粉煤灰含量对砂土中毛细水上升规律的影响

毛细水对土壤中水分运移和盐分变化有重要的影响作用。通过对5种不同粉煤灰含量的砂土进行室内竖管法毛细水上升高度试验,得到掺加粉煤灰的砂土中毛细水上升高度与时间关系曲线。结果表明,掺加粉煤灰砂土中毛细水的上升过程可以分为快速上升期、缓慢上升期和稳定期3个阶段;粉煤灰含量越大,毛细水上升前两个阶段持续的时间越长,持续时间与粉煤灰含量之间可用二次多项式进行拟合。采用幂函数对试样中毛细水上升高度随时间变化关系进行拟合,获得了毛细水上升高度计算式。试验范围内毛细水最大上升高度随着粉煤灰含量的增加而线性增大,建立了2者之间的回归方程式。     

不同土质孔隙结构特点及其毛细水上升规律分析

根据室内竖管毛细水上升高度试验观测不同土质毛细水上升高度，分析3种典型土质孔隙结构特点及其毛细水上升高度随时间变化的规律。粉土、砂土和黏土毛细水上升高度分别为116，47，44 cm；上升速度峰值分别为12，95，95 cm/h；平均上升速度分别为0.32，0.13，0.08 cm/h。试验结果表明:粉土毛细水上升高度高、上升速度快、上升持续时间长，砂土毛细水上升高度低、上升速度最快、上升持续时间短，黏土毛细水上升高度低、上升速度慢、上升持续时间长；毛细水上升高度、上升速度反映了土颗粒形成的孔隙结构特点，上升高度高毛细通道细且畅通、上升高度低毛细通道粗或阻塞。     

露天矿排土场边坡降水入渗规律试验研究

露天矿排土边坡的水主要来自大气降水,其对边坡岩土容重,孔隙水压力的改变具有动态特征。针对大气降水条件下露天矿排土场边坡稳定性问题,通过砂土相似模拟试验模拟了雨水在边坡中的渗流过程,纪录了各个时刻雨水在边坡内部的浸润图。相似试验结果表明:露天矿排土场在形成过程中大型机械对排土台阶顶部的压实作用对整个排土场边坡渗流影响十分显著;对于多台阶边坡,降雨经暴露的压实区迅速沿压实区进入边坡内部形成浸润区,渗透速率明显快于非压实区;压实区的存在直接将大气降水对边坡的影响从边坡表层导入边坡内部,对边坡稳定极为不利。数值模拟结果进一步证实了相似试验的准确性,同时揭示了压实区与非压实区渗透速率不同的内在原因。根据试验结论提出了提高露天矿排土边坡稳定性的建议。     

影响粗粒土毛细水上升高度的因素研究

通过对七种粗粒土料进行室内竖管法毛细水上升高度试验,建立了粗粒土毛细水上升高度与时间的关系曲线,并分析了各曲线变化规律和原因。对毛细水上升高度与时间关系试验曲线用各种函数进行了拟合,发现毛细水上升高度与时间过程在对数坐标下用二次多项式回归方程进行拟合效果最好。对方程参数与土料基本物理指标进行逐步回归分析,最终得出粗粒土毛细水上升高度与孔隙率、干容重、d10、d30、d50有着比较密切的联系,在此基础上建立了粗粒土毛细水上升高度的预测公式。     

莫高窟泥岩吸水特性及盐分富集试验研究

利用深部软岩水理作用智能测试系统对敦煌莫高窟泥岩试样进行了液态水吸附试验,模拟了毛细作用下泥岩试样的吸水过程,获得了吸水量随时间的变化曲线,测量了湿润峰高度随时间的变化,并通过XRD实验测量了试样表面产生富集物的成分及含量。研究结果表明:泥岩试样的吸水率随时间变化可用指数函数进行拟合,吸水速率及毛细上升速率随时间减小,吸水导致泥岩试样产生显著膨胀变形,吸水试验结束后,随着试样所含水分的蒸发,菱镁矿和石盐等盐分在试样表面产生富集。     

接菌影响模拟重构土层水分布及水同位素分馏

水资源决定着生态恢复过程中的植被结构和种类，是矿区实现绿色生产、生态修复的主要限制因素。为了研究半干旱煤矿区接种丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhiza Fungi,AMF)对植物根系提水、模拟土壤水分分布及水同位素分馏的影响，本研究以玉米为供试植物，布设室内分层土柱模拟试验。设置纯土柱(CK1)、土柱+玉米(CK2)、土柱+接菌玉米(AMF)三个处理，每个处理3个重复，测定土柱毛细水上升高度、土壤含水率以及玉米茎水与土壤水的氢氧同位素。分析了不同处理之间玉米生长发育情况、水分运移规律以及不同深度土壤水同位素分馏的差异，结果表明：(1)接菌有效促进玉米生长发育，株高、地上生物量、地下生物量、总根长比CK2处理分别提高15.78%、23.39%、43.40%、21.0%。(2)AMF促进根系吸收底部黏土层内的蓄水，提高毛细水上升高度18.9%，玉米吸水空间扩大约50%，进而影响土柱水分分布。(3)土柱表层、深层土壤水与初始水相比分馏差异较大。在表层0～10 cm处，CK2与AMF处理的¹⁸O、²H富集系数显著低于CK1处理，在深...     

机械压实作用对排土场堆浸渗透性的影响

渗透系数低是当前我国排土场堆浸所面临的主要问题之一,粉矿含量及压实度是影响排土场浸堆渗透性的重要因素。采用室内试验的方法,系统研究了不同粉矿含量及不同压实度条件下,样品的渗透系数,并从机械压实机理上研究了机械压实对浸堆的压实和破碎作用。结果表明：随着粉矿含量从10％增加至35％,样品的渗透系数降低一个数量级,样品从透水层渐变为半透水层。随着压实度的增加,样品的渗透系数急剧降低,在试验条件下,压实度为84.74%时,样品渗透系数仅为自然状态的4.49％。因此,改进筑堆工艺,降低机械压实是提高排土场浸堆渗透系数的有效途径。     

基于CT扫描技术预测露天煤矿区不同压实土壤水分特征曲线

随着机械化程度的快速增加,露天煤矿区反复机械作业和废料堆积压实会引起土地资源破坏,造成土壤退化和生态失衡。厘清压实对土壤水力特性的影响,对土地复垦和水肥管理具有重要实际意义。本研究采集山西平朔矿区安太堡露天煤矿排土场的表层土壤,在实验室分别制备了2组实验土壤样品,密度范围为1.3～1.8 g/cm³,密度间隔为0.1 g/cm³。其中一组样品用于实验室离心法测定水分特征曲线,另一组基于CT扫描技术结合土壤大孔隙的三维重构技术,预测设定压实范围内的水分特征曲线。通过统计方法对比预测值和实测值的差异验证物理经验模型的预测性能,分析压实作用对土壤水分特征曲线的影响机理。结果显示,CT扫描技术快速便捷获取了土壤大孔隙的分布特征,且随着压实程度增加,土壤大孔隙数量和大孔隙度显著减少,有效降低土壤孔隙间的连接度。对于土壤水分特征曲线的预测值发现,在可预测的密度范围内,土壤含水量随着压实程度增加而迅速降低,这主要是由于压实作用改变了土壤大孔隙的分布特征,土壤内部紧缩,储水效果降低造成的,且预测值和实测值随密度的变化规律相同,模型的预测精度较高。     

矿粉颗粒表面微观形貌对过滤性能的影响

为研究矿粉表面微观形貌对过滤性能的影响,将-200目80%的5种不同的铁精矿粉A、B、C、D、E在过滤压力0.06 MPa、过滤时间3 min的条件下进行过滤试验;并测定5种铁精粉的最大分子水和最大毛细水,用扫描电镜观察其微观形貌。试验结果表明:5种矿粉的滤饼水分、最大分子水和最大毛细水由大到小依次均是A、B、C、D、E,并且与矿粉的表面微观形貌密切相关。矿粉颗粒表面粗糙,吸附较多细小颗粒,其比表面积和表面能较大,毛细管作用较强,所含的最大分子水和最大毛细水较大;毛细管作用强使得过滤速率降低,毛细水的脱除难度增大,最终导致滤饼水分较高。     

矿区压实土壤接种AMF对柠条生长的影响模拟试验

土壤压实是露天矿区排土场土地复垦过程中面临的常见问题,对矿区植被恢复产生重要影响。为研究压实作用对植物根系发育和地上部养分吸收产生的影响,以及接种AMF对压实土壤中植物生长的效应,以矿区复垦常用植物——柠条为供试物种,采用室内模拟试验进行研究,结果表明:土壤紧实度影响植物根系构型发育,轻度压实(C1)促进柠条根系形态发育,重度压实(C2)抑制根系的生长,表现为根系总根长、根系平均直径、表面积和体积减小。接种AMF可促进压实土壤中柠条根系IAA,CTK,GA激素的分泌,且分泌量随压实程度增大有增加趋势,同时减少ABA的分泌,促进根系总根长、根系平均直径、表面积和体积增加。在重度压实(C2)下,接种AMF能显著提高柠条地上部N,P,Fe,Mn养分含量,提高柠条生物量,接菌柠条地上部分干重、地下部分干重和株高较对照分别增加48.08%,58.33%,6.91%。根系激素分泌与根系形态发育、地上部分各养分含量相互影响,根系IAA,CTK和GA的分泌与菌根侵染率、菌丝密度、地上部N,P,Zn养分含量显著正相关。紧实土壤中,接种AMF可以通过调节植物根系生理代谢活动,促进根系发育,提高宿主植物地上...     

哈尔乌素露天煤矿充水基底外排土场稳定性研究

以黑岱沟排土场边坡为例,研究在大量积水入渗排土场的情况下,模拟边坡弱层转为含水层的演化趋势。考虑土体受毛细水作用,其有效内摩擦角及抗剪强度降低,在此条件下,采用Morgenstern-Price法对排土场边坡进行稳定性计算,结果表明随着水位不断升高,边坡安全系数降低,其稳定性受极大程度的影响。     

将军戈壁二号露天煤矿外排土场软弱基底坐落-牵移式滑坡机理

以新疆天池能源有限责任公司将军戈壁二号露天煤矿外排土场软弱基底为研究对象,通过对研究区岩土进行常规力学实验及流变试验,确定了该露天矿排土场基底及排弃物料物理力学指标。结合理论分析,确定排土场边坡滑坡模式为坐落-牵移式并对滑坡机理进行分析。建立排土场稳定性分析数值模拟模型,模拟排土场边坡变形破坏形式,计算分析了排土场边坡稳定性,结果表明,排土高度为120 m时,潜在的滑移面贯穿排土场内部及软弱基底层,边坡稳定系数略低于安全储备系数。     

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。     

地下水对伊敏露天矿内排土场边坡稳定的影响

伊敏露天煤矿内排土场在排弃过程中出现多个出水点,为保证露天矿的安全生产,需查明边坡内部地下水渗流路径,分析地下水对内排土场边坡稳定性的影响。通过水文地质条件分析、地下水对岩土体产生物理作用的理论分析、水对土体强度参数影响的试验研究等,得出含水率的增加对排土场基底泥岩和排弃物料的强度有明显弱化;对排土场现状及设计状态2种状态下地下水渗流规律进行了数值模拟研究,得出地下水对边坡稳定性的影响规律,并根据渗流分析结果提出内排土场的边坡地下水超前疏干、集中抽排和压实封堵的综合防治措施。     

煤层底板承压水导升规律数值模拟

为了研究煤层底板承压水导升规律,基于流固耦合理论,在对煤层底板突水机理进行分析的前提下,建立了煤层底板突水的水文地质物理概念模型和数值模型,模拟了在不同方案下(不同的底板隔水层渗透系数、不同底板水压)原始导升高度与再导升高度的变化规律。     

综合机械化矸石充填开采导水裂隙带发育高度研究

对不同试样的矸石充填材料进行压实测试,得出了应力-应变曲线及最佳配比方案,根据等价采高模型理论,计算了某试验矿井矸石充填开采时的导水裂隙带发育高度,提出了给矸石充填体施加一初始压实力可以极大地提高其抗压性能,进而有效地减小覆岩裂隙的发育高度,并采用数值模拟研究了不同压实性能的充填材料的导水裂隙带发育高度情况。研究结果表明,优化充填材料配比,增加初始压实力和提高采空区充填率都可以有效地减小导水裂隙带发育高度。     

离子型稀土溶浸液毛细上升规律及影响因素研究

利用自制毛细试验装置,以寻乌某矿的离子型稀土为试验对象,采用3种不同浓度溶浸液,对4组不同粒径的稀土进行毛细上升试验。结果表明,毛细上升高度随时间增长的变化趋势一致,先快速上升,后缓慢上升,再趋于稳定;土样粒径和溶浸液浓度对毛细上升有影响;当土样粒径不同时,硫酸铵溶液浓度对毛细上升的敏感性各不相同,粒径越大,影响越小;溶质势对毛细现象有促进作用,浓度越大,作用越明显;最大毛细上升高度随土柱最大粒径的增大而减小,二者呈幂函数关系,毛细渗透系数随土样最大粒径的增大而增大,二者呈指数关系。     

水位上升非饱和土边坡稳定性分析

针对渗水对黑岱沟排土场边坡稳定造成严重威胁开展研究,基于饱和-非饱和渗流理论,在考虑毛细水作用的基础上,采用FEPG软件模拟积水入渗导致边坡内部水位线上升的过程,并通过极限平衡法分析边坡安全系数随地下水位上升的变化情况。研究表明:随着地下水位缓慢上升,边坡稳定系数先减小再增大,门槛水位处边坡稳定系数最小。     

永平铜矿西部排土场排土方案及其稳定性分析

永平铜矿采矿场扩帮以来,西部排土场快速堆高,再加上扩帮排出的大多是粘土,排土场稳定性降低。通过排土场工程地质水文地质分析,排土场散体和地基土物理力学性质试验,在前人地基承载能力分析及FLAC3D模拟的基础上,对排土方案进行稳定性分析和对比,提出最终的排土方案和建议。     

生态脆弱矿区高强度植被恢复对地下水补给的影响

为研究生态脆弱矿区高强度植被恢复对地下水补给的影响机制,结合野外裸土区和植被覆盖区两个原位试验点的观测数据,以两种模式下的降水—土壤水—地下水转化过程为研究对象,在遥感解译和野外原位观测试验的基础上,采用数值模拟分析不同叶面积指数条件下的植被耗水特征和降水入渗系数。研究结果表明:矿区尺度的植被指数和植被净初级生产力都呈持续增加现象,表现为低覆盖区连续减小,中、高覆盖区持续增大;裸土区20 cm处土壤总水势最大,表现为土壤水自20 cm处向上、下两侧运移,较易接受大气降水的补给。植被覆盖区土壤总水势远低于裸土区的土壤水势,在根系密集区出现水势低点,表现为上部、下部和侧向的土壤水向植被根系处运移,不易接受大气降水的补给;裸土区地下水位表现出缓慢上升的趋势,以低强度的入渗补给为主;植被覆盖区地下水位表现出明显的持续下降趋势,以高强度的蒸发排泄为主。受植被蒸腾耗水影响,地下水面处水分垂向交换量由-0.035 cm/d(入渗)增加至0.480 cm/d(排泄),使得水分运移方向和水分垂向交换量都发生明显改变;随着叶面积指数的增加,植被耗水量呈增加趋势,土壤中向下运移的水流通量逐步减小,导致地下水...