不同粒径渣体对弃渣场稳定性影响研究-论文.pdf

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1、第45卷第12期人民长江V0l_45．No．122014年6月YangtzeRiverJune，2014文章编号：1001—4179(2014)12—0038—05不同粒径渣体对弃渣场稳定性影响研究肖志红(贵州交通职业技术学院，贵州贵阳550008)摘要：受堆积成分影响，弃渣场极易失稳，引发严重的生态环境问题。目前国外对弃渣场稳定性的研究主要集中在宏观参数方面，微观参数方面的研究甚少。为此，运用颗粒流、重度增加法及边坡的监测算法，对比由不同颗粒粒径组成的弃渣场在自然堆积条件下的颗粒位置、最大不平衡力及稳定安全系数，进而确定滑动面的位置及影响范围，研究不同颗粒粒径对弃渣场稳定性的影响。研究结

2、果显示，随着颗粒粒径的增大，弃渣场边坡的滑动面逐渐变小，渣体颗粒向下滑移的速度相对更快，滑动面变浅且影响区域变小，此时弃渣场的稳定性相对较好。研究方法及成果可为弃渣场的设计、施工提供理论基础。关键词：弃渣场；稳定性；颗粒粒径；颗粒流；重度增加法中图法分类号：TV135文献标志码：A作为一种特殊的人工堆积地质体，弃渣具有非饱重度增加稳定安全系数法，将土体颗粒微观参数与宏和、欠固结、多孑L隙等结构特点，在降雨及其他外部荷观参数的关系引入弃渣颗粒粒径的研究中，对自然堆载作用下极易失稳，引发一系列严重的生态环境问题。积情况下不同颗粒粒径的弃渣进行模拟，通过分析颗为减小弃渣场潜在的破坏性，应全面掌握

3、弃渣的物理粒位置及最大不平衡力关系，研究弃渣最危险滑动面力学性质及弃渣场的相关特征，并对弃渣场的稳定性与颗粒粒径的关系，为弃渣的稳定性分析提供理论基做出可靠性分析，以便安全、环保、经济地处置弃渣。础。国内外针对弃渣场稳定性方面开展了一些研究，1颗粒流算法及典型实例如张家铭通过研究影响弃渣场边坡稳定性的6个因素，运用改进的正交设计法得到了更可靠的敏感因素，1．1颗粒流算法强调在弃渣场稳定性分析中应着重考虑其凝聚力和内颗粒流算法的基本思路是把颗粒视为圆盘，通过摩擦角，研究结果对于实际弃渣场设计施工具有重要模拟圆形颗粒的相互作用及其运动来研究颗粒的特意义。谭鹏通过室内试验与数值模拟技术，对弃渣性

4、。在颗粒单元研究的基础上，通过非连续的数值方的力学参数进行探讨，对比分析各个参数对弃渣场稳法来解决含有复杂变形的实际问题。基于上述算法，定性的影响，得出水对弃渣场的稳定性影响较大的结国内外开发了很多相关软件，其中以PFC最为著名，论，该研究有助于完善高速公路弃渣场的设计和施工在PFC2D中，材料的本构特性是通过接触本构模型来方法。但综合当前研究成果来看，弃渣的有关研究模拟的。颗粒的接触本构模型有：①接触刚度模型；主要集中在弃渣的宏观力学参数上，如凝聚力、内摩擦②滑动模型；③连接模型。其中接触刚度模型提供角等，而对弃渣的微观参数研究较少。本文通过颗粒了接触力和相对位移的弹性关系，分为线性接触

5、刚度流算法，选取某高速公路弃渣场作为研究实例，基于边模型与简化的Hertz—Mindlin接触刚度模型。线性接坡细观参数的研究方法及边坡颗粒流监测算法，运用触模型是通过两个接触体(颗粒一颗粒，颗粒一墙体)收稿日期：2014—02—10基金项目：国家自然科学基金项目“颗粒破碎对粗粒土力学性质影响研究”(41002104)；贵州省交通厅科技项目“贵州省节能性公路交通建设研究”(2011321013)作者简介：肖志红，女，副教授，主要从事交通土建方面的教学、科研工作。E—mail：1520373875@qq．com第12期肖志红：不同粒径渣体对弃渣场稳定性影响研究39平衡力小于10～N，并且最大

6、不平衡力／平均不平衡力小于l0作为计算结束的标准。1．4工程概况实例弃渣场位于某高速公路线中段，场区属构造侵蚀中低山深切河谷地貌区，区内峰顶标高一般为825—1000m，相对切割深度约600m，谷底标高470～475m，地形平缓，宽40～80m，河谷两岸岸坡陡峻，坡面凹沟发育，坡面植被以低矮灌木为主，区内水土保持较好。弃渣场的渣体主要来源于沿线隧道开挖及边1．2颗粒粒径对弃渣稳定性影响的机理分析坡削坡。弃渣组成成分复杂，颗粒粒径存在较大差别，在该地区具有一定的代表性。为了更精确地分析弃渣场稳定性，对弃渣进行了颗粒粒径、密度、大三轴等多种室内、现场试验，确定弃渣体的级配、密度、凝聚力、内摩擦

7、角等宏观力学参数。渣体的级配曲线见图1，密度、凝聚力、内摩擦角分别为2g／cm、0．1kPa、37。。图1粒径级配曲线2颗粒流模型的生成根据弃渣场宏观参数与微观参数的对应关系，对该渣场自然堆积状态下的弃渣进行模拟计算分析，以颗粒粒径作为变量建立数值模拟模型，研究弃渣颗粒粒径对弃渣稳定性的影响。由于弃渣颗粒粒径变化范围较大，为满足普遍性及代表性要求，根据弃渣颗粒分F：：(1)析与密度试验，颗粒粒径在20～60mm之间的百分