降雨入滲條件下基質吸力對尾礦壩穩(wěn)定性影響研究.pdf

1、降雨入滲直接影響尾礦壩土體含水率，含水率的變化會改變土體基質吸力，而基質吸力與非飽和壩體抗剪強度及穩(wěn)定性緊密相關。目前尾礦壩穩(wěn)定性分析和研究中很少考慮降雨入滲問題，現(xiàn)有的邊坡穩(wěn)定性分析也多是根據(jù)傳統(tǒng)的飽和土力學理論進行的，僅考慮了“固-液-氣”三相，缺乏對非飽和土體中的第四相—液-氣交界面上收縮膜產生的基質吸力的研究。尾礦壩是一類特殊的非飽和土邊坡，基質吸力是非飽和土體有別于飽和土體的根本特性，在穩(wěn)定性計算和分析時不可忽略。
　　

2、基于此，本文以某尾礦壩為研究對象，首先，系統(tǒng)分析了基質吸力對邊坡穩(wěn)定性的影響機理，并以磷尾礦砂為主要試驗材料，通過室內土工試驗，測定了試樣的含水率、密度和塑限等13項物理性質，以及黏聚力、內摩擦角和滲透系數(shù)等4項力學性質，以選定適用于后期試驗的尾礦砂材料。其次，通過尾礦壩模型相似試驗，研究不同雨強下，尾礦壩的入滲規(guī)律及其物理力學特性動態(tài)變化規(guī)律。然后，采用接觸式濾紙法，研究了降雨入滲過程過程中基質吸力隨含水率的變化規(guī)律。根據(jù)Fredlu

3、nd-Xing模型繪制出尾礦砂的土-水特征曲線（SWCC），并從土體自身因素及外部環(huán)境條件兩個方面分析了影響基質吸力及 SWCC的主要因素。最后，在傳統(tǒng)Mohr-Coulomb強度破壞準則基礎上，根據(jù)Fredlund雙應力變量理論，將基質吸力單獨作為一個應力變量考慮進抗剪強度計算中。為了避免基質吸力摩擦角φb與有效應力參數(shù)χ對抗剪強度計算帶來的不便，同時也便于極限平衡分析軟件Slide的計算，通過對Bishop和Fredlund非飽和土

4、強度公式的組合、優(yōu)化，基于含水率建立了適用于尾礦壩的“微觀Mohr-Coulomb強度公式”。根據(jù)格子Boltzmann模型對基質吸力和抗剪強度參數(shù)的試驗結果進行擬合分析，得到非飽和尾礦壩穩(wěn)定性安全系數(shù)與基質吸力變化關系，并對比分析了考慮基質吸力前后壩體安全系數(shù)的變化規(guī)律。
　　研究結果表明，降雨過程中隨著土體含水率的增加，壩坡安全系數(shù)總體上呈先降低后趨于穩(wěn)定的趨勢。自壩體干燥狀態(tài)至飽和狀態(tài)時，按傳統(tǒng)飽和土力學方法計算得到的安全系