赤泥堆积体的物理力学特性及稳定性分析

来源 :李振平 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hanyanwei
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中国作为氧化铝生产大国,每年排放的赤泥高达数百万吨。赤泥的强碱性使其重复利用受到限制,所以我国目前处理赤泥的主要方式为筑坝堆存。然而,赤泥坝发生变形或失稳,将会引起土壤、水体以及大气的污染,对周边人民的生命财产安全造成重大影响。所以,对松散赤泥堆积体边坡的稳定性分析是十分有必要的。本文以焦作市某铝厂松散赤泥堆积场为研究背景,首先通过室内常规试验以及微观分析等室内试验,对松散赤泥的物理参数以及微观结构进行了分析;接着通过三轴固结排水剪切试验,对松散赤泥破坏形态以及强度特性进行了分析;最后运用Midas GTS NX有限元软件,对不同工况下松散赤泥堆积体边坡的稳定性进行了分析。主要研究内容和成果如下:(1)松散赤泥物理力学特性及微观结构的分析。开展密度试验、比重试验、固结压缩等室内常规试验,试验结果表明:赤泥具有密度小、天然含水量较高、天然比重较小,孔隙比较大,高压缩性,强度低等特点,对松散赤泥堆积体的稳定性极为不利;采用XRD、SEM等多手段测定了松散赤泥的矿物组成、化学成分和微观结构,松散赤泥主要矿物组成包括一水铝石、赤铁矿、高岭石、水化石榴石、方解石等;松散赤泥组成颗粒不规则,但总体颗粒比较细小,表面多孔且结构松散,孔隙率较大,颗粒之间的胶结性比较差,为不稳定性结构。(2)松散赤泥强度变化规律及破坏特性研究。对松散赤泥试样进行了固结排水剪切试验,松散赤泥试样均呈现为鼓状破坏,且破坏面不够清晰,各剪切破坏形态各异,没有明显规律;在相同围压下,随着轴应变的增大,主应力差先增大后减小,然后趋于稳定的趋势;松散赤泥抗剪强度随着含水率的增大呈线性关系减少,在含水率28.8%~36.7%,抗剪强度减小的最快。(3)松散赤泥堆积体边坡的稳定性分析。运用Midas GTS NX有限元软件建立松散赤泥堆积体的数值模型,研究自然堆积、不同降雨以及地震等条件对松散赤泥堆积体边坡稳定性的影响。随着赤泥堆积体高度的增大,安全系数逐渐减小,最大水平位移也随之增大;最大变形值主要发生在赤泥子坝底面,并随着堆积高度的增加,最大变形位置逐渐向上转移,并发生在上一层赤泥子坝底面处。(4)在暴雨条件下,随着降雨时长的增加,安全系数逐渐减小,边坡处于极不稳定状态,潜在滑弧面逐渐向赤泥堆积体内部延伸,期间出现错动的滑弧面,最终贯穿初期坝和整个赤泥堆积体边坡。赤泥堆积体边坡的安全系数随着地震动峰值加速度的提高而减小,根据尾矿库设计规范,该赤泥堆积场是符合焦作市抗震设防烈度为7度的要求。在外界因素影响下,一级赤泥子坝底面的赤泥一般容易发生剪切破坏,在实际工程中应该对此处赤泥进行加固处理。
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