降雨-蒸发-蒸腾与地下水耦合作用下的大型尾矿库重金属Cu~(2+)迁移模拟分析

考虑降雨-蒸发-蒸腾与地下水耦合作用,以本钢集团歪头山铁矿尾矿库为例,利用Geostudio软件中的SEEP/W、VADOSE/W和CTRAN/W模块,模拟降雨-蒸发-蒸腾作用下的尾矿库地下水渗流特性及重金属污染物的迁移规律。结果表明:尾矿库的垂直剖面孔隙水压力沿靠近坡面方向呈下降趋势,深层土壤的孔隙水压力基本不受降雨-蒸发-蒸腾作用影响;降雨-蒸发-蒸腾作用对重金属污染物的迁移起干扰作用;重金属污染物Cu~(2+)在0～1095 d内沿初期坝方向迁移,重金属Cu~(2+)浓度随时间推移而增大;考虑降雨-蒸发-蒸腾作用,一定程度上增加了重金属污染物在1095 d内的总移距和平均速度。研究结果为大型尾矿库环境地质评价和污染预测防治提供依据。     

降雨-蒸发与地下水耦合作用下的大型尾矿库重金属Cu2+迁移数值模拟分析

为考虑降雨-蒸发与地下水耦合作用对尾矿坝重金属迁移的影响,以本钢集团歪头山铁矿尾矿库作为工程背景,应用Geostudio软件,选择SEEP/W、VADOSE/W和CTRAN/W模块,模拟降雨和蒸发作用下的尾矿库地下水的渗流特性及重金属污染物的迁移规律。结果表明,降雨-蒸发作用对尾矿库表层土壤的孔隙水压力有影响,深层土壤基本无影响;考虑降雨-蒸发作用在一定程度上增加了重金属污染物在1825d内的迁移距离和平均迁移速度;重金属污染物Cu2+的浓度随时间推移而升高,考虑降雨-蒸发作用对于重金属污染物浓度起扰动作用;预测重金属污染物粒子在尾矿库土壤中历经7a迁移出露到坡面。研究结果为相似工程案例提供重要参考,为尾矿库环境地质评价和污染预测防治提供有力的科学依据。     

基于流固耦合理论的尾矿库数值模拟及模型试验研究

以云南省某尾矿库为例,运用流固耦合原理进行尾矿库三维有限元数值模拟,研究尾矿库在正常工况和洪水工况下浸润线高低和孔隙水压力大小变化情况,并运用模型相似理论建立室内尾矿库试验模型,分别在2种工况下进行浸润线和孔隙水压力实际测量。研究结果表明:正常工况下,数值模拟中考虑流固耦合作用比不考虑流固耦合作用时浸润线偏差5%,孔隙水压力大小偏差30%;模型试验实测浸润线和孔隙水压力结果与考虑流固耦合作用时偏差分别为0.12%、6%,不考虑流固耦合作用时偏差分别为0.35%、21.20%。洪水工况,数值模拟中考虑流固耦合作用比不考虑流固耦合作用时浸润线偏差10%,孔隙水压力偏差16%;模型试验实测浸润线和孔隙水压力结果与考虑流固耦合作用时偏差分别为4.6%、4.1%,不考虑流固耦合作用时偏差分别为7.3%、11.3%。在2种工况下,数值模拟考虑流固耦合作用时尾矿库内浸润线和孔隙水压力更加接近室内模型试验结果。因此,在数值模拟中考虑流固耦合作用的计算结果更加趋于实际工程情况和满足工程实际要求。     

某铁尾矿库周边地下水污染运移预测及控制方案模拟

为了有效控制某铁尾矿库周边地下水污染,揭示降雨量及渗透系数对重金属铁离子在地下水中迁移的影响,以我国某铁尾矿库为例,基于Visual Modflow建立研究区重金属铁离子溶质运移模型,模拟非正常工况下,金属铁离子在地下水中的迁移扩散过程,并模拟分析了地表硬化和增设防渗墙对污染物运移的控制效果。结果表明：随着降雨量和渗透系数的增大,铁离子的迁移速度增大,丰水期铁离子的迁移速度约为枯水期的1.7倍;地表硬化和增设防渗墙均可以有效控制重金属铁离子泄露对下游村庄的影响,且增设防渗墙控制效果较好。研究结果可为预防和管理国内潜在的地下水重金属污染、保护地下水环境提供参考。     

降雨淋滤下废弃尾矿土重金属迁移及其与抗剪特性相关性研究

废弃尾矿在经过降雨淋滤作用后重金属含量会沿垂直剖面呈现出明显的规律性,对其抗剪强度也有较大的影响,探究它们之间的变化规律有较大理论和现实意义。以辽宁省辽阳县某铜铅锌共生废弃尾矿库为背景,在实验室配制与现场实际分层情况相符的尾矿土壤样品,通过自制的大型土柱分层装填,开展淋滤试验。分析分层土壤中重金属元素在不同降雨p H值、降雨强度、降雨历时综合影响下的垂向迁移特征基础上,通过直剪试验进一步探究淋滤作用对尾矿的抗剪强度的影响以及重金属污染物含量与抗剪特性之间的相关性。结果表明:(1)酸性降雨下,土壤中重金属Cu和Zn含量在0～20 cm深度显著降低,而碱性淋滤下含量稍有增大;随着p H值的增大土壤的抗剪强度总体是变小,内摩擦角逐渐变大、黏聚力逐渐变小;(2)同一土柱中,Cu、Pb和Zn浓度随分层深度增加逐渐减小;随降雨强度的增大而增大;淋滤作用能有效增大尾矿的抗剪强度;尾矿淋滤后的抗剪强度指标与降雨强度呈正相关;(3)分层土壤中Cu、Pb和Zn浓度随淋洗时间的增加,三者相比初始水平均有大幅度的减少,铅没有出现表层累积的情况;尾矿淋滤后的抗剪程度与降雨时长也呈正相关;但尾矿流量组的抗剪强度指...     

某尾矿库自然状态下水土污染地质灾害模拟研究

采用ComsolMultiphysics软件进行渗流场数值模拟,研究某尾矿库在自然状态下地下环境中污染物运移特征。二维和三维溶质迁移场数值模拟结果表明,100 a内尾矿库下灰岩中地下水的F、As和Zn的浓度满足二类水标准,同时分析得出了当前污染物浓度分布规律和将来污染物浓度分布规律等,可为尾矿库地下环境污染评价和治理提供依据。     

比奥固结理论下基于有效应力法的尾矿库稳定性分析

抗滑稳定计算是尾矿库安全评价的重要内容。由于无法有效估算因尾矿库上升而引起的超静孔隙水压力,目前常采用总应力法进行稳定性分析。然而,尾矿库的整个生命周期内,均可能存在超静孔隙压力,且该部分超静孔隙压力的影响不可忽视。以某平地型尾矿库为例,基于比奥固结理论,采用有限单元法定性分析尾矿库断面堆坝期和退役期超静孔隙压力的产生和消散,并以此进行有效应力法的稳定性计算。结果表明：1)超静孔隙压力在堆坝末期达到最大,约为130 kPa,全部消散需要约28 a; 2)在堆坝末期,利用有效应力法计算的抗滑稳定安全系数为1.486,随着坝体有效应力的增长,超静孔压全部消散后的安全系数达到1.648,增长幅度约为11%;3)采用有效应力法可以较为细致地考虑尾矿库上升过程中超静孔隙水压力对坝体稳定性的影响,且结果更为科学可靠。     

降雨入渗对花岗岩残积土高路堤边坡稳定性的影响

为研究降雨入渗对花岗岩残积土高路堤边坡内部水位线分布、负孔隙水压力消散、稳定性的影响, 采用Geo-studio软件中的seep模块模拟短时间特大暴雨、长时间小强度降雨两种工况下边坡的入渗规律, 并结合花岗岩残积土遇水软化的特性以及饱和-非饱和理论对现有的饱和-非饱和抗剪强度理论、土体重度进行修正, 最后将渗流计算的孔隙水压力导入到FLAC^3D中对路堤稳定性进行数值模拟, 结果表明:花岗岩残积土高路堤边坡内部水位线随降雨历时增加由坡脚逐渐上升;相同降雨量下, 长时间小强度降雨对边坡内部水位线上升的影响明显大于短时间特大暴雨工况;综合考虑负孔隙水压力的消散、软化效应、土体重度变化等因素的影响, 短时间特大暴雨对边坡稳定性影响较小, 长时间小强度降雨对花岗岩残积土高路堤边坡稳定性影响较大。     

不同条件下非饱和土中孔隙气压变化特征研究

在研究土体内水的渗透行为时,通常直接采用压力表测量孔隙水压力。实际上压力表的测量值中包含了孔隙水压和孔隙气压。通常假设土体内的孔隙气压为0 kPa,所以一般没有考虑孔隙气压的影响。然而,根据近年来的研究认为,土体内孔隙气压的上升可能会对降雨时的边坡破坏、雨水渗透等产生影响。因此,在本研究中,为了掌握不同条件(降雨条件、地下水条件、排气条件)下的孔隙气压情况,进行了雨水渗透情况下土体内孔隙气压的测量试验。结果表明,由于地表处于内涝状态,土体内的孔隙气压会上升,说明了降雨时测量孔隙气压是极为必要的。研究结果为弃土边坡的长期运行与监测预警提供一定的理论依据。     

降雨对废弃尾矿分层土壤重金属铜铅锌的淋滤释放影响规律研究

为探究废弃尾矿中三种典型重金属元素Cu、Pb、Zn在不同降雨pH值、降雨强度以及降雨历时综合影响条件下的淋滤释放变化规律,以辽宁省辽阳县寒岭镇某废弃尾矿库为对象,在实验室内配制与现场实际情况相符的不同污染程度的土壤样品,采用大型土柱分层装填,模拟降雨进行淋滤试验。研究发现：（1）pH值越低各出水口淋出液中铜铅锌的含量均越大,酸性淋滤下的重金属浓度相比碱性淋滤要更高,3种重金属的累积释放量为Zn>Pb>Cu;（2）底部出水口重金属浓度一直保持是最大的,各土柱溢流口淋出液的重金属浓度不为0;（3）总体上,淋出液中的重金属Cu、Pb、Zn含量均随着降雨强度的增大呈增加趋势;（4）在酸性降雨条件下,淋出液中铜、铅、锌的含量也均随淋滤时间的增大呈增加趋势,弱碱性淋滤条件下则正好相反。     

可溶性污染物在地下水中运移的数值模拟

可溶性污染物是地下水污染的主要原因.根据渗流理论,考虑地下水中水头变化的影响,利用有限元方法,对可溶性物质在地下水中的运移进行数值模拟,得到了地下水压力水头和可溶性污染物在地下水中的迁移变化规律,为可溶性污染物对地下水的污染研究和预测提供重要的分析数据.     

孔隙水压力重分布对排土场边坡稳定性影响规律研究

为了研究不同孔隙水压力重分布作用下排土场边坡稳定性差异情况并进行稳定性评价,根据某矿区排土场8—9月实际地下水位分布,分析水压力重分布对边坡稳定性影响机理;通过SLOPE/W模块模拟不同孔隙水压力分布时边坡稳定性差异及安全系数变化情况。结果表明:孔隙水压力重分布后会使坡体内部孔隙空间改变,加速入渗作用,造成排土场边坡不同程度弱化;随着负孔隙水压力分布范围的减小和扩大,边坡基质吸力改变,安全系数呈先减小后增大趋势;边坡安全系数增加至1.421时地下水位高度降低30 m,整体靠近基底,不再对排土场边坡稳定性产生影响。     

内排土场边坡近自然重塑渗流及孔隙水压力特征研究

为研究我国东部草原区某露天矿边坡在近自然修复模式下的渗流及孔隙水压力特征,以GEO软件中SEEP/W模块为父项,拟合SLOPE/W模块对该矿区强降雨条件下的边坡抗侵蚀特征,渗流路径变化情况以及孔隙水压力重分布情况进行模拟分析。结果表明：对原内排土场边坡进行反S型重塑后,边坡抗侵蚀特性提升明显,单台阶上部及下部区域台阶坡面角降低,区域内径流流速下降,降雨入渗程度增加;受坡面形态改变影响,原内排土场边坡各级台阶坡面处均出现水流渗出现象,水土流失程度较高;重塑后,15 m及20 m台阶重塑模型渗流密集程度增加,内排土场坡面未表现出明显出水现象;边坡顶部孔隙水压力实现重分布,负孔隙水压力分布范围增加,过渡区域面积较为均匀,有效缓解了因不同岩层渗透系数差异性而导致的边坡上部岩层局部积水现象。     

基于双重介质模型的裂隙岩质边坡渗流及稳定性分析

双重介质模型在考虑岩块孔隙渗流的条件下,一定程度上刻画了岩体裂隙渗流的优先流现象。为研究双重介质模型下裂隙岩质边坡的渗流特性,以二维边坡为例,基于双重介质模型,研究了不同降雨条件下孔隙域和裂隙域的入渗边界条件及2者之间的关系,推导了裂隙域等效降雨强度方程,利用COMSOL Multiphysics有限元数值计算软件,定量分析了2种降雨条件(长而弱、短而强)下,孔隙域和裂隙域的入渗规律及水交换规律,并分别采用强度折减法和局部安全系数法分析了2种降雨入渗对边坡稳定性的影响。结果表明:(1)双重介质模型下,孔隙域和裂隙域入渗边界条件变得更为复杂,边界条件的转换需要综合考虑降雨强度、裂隙域等效降雨强度及两域的饱和渗透系数之间的关系。(2) 2 mm/h的降雨强度下,雨水大部分通过孔隙域向下入渗,孔隙水压力的变化主要体现在孔隙域,水交换主要由孔隙域向裂隙域中流动,水交换项的值较小;边坡位移较大的区域从坡顶贯穿至坡脚,可能发生整体滑动,降雨结束后边坡的安全系数从1.92降至1.89,降低了1.56%,潜在破坏区域体积增量较小。(3) 20 mm/h的降雨强度下,雨水几乎全部通过裂隙域向下入渗,孔隙...     

西南地区某红土镍尾矿重金属污染特征及潜在生态风险研究

为探究红土镍尾矿对周边环境的潜在风险,以我国西南地区某典型红土镍尾矿为研究对象,采集了尾矿库及周边环境中尾矿、土壤、地表水、底泥及植被共58个样品,分析了该尾矿库的污染特征及周边环境污染风险,为该尾矿库重金属污染治理和修复提供依据。采用电感耦合等离子体光谱仪 (ICP-OES) 测定重金属铜、镍、钴、铬等含量;通过测试尾矿库中各重金属的形态特征,分析其潜在迁移能力。运用潜在生态风险指数分析尾矿库周边土壤的生态风险水平。结果表明：与我国西北、东北地区硫化镍尾矿中重金属Cu、Ni含量较高不同,该红土镍尾矿及其周边土壤中主要重金属为Ni、Co、Cr,Cu含量较小。形态分析结果表明,总体上各元素残渣态占比高于其他形态,但在个别深度上,Co还原态占比高于残渣态,Co潜在迁移能力大于Ni和Cr。库周边土壤及河流底泥中Ni、Co和Cr超标严重,土壤综合潜在生态风险平均值达到了严重污染,表明该镍尾矿库周边土壤已经受到了Ni、Co、Cr等重金属的严重威胁。尾矿库附近植物中重金属含量分析结果表明,部分植物中Ni、Co含量超过了生态土壤筛选值中植物体内重金属含量限值。     

降雨对排土场边坡渗流及稳定性的影响

以降雨时期排土场的稳定性为研究对象,结合唐山某排土场堆积特征和地区气象条件,基于Geo-studio软件中SLOPE/W、SEEP/W等多个模块的不同算法,估算理论派生土体的土水特征曲线和渗透系数函数,计算了矿山排土场边坡在天然状态时的最小安全稳定性系数,分析了不同降雨状态下排土场边坡渗流特征。研究结果表明：一定的降雨强度下,随着降雨时间的增长,排土场坡体内的浸水面深度逐渐增加,孔隙水压力增大,安全稳定性系数在逐渐降低,边坡将向不稳定状态演变;降雨强度增大,会使边坡稳定性系数降低的速度增加,随着降雨强度和降雨时间的持续增加,边坡终将向不稳定状态演变。     

铜矿尾矿库重金属释放规律及其对地下水的污染风险

金属矿山的尾矿库、排土场由于含有大量的重金属,在长期的风化、淋溶作用下缓慢释放,从而污染土壤与地下水。本文对江西某铜矿排土场、尾矿库、疏干井排水口淤泥进行了取样测试。浸出毒性判别结果表明排土场土壤、尾矿砂及淤泥为不具有浸出毒性的危险废物,但浸出液浓度超过《地下水质量标准》中III类水标准,尤其是铜、铅、镉元素超标严重,对地下水环境构成威胁。重金属释放实验显示,随时间增加重金属释放量也增加,酸性降水条件下重金属释放量明显高于中性条件。因此,为避免土壤及地下水受到污染,应采取控制与修复措施。     

降雨作用下曼家寨东帮采场岩质边坡渗流规律分析

降雨是影响露天矿山失稳的主要因素。针对曼家寨东帮采场岩质边坡在降雨过后曾发生局部垮塌、出现坡面裂缝现象,结合饱和-非饱和渗流理论,利用Geo-studio中的SEEP/W模块对该边坡典型剖面进行降雨过程渗流规律分析。通过对降雨作用下孔隙水压力、暂态饱和区变化规律进行分析,得出如下结论:降雨条件下边坡表层区域受降雨影响严重,影响区域与影响程度受降雨时间与降雨强度共同控制;暂态饱和区是考虑降雨作用下边坡失稳的重要因素,持续的降雨作用会在边坡表面形成一定范围的暂态饱和区,降雨历时相同时,降雨强度越大形成暂态饱和区面积越大;降雨对坡脚处孔隙水压力及暂态饱和区的影响要大于坡顶区域,在进行相关边坡治理防护时要重点考虑坡脚位置。     

西藏某矿厂铁尾矿中重金属形态及迁移潜力分析

以西藏某矿厂两个尾矿库的铁尾矿(TW-1，TW-2)为研究对象，采用《浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》HJ/T299-2007研究铁尾矿的浸出毒性，以改进的BCR法探讨铁尾矿中9种重金属的形态分布。结果表明：铁尾矿属于一般固体废弃物，铁尾矿中Fe、Mn 、Zn和Cu含量较高。铁尾矿中As含量超出一类用地风险筛选值3倍。TW-1中Cd的浸出浓度超出Ⅱ类水标准。TW-1重金属活性系数的大小为Pb>Cd>Ni>Zn>Cu>Mn>Cr>Fe>As，TW-2重金属活性系数的大小为Pb>Zn>Ni>Cd>Mn>Cu>Cr>Fe>As。综合9种重金属的迁移能力，结果为TW-1重金属迁移潜力大于TW-2。铁尾矿中的Pb、Cu、Cd和Zn的易于迁出态占比超过60%，对环境有潜在的风险。其中Pb以还原态为主，Cu、Cd和Zn以氧化态为主。     

基于达西定律的渗流边坡稳定性分析

为了研究长期降雨对新疆某露天煤矿采场南部边坡的影响,以及降雨后不同时间段边坡内部孔隙水压力的变化情况,采用达西定律、Van Genuchten模型及数值模拟的方法,对现状边坡进行降雨后的稳定性分析。研究结果表明:长期降雨影响采场南帮边坡内部的孔隙水压力变化不大,而上部边坡出现正孔隙水压力;长期降雨使得地下水位线上升,边坡黏聚力减弱,抗剪强度变小,导致边坡瞬态安全系数降低。