究

利用传统渗透系数经验公式计算黏性土渗透系数时,计算结果与黏性土渗透试验实测数据常存在一定的误差,对实际工程建设加固与修复产生较大影响。为修正此误差,选取两种不同的黏性土制成干密度不同的试样,结合变水头渗透试验研究黏性土孔隙比对渗透系数的影响,拟合黏性土孔隙比与渗透系数之间的函数关系,并分析讨论了传统渗透系数经验公式计算黏性土时误差较大的原因。研究成果符合黏性土的渗透规律,为工程防渗及地基沉降提供了参考。     

深锥浓密机底流浓度模型及动态压密机理分析

泥层高度和底流浓度是深锥浓密机最为重要的两个参数,因此有必要研究底流浓度随泥层高度的变化规律.采用自制小型深锥浓密机,对尾矿非连续/连续动态压密过程进行了物理实验;借助于有效孔隙比与泥层压强间遵循的Power函数关系,结合对尾矿颗粒的受力分析,推导出了底流浓度与泥层高度的数学模型,揭示了浓密机底流浓度与泥层高度的内在关系,并从尾矿颗粒空间结构的角度解释了该模型的变化规律;结合矿山生产对于底流浓度的要求,应用该数学模型,为其推荐了泥层高度的合理范围,验证了底流浓度数学模型的可靠性.该模型为深锥浓密机的设计和运行提供了理论依据.     

浑水入渗作用下尾矿砂渗透规律试验研究

通过自制的多功能浑水渗透试验装置,配置浓度为0%、10%、20%、30%、40%的浑水做砂柱入渗对比试验,模拟浑水入渗过程中累积入渗量、渗透系数与孔隙度等的变化情况。实验结果表明,浑水浓度在入渗过程中对尾矿砂的物性参数具有显著的影响,浓度越大,浑水中固体颗粒沉积得越快,入渗后砂柱的渗透系数和孔隙度越小。在浑水入渗的初始阶段,粗颗粒的沉积滞留起主要作用,随着入渗时间的增长,细颗粒的入渗和滞留对参数影响变大。研究结果对尾矿坝的设计和渗流分析具有一定的参考价值。     

饱和黏土的一维热固结特性试验研究

通过室内试验,研究了饱和黏土在不同温度作用下的固结效应.结果表明:温度对土颗粒的膨胀作用和孔隙比的收缩作用影响较小;高温作用下发生的热膨胀在一定程度上阻碍了变形的发生,高温条件下压缩指数较低温条件下有减小的趋势.但渗透性的增强使得该现象逐渐减弱.随着温度的升高,先期固结应力均随之减小.通过反分析得到了两种黏土的材料参数γ.材料参数γ越大,相同温度下的归一化先期固结应力越小.温度越高,水溶液的黏度越低,越容易被排出,其渗透系数越大,超静孔隙水压的消散越快,所以超静孔隙水压随着温度的升高而减小.渗透系数随着孔隙比的升高而升高.粒径较大试样的渗透系数大于粒径较小试样的渗透系数.     

高填方土石混合体填料盖板涵垂直土压力计算新方法

涵洞在山区高填方高速公路中应用较为广泛,但由于涵洞上方填料组成复杂与填料—涵洞相对刚度差异大等问题引起涵顶垂直土压力集中,造成涵洞结构出现一系列病害。为探明涵顶土压力集中系数的影响因素,在室内模型试验和FLAC数值模拟的基础上,研究了涵洞顶部填料高度、盖板厚度、填料泊松比以及填料含石量对上埋式盖板涵顶部垂直土压力、侧墙水平土压力及土拱效应影响规律。结果表明：涵洞顶部填料高度、盖板厚度、填料泊松比以及填料含石量均会影响土压力集中系数值,涵顶土应力分布形式为抛物线,涵顶中心土压力集中系数值小于1,涵顶边缘土压力集中系数值大于1,涵顶与侧墙土压力呈非线性分布。将上述因素影响下的结果建立图表和方程,可用于评估同类型盖板涵的静止土压力和静弯矩设计。采用C#语言编写了《涵洞顶部竖向土压力值计算》程序,能快速准确的定位涵洞顶部垂直土压力,可为类似的高填方土石混合体填料—涵洞受力分析提供参考。     

基于土颗粒三维理想模型的黏性土渗透系数研究

黏性土是一种低渗介质,常作为土石坝、提防、公路路基等构筑物的防渗层,其渗透系数的准确表达直接关系到堤坝的安全以及公路的耐久性。利用土颗粒三维理想模型对黏土颗粒表面结合水进行研究,认为结合水就是黏土颗粒的一部分,不参与土中水的渗流,土体中有效孔隙体积不包含结合水的体积;在此基础上引用有效孔隙比概念分别对太沙基、柯森-卡门、达西等3种渗透系数经验公式进行了修正;对广西贵隆高速工程现场的典型红黏土进行了渗透试验,将实测值与修正前后的3种公式分别进行了对比,验证了修正公式的合理性。通过对修正公式计算结果的对比分析认为,经修正后的柯森-卡门渗透系数经验公式比之其他公式更符合广西地区红黏土渗透系数的计算。该研究可为广西地区高速公路路基的防渗设计与施工提供重要参考。