弃渣场边坡的粒径分布特征及其失稳机制研究

A study of the particle size distribution characteristics and instability mechanism of the slope of an abandoned slag yard

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摘要弃渣场边坡是一种常见的人工斜坡,其稳定性关系到区域内的道路交通,弃渣场潜在引发的地质灾害对下游地区人民生产生活也有不可忽视的危害.现有的数学统计、摄影-图像分析以及筛分试验等方法在弃渣场边坡的粒径分级特征研究中并不能真实反映弃渣场边坡在堆积过程中不同粒径颗粒的分布特点和引起的破坏模式影响效应.为突破这一局限,本文结合泸州市古蔺县叙大(叙永至大村镇)铁路沿线的弃渣场工程实际,采用物理模拟方法重现了弃渣体的堆积过程,研究了弃渣场边坡内的渣体粒径分级特征,以及弃渣堆积体的坡体结构特征.并根据物理模拟的试验结果,结合PFC离散元数值模拟研究了弃渣场边坡在考虑粒径分级情况下由降雨引起的斜坡变形失稳过程.物理模拟研究结果表明:弃渣堆积体的形成是一个动态的过程,在重力及颗粒间相互作用下,形成的堆积体粒径分级程度高,不均匀性强.从上至下颗粒的平均粒径逐渐增大,密度逐渐减小,空隙率逐渐增大.典型弃渣场边坡变形破坏过程的离散元PFC模拟研究表明:在降雨作用下,弃渣堆积体固结沉降、孔隙率降低、抗剪强度降低,弃渣场边坡的稳定性随之降低.整个过程分为应力重分布、中部覆盖层剪切破坏、后缘拉裂、后缘下错、前缘鼓胀、潜在滑面形成及滑面贯通几个阶段.