加筋尾矿稳定性及界面剪切模型

为分析加筋尾矿坝的边坡抗滑移稳定性,探讨上覆荷载和尾矿砂含水率对加筋尾矿界面初始剪切刚度的影响,采用土工合成材料直剪拉拔试验摩擦系统,对加筋尾矿开展直剪试验并建立剪切模型,通过拟合试验结果求得初始剪切刚度值。结果表明:在加筋尾矿直剪试验过程中,剪切应力达到峰值后会略有降低;新剪切模型计算出的试验结果接近实际值,初始剪切刚度值误差在1 kPa以内,优于常规剪切模型;随着含水率的增加,初始剪切刚度先增大到峰值,后逐渐减小。当上覆荷载增加到一定值时,初始抗剪刚度将保持稳定。依据试验结果,可求出各组试验的最大初始剪切刚度值,从而判断尾矿坝是否稳定。

土工织物加筋尾矿砂界面力学特性试验研究

为研究土工织物加筋尾矿砂界面力学特性,在不同的尾矿砂含水率、试验拉拔速率和竖向压强下开展一系列土工布及土工格栅的拉拔试验。比较相同条件下的土工格栅与土工布拉拔试验结果可知:土工布对细粒尾矿砂的加筋效果优于土工格栅的加筋效果,竖向压强较大时两者的拉拔力峰值差值增大;随尾矿砂含水率增加,界面剪应力峰值明显减小,界面剪应力峰值在含水率1.2%时比含水率8.4%时增加50%以上,表观黏聚力先增加后减小,在最优含水率附近时达到最大,界面摩擦角先快速减小后缓慢减小;随试验拉拔速率增加,界面剪应力峰值缓慢增加,表观黏聚力先增加后减小,界面摩擦角先减小后增加;各工况下剪应力峰值均随竖向压强的增大而增大。研究结果可为土工织物加筋尾矿坝工程设计提供参考。

严寒区域中深层地热井套管换热影响因素分析

中深层同轴套管换热技术通过套管内部流体循环达到提取地下深层地热能的目的.由于换热器出口温度高,是严寒地区建筑物冬季采暖热源的良好选择.通过对同轴套管与源侧岩土体传热过程的分析,基于标准κ-ε模型,采用Simple压力速度求解方法,建立流热固耦合二维非稳态数值传热模型.研究结果表明,由于中国长春冬季寒冷,热泵运行期间,浅部地层温度低于换热器进口流体温度,地面向下3.9 m范围岩土体呈热源漏斗,随着地层深度增加,逐渐转变为热汇漏斗.热泵运行第1周,换热器出口温度及换热量迅速降低,运行1个月后趋于平稳,整个供暖周期内,地埋管出口温度单位时间下降幅度越来越小,出口温度与时间之间的关系呈幂函数形式递减趋势.随着固井水泥导热系数增加,换热量增加,当固井水泥导热系数大于岩土体后趋于稳定.内管导热系数增大,热短路现象严重,换热器出口温度及换热量降低.在热泵机组24 h开启和停止时间之比(启停比)分别为16 h∶8 h、12 h∶12 h和8 h∶16 h时,换热器出口温度和换热量呈不规则变化,但整体呈逐渐降低趋势.热泵停止运行时间越长,源侧岩土体温度恢复越佳,再次开启时出口温度和换热量越大.通过数值模型分析可以得到套管换热器各影响因素的变化规律.

离子侵蚀下注浆结石体劣化机理分析

针对水泥-水玻璃注浆结石体(C-S结石体)在离子侵蚀环境下劣化机理研究较少之问题,通过无侧限抗压强度试验,分析了C-S结石体在3种不同浓度的硫酸盐、氯盐及二者混合液侵蚀后,不同龄期条件下的宏观力学性能变化规律;采用SEM、EDS和XRD相结合的方法观察C-S结石体细观结构及化学成分变化,揭示C-S结石体离子侵蚀损伤机理。研究结果表明:(1)侵蚀时间少于28 d时,离子溶液对C-S结石体强度增长并未产生明显影响;(2)侵蚀时间28 d到90 d时,高浓度离子溶液中C-S结石体劣化显著,SO^(2−)_(4)离子溶液浓度20 g/L时,C-S结石体90 d强度值仅为28 d强度值的2.43%;(3)C-S结石体受离子侵蚀后,Ca^(2+)离子析出,破坏了内部的溶解动态平衡,导致其内部发生改变,无侧限抗压强度大幅度折减;(4)C-S结石体受离子侵蚀影响主要以SO2−4侵蚀为主,相同离子浓度侵蚀损伤程度为:SO^(2−)_(4)>SO^(2−)_(4)&Cl^(−)混合液>Cl^(−)>清水。研究结果可为海水倒灌、地下水污染等具有离子侵蚀环境条件下的注浆结石体劣化防治提供参考依据。

三向格栅与细粒尾矿界面特性拉拔试验研究

为提高细粒尾矿坝的安全稳定性,提出三向格栅加筋增强细粒尾矿力学性质的方法,以细粒尾矿为填料,开展不同工况下的双向、三向格栅拉拔试验,分析2种格栅的加筋效果差异,着重研究相对密实度、含水率及法向应力对三向格栅-细粒尾矿界面特性的影响。研究结果表明:三向格栅加筋效果优于双向格栅,界面强度参数上表现为似摩擦角的差异,且法向应力越高越有利于提高三向格栅加筋效果;相对密实度的增大对界面摩擦强度提高明显,界面似黏聚力和综合摩擦因数比随相对密实度单调递增,而似摩擦角增幅很小;天然含水率下界面摩擦强度大于饱和含水率界面,前者界面似黏聚力是后者的1.28倍,而似摩擦角近似相等。

基于颗粒流程序的加筋尾矿剪切应变带宏细观分析

为研究土工格栅加筋尾矿坝剪切带影响范围,提升尾矿坝整体稳定性,通过对不同含水率和上覆荷载的尾矿砂进行室内直剪试验,从宏细观2种不同角度分析剪切应变带的影响规律。试验结果表明:试验曲线近似呈线性增长,峰值位移出现在20~25 mm之间,上覆荷载与峰值剪切位移呈正比例关系,增长速度逐渐减缓;尾矿砂含水率为3%、7%、11%和15%,尾矿的密度等幅递减2.2%,随着含水率增大,表观黏聚力逐渐增大,界面摩擦角先增大后减小;建立颗粒流程序(PFC)模型精准定位试验箱中位移变化较大区域并进行细观无标点量测分析,剪切应变带影响距离随尾矿砂含水率增加而减小,减少量缓慢降低。