颗粒级配对矿渣型泥石流启动影响及成灾机理研究

论文摘要

在一些地形陡峭、岩层疏松的丘陵山区,由于大规模集中开采矿产资源,大量的废渣被堆积于沟道中,不仅增大了纵坡降,并且为泥石流的产生提供了充足的物源,导致矿渣型泥石流灾害频发,造成了难以估量的损失。影响泥石流启动的因素有很多,如颗粒级配、底床坡度、临界水量等,由于矿区岩性复杂,矿渣的颗粒大小及级配不同,在泥石流形成和运动过程表现出的特征差别很大,成灾机理也不同。因此,研究颗粒级配对矿渣型泥石流启动影响及其成灾机理,可促进泥石流启动学的理论发展,同时对矿区泥石流预警和防治有着重要意义。本文以陕西省潼关县金矿区潼峪矿渣型泥石流为研究对象:通过资料收集分析和现场调查,总结了区内矿渣型泥石流的基本特征;通过室内试验,分析了泥石流物源区矿渣的物理力学特性;基于PFC颗粒流软件,模拟了4种不同颗粒级配矿渣型泥石流的数值模型在暴雨饱和条件下的启动形成过程,分析颗粒级配对矿渣型泥石流的启动影响及成灾机理。论文的主要研究成果如下:(1)研究区泥石流物源有90%均来自于矿渣,大多属于无规划的随意堆放,在矿坑周围沿坡倾倒,积累的矿渣严重堵塞沟道。经计算各支沟泥石流流体平均重度为1.502~1.697 t/m~3,断面平均流速为6.13~7.18 m/s,暴雨洪峰流量值为0.81~5.64 m~3/s,泥石流峰值流量为1.32~11.62m~3/s,一次泥石流过流总量为239.16~2113.31m~3,一次泥石流冲出固体物质总量为115.55~1234.66 m~3。(2)泥石流物源区矿渣物理力学性质的试验结果表明,渗透性和抗剪强度随颗粒级配不同而规律的变化:当矿渣中的细颗粒含量较高时,渗透系数随含泥量的增大而降低,细颗粒含量较低时,渗透系数随着曲率系数和等效粒径的增大而升高;矿渣的抗剪强度随细颗粒含量的增大而降低。(3)数值模拟结果表明,矿渣型泥石流启动时常常呈现成层分块的特征,且坡脚处先于其他位置启动;泥石流形成过程分为两个阶段,分别是矿渣的二次堆积和流通淤积;存在一个最有利于矿渣型泥石流启动的颗粒级配,当细颗粒含量过高或者过低,都不利于泥石流的启动;细颗粒含量低的泥石流,虽然难以启动,但启动后速度大,在更短的时间完成了冲於过程。(4)细颗粒含量高的泥石流在启动时呈现出的破坏模式主要为渗流作用造成的顶面下切,运动形式为挤压滑动;细颗粒含量低的泥石流在启动时呈现出的破坏模式主要为冲刷作用造成的内部掏蚀,运动形式为崩塌倾倒。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 索蔚辰

导师: 苏生瑞,李青海

关键词: 矿渣型泥石流,颗粒级配,数值模拟,启动机理

来源: 长安大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备

单位: 长安大学

基金: 2013年度中央财政补助矿山地质环境治理项目“陕西省潼关金矿区地质环境治理示范工程”

分类号: P642.23

总页数: 76

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