尾矿坝非饱和带滞水曲线模型的建立及应用

本研究的目的是建立一种简单实用的上游式尾矿坝非饱和带滞水曲线的数学模型。研究方法采用拟合法。在揭示了硬岩尾矿砂的沉积距离与含水率、孔隙比等之间关系的基础上,建立了一种arctanx的函数,用来表征含水率与基质吸力的关系。将本模型应用于降雨入渗条件下饱和-非饱和渗流场分析,结果表明,数学模型与实验数据,具有明显的一致性。研究表明:该数学模型函数简单,适用于上游式尾矿坝。     

非饱和黄土土-水特征曲线与渗透系数Childs & Collis-Geroge模型预测

我国黄土厚度大,黄土地区地下水位深,降雨量少,黄土多处于非饱和状态,土-水特征曲线是非饱和黄土应力状态、强度及渗透性研究的基础。以陇东高原马兰黄土为试验对象,采用张力计法测定原状土样的土-水特征曲线,采用三种理论模型对试验数据拟合,其中Gardner模型简单、参数少,但Fredlund & Xing模型拟合效果最好。基于已测得的土-水特征曲线,采用Childs & Collis-Geroge预测非饱和渗透系数的模型,计算得到非饱和黄土渗透系数与基质吸力或含水率的关系,发现黄土从饱和到非饱和,其渗透系数急剧降低,黄土非饱和渗透系数与基质吸力或体积含水率的关系均可用指数函数表示。本文对典型黄土土-水特征曲线的研究及渗透性的预测为黄土工程问题,如降雨入渗的边坡稳定性评价、非饱和地基湿陷变形计算等提供理论基础。     

非饱和残积土的土-水特征曲线试验及模拟

土-水特征曲线是指基质吸力与含水率或饱和度的关系曲线。土-水特征及其相关数学模型可用于非饱和土性质如渗透系数和抗剪强度模型的建立。通常,土-水特征曲线仅有脱湿曲线。笔者详细讨论了初始含水率、干密度、竖向应力及干湿循环对脱湿曲线的影响。采用滤纸法测试了厦门地区残积土的土-水特征曲线(SWCC)及滞回环。结果表明,初始含水率对SWCC影响较小,最优含水率干侧试样SWCC的进气值小,滞回环小;湿侧试样的进气值大,滞回环大;最优含水率试样的滞回环居中。初始干密度对SWCC有显著影响,低干密度试样SWCC进气值小,脱湿速率快;高干密度试样SWCC进气值高,脱湿速率低。滞回环的大小随着初始干密度的减小而增大。不同竖向应力下SWCC变化较大。随着竖向应力的增加,进气值增大,脱湿速率减小,滞回环减小并趋于稳定。第1次干湿循环对SWCC影响最大,随着循环次数的增加,进气值减小,滞回环减小并趋于稳定。由于残积砂质黏性土SWCC的过渡区和残余区不易区分,残余含水率难以确定,因此,提出5种剔除残余含水率参数的修正SWCC模型,计算分析得出,修正Gardner模型最适合厦门地区残积土的SWCC建模。     

非饱和土土-水特征曲线和结构强度理论

本文从非饮和土中微观孔隙中分离规律出发，考虑到土孔隙内收缩膜对非饱和土剪切强度的影响，推导出了非饱和土土水特征曲线方程和结构强度公式。这不仅揭示了两者的内在联系，而且使它们有了统一的理论基础。这些公式既与试验测量结果相符，又便于实际应用。     

陕北非饱和红土土-水特征曲线试验研究

为了探讨非饱和保德组红土基质吸力与干密度、含水率、饱和度和体积含水率之间的关系,采用滤纸法在试验室测试了36组不同含水率和干密度状态的重塑非饱和保德组红土的含水率,分别计算了相应的基质吸力,得到了非饱和保德组红土在不同干密度下的土-水特征曲线。对试验结果进行分析表明：基质吸力与干密度、饱和度及体积含水率的关系在不同的含水率段具有不同的特点;在含水率较低时基质吸力值对干密度、饱和度及体积含水率的变化很敏感,而在含水率较高时基质吸力值对干密度、饱和度及体积含水率的变化不敏感;在相同的干密度下,基质吸力与含水率、饱和度及体积含水率呈非线性关系,随着含水率、饱和度及体积含水率的增加,基质吸力呈现出急剧减小的趋势。     

考虑温度和密度影响的非饱和黄土土-水特征曲线研究

取扰动黄土进行试验研究,测试得到了不同密度和温度黄土土样的土-水特征曲线。试验资料揭示出：密度变化引起基质吸力的变化非常显著。相对而言,温度变化引起基质吸力的变化不显著。对于一定含水率的土样,温度变化引起的吸力变化值在高含水率时较小,可以忽略不计,而在低含水率时较大;温差越大,吸力变化越大。进一步基于试验资料的分析,得到了考虑密度和温度影响的土-水特征曲线的表达式,并通过计算和测试结果的对比分析,验证了表达式的合理性。     

尾矿坝细粒泥层内超静孔隙水压力的近似估算方法

本文对上游法修筑的尾矿坝的细粒泥层内超静孔隙水压力的积累和消散过程进行了分析。基于一维固结及若干参数保持不变等简化假定,提出了一种实用的超静孔隙水压力的近似估算方法。     

非饱和膨胀土的土-水特征曲线研究

在干旱和半干旱地区 ,土体中含水量的变化常会引发各种工程问题。研究表明 ,非饱和土的工程性质不仅取决于土的组成、结构和应力状态 ,还与土中的吸力密切相关。非饱和土的土 -水特征曲线表达了土体中含水量与吸力的关系 ,是非饱和土研究的重要内容之一。     

非饱和含黏砂土的广义土-水特征曲线试验研究

利用非饱和土4联固结仪和非饱和三轴仪,解决了用压力板仪测试土-水特征曲线无法考虑体变、净竖向压力和净平均应力影响的问题,进行了考虑净竖向压力和净平均应力影响的土-水特征曲线研究,对未考虑净竖向压力或净平均应力的土-水特征曲线同考虑净竖向压力或净平均应力的广义土-水特征曲线的试验结果得出,净竖向压力或净平均应力是影响非饱和土土-水特征曲线的重要因素,试验结果与理论公式稳合较好,并结合非饱和理论和试验结果,拟合了可以反映净竖向压力或净平均应力影响的广义土-水特征曲线公式,与试验结果吻合较好。     

土-水特征曲线与核磁共振曲线的关系

土-水特征曲线在非饱和土的研究中扮演着重要的角色,其预测方法的研究具有重要的科学意义。以武汉黏性土为研究对象,在土-水特征曲线试验和核磁共振（NMR）试验的基础上,利用Fredlund-Xing模型对试验数据进行拟合分析。结合KST模型和Young-Laplace理论,建立了基质吸力与土体中孔隙水的弛豫时间（T2）之间的理论关系式,试验结果表明该理论关系式并不能简单有效的描述基质吸力与T2值之间的实际关系。基于土-水特征曲线和NMR试验结果,建议了基质吸力与T2值之间的经验关系式,在此基础之上,给出了基于NMR曲线的不同初始干密度非饱和黏性土土-水特征曲线的预测方法。     

地下水对栾川炉场沟尾矿坝稳定性影响分析

据计算结果,栾川炉场沟尾矿坝在正常运行情况下是稳定的,地下水位(浸润线水位)是实测水位;在洪水运行情况下和特殊运行情况下是不稳定的,洪水运行情况下,预测地下水位(浸润线水位)距离坝顶 1 m,地下水位(浸润线水位)埋深较浅时尾矿坝不稳定,提出了相应的预防措施.     

夯管锤非开挖技术在尾矿坝仰斜式排水孔工程中的应用

根据甘肃省玛曲县格尔珂金矿尾矿坝体土石碾压部位的地质基本特征和排水孔工程施工技术要求,经过技术经济论证,优选了尾矿坝仰斜式排水孔施工方案。将夯管锤非开挖技术成功应用于仰斜式排水孔工程施工中,取得了较好的效果,为同类工程施工积累了经验。     

Unsaturated hydraulic properties of cemented tailings backfill that contains sodium silicate

Recycling the mine waste (tailings) into cemented tailings backfill has economical and environmental advantages for the mining industry. One of the most recent types of cemented tailings backfill is gelfill (GF), a backfill that contains sodium silicate as chemical additive. GF is typically made of tailings, water, binder and chemical additives (sodium silicate gel). It is a promising mine tailings backfill technology. From a design point of view, the environmental performance or durability of GF structures is considered as a key factor. Due to the fact that GF structures are cementitious tailings, their durability and environmental performance depend on their ability to resist the flow of aggressive elements (water and oxygen). Thus, understanding the unsaturated hydraulic properties of GF is essential for a cost-effective, environmentally friendly and durable design of GF structures. However, there is a lack of information with regards to unsaturated hydraulic properties of GF, the factors that affect them and their evolution with time. Hence, the unsaturated hydraulic properties (water retention curve (WRC) or water characteristic curve, air entry value (AEV), residual water content, unsaturated hydraulic conductivity) of GF are investigated in this paper. GF samples of various compositions and cured in room temperature for different times (3, 7, 28, and 90 days) are considered. Saturated hydraulic conductivity and microstructural tests have been conducted; WRCs are measured by using a WP4-T dewpoint potentiameter and the saline solution method. Unsaturated hydraulic conductivity is predicted using the van Genuchten (1980) equation. The water retention curve (WRC) is determined as the relationship between volumetric water content and suction for each GF mix and curing time. The van Genuchten (1980) equation is used to simulate the WRC to best-fit the experimental data. AEV and residual water content are also computed for each mix and curing time. Furthermore, functions are developed to predict the evolution of AEVs, residual water content and fitting parameters of the van Genuchten model with degree of hydration. Important outcomes have been achieved with regards to unsaturated hydraulic properties. The unsaturated hydraulic conductivity of GF was calculated to decrease when the suction, binder content, and degree of hydration increase. The effects of binder content and degree of hydration are more obvious at low suction ranges. The obtained results would contribute to a better design and assessment of the durability and environmental performance of GF structures.     

甘肃徽县通天坪金矿尾渣堆场变形原因分析

2008年"9.8"山西襄汾尾矿溃坝事故造成281人遇难的特大灾害给中国尾矿坝(库)的安全管理烙上了一次深刻的印记.据有关研究,尾矿溃坝事故造成灾害的主要原因是坝体的稳定性不足和违规建设等.笔者以通天坪金矿尾矿坝(库)为例,进行库坝稳定性、建设程序和安全防治措施分析,以增强对尾矿库建设安全和管理的重视.甘肃徽县通天坪金矿尾渣堆积坝地基土为强度很低的粉质黏土,承载力特征值为80~100kPa,高度20.0m,初期坝采用粉质黏土堆筑,后期的堆积坝以初期坝为基础,生产期间用压滤干尾砂采用上游式尾矿筑坝法堆筑.尾渣堆场地段地下水较丰富,地下水位埋深在地表附近呈溢出泉出露,坝基土和坝体均为持水性强、渗透性差的黏性土体,不仅地形呈约为10°的斜坡,坝基土体也呈5°~10°倾斜状分布.由于对软弱的地基土未做处理,坝基和坝体排水措施不力,导致投入运营不久坝体和坝前地表发生隆起、开裂、塌陷等变形破坏,严重影响了坝体的正常使用.经后期的补充勘察,提出的地基加固、坝体排水等补救措施实施后,经近2年的监测,坝体稳定,运行正常.     

基于GIS/GPS的淤地坝泥沙淤积速率的评价方法探讨——以内蒙南部砒砂岩区淤地坝为例

淤地坝是黄河中游地区治理水土流失的主要措施之一.本文通过利用高精度测量的全球定位系统(GPS)动态测量技术和MAPGIS的分析功能,结合淤地坝内泥沙颗粒的沉积旋回和沉积物的分析,对内蒙南部砒砂岩分布区内一淤地坝内的泥沙淤积速率进行了定量评价,计算结果表明该淤地坝的年平均泥沙淤积总量是41651.419 t/a,年平均淤积速率是10371 t/a·km2.     

The role of pore water in the mechanical behavior of unsaturated soils

Deformation and failure of soils are governed by the stresses acting on the soil skeleton. The isotropic stress acting on the soil skeleton can be divided into two components. One is the stress component which is transmitted through the soil skeleton. This skeleton stress is influenced by the pore water (bulk water) in the soil. The other is the internal stress component which does not contribute to equilibrium with a given external force. The internal stress is induced by the capillary tension of meniscus water clinging to the contact point of soil particles and acts so as to connect the soil particles tightly. Therefore, in modeling the stress and strain relations for unsaturated soils, it is of much importance to quantitatively evaluate how the pore water exists in the soil. This paper discusses the role of pore water on the mechanical behaviour of the soil. In particular, the significance of the water retention curve is emphasized from a mechanical viewpoint. Essential features required in modeling of the constitutive relations for unsaturated soils are discussed and presented.     

利用Van Genuchten模型拟合土壤水分特征曲线

利用Van Genuchten模型对用砂性漏斗测量中砂的吸湿过程和脱湿过程土壤水分特征曲线进行拟合,结果表明实测曲线和拟合曲线吻合很好,并得出Van Genuchten模型中的残余含水量、特性参数α和n,模拟计算表明,中砂有αw=1.69αd的关系,为研究水分和污染物在非饱和土壤中运移问题提供土壤水分运动键参数.     

洛川典型剖面黄土的非饱和参数测试与分析

土-水特征曲线是反映非饱和土基本特性的本构曲线,是土质斜坡非饱和渗流和力学机制分析中的重要参数。但受限于实验设备和测试技术等条件的限制,使得土-水特征曲线的测试耗时长、难度大,且多数测试方法难以实现全吸力范围内（0~106 kPa）的曲线测定,间接获取土-水特性曲线的模型拟合法,通常又存在因参数多解性而导致的结果失真等问题。现有的黄土高原非饱和特征曲线测试结果多集中于马兰黄土（L1）,而其下的几十层黄土、古土壤的测试尚基本属于空白。笔者基于TRIM试验测试技术,对洛川黄土剖面的29层黄土-古土壤序列进行测试,获取了土-水特征曲线、吸应力特征曲线和渗透系数函数等系列参数,建立了黄土高原非饱和黄土工程特性标准剖面。通过对各参数综合分析发现,各物性参数在垂向上随深度呈现相似的变化规律,且均在黄土-古土壤的接触带参数变化较大;粘土矿物成分和孔隙结构特征是影响非饱和土-水特征曲线的重要参数,且与曲线参数α、n存在一定的非线性关系。     

皖浙山区大坝坝址环境水特征与作用

大坝建成水库蓄水,坝址水环境发生明显变化,致使水岩间相互作用加剧。在渗透压力作用下,弱酸性的水库底层水侵蚀力加强;水对岩石和混凝土的作用造成了坝基地下水的酸性和碱性化;坝基地下水地球化学环境的改变,是造成坝基排水孔胶状析出物排出的主要原因。大坝两侧岸坡和坝基地下水坡降增大,绕坝渗漏的存在,是造成大坝岸坡坝基不稳定的主要因素。