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1.以银山尾矿坝的淤堵现象为工程背景,通过现场踏勘并取样分析可知,尾矿坝排渗管和反滤层土工布淤堵严重,这是尾矿坝排渗系统排渗性能下降的主要原因;尾矿废水中的主要金属离子为Ca2+和Fe2+,主要的阴离子种类为SO2-4、Cl?和F?;尾矿坝渗流环境中的微生物来自细菌界,以变形菌门(proteobacteria)为主。
2.分别从物理、化学和外部环境三方面因素对造成土工布淤堵的原因进行了分析,分析结果认为:尾矿侵入、金属离子和垂直载荷是造成土工布反滤性能下降的主要因素。据此,开展了相似成分化学溶液浸泡试验,验证了金属离子对尾矿和土工布具有明显的化学淤堵作用。并开展了高应力渗流试验,总结了垂直载荷对尾矿和土工布渗透系数的影响规律。
3.自主研制了新型淤堵模拟试验装置,开展了淤堵模拟试验,得到了排渗管的渗流规律。并借助微米CT扫描仪和AVIZO软件对土工布的淤堵规律进行了分析,试验结果表明:(1)在渗流初期,排渗管外土工布和尾矿颗粒骨架的淤堵是排渗管渗流速率下降的主要原因;(2)化学淤堵主要发生在非饱和渗流区域,可以说明氧气是化学淤堵产生的必要条件;(3)土工布的淤堵主要沿厚度方向进行,即:从土工布的上表面至下表面,淤堵程度呈现出先增大后减小的变化规律,淤堵情况最严重的位置发生在土工布上表面以下约0.3mm处。
4.根据排渗管、土工布和尾矿的实际空间位置关系,设计出“土-布组合”试样,开展了相似成分化学溶液渗流试验,并拟合出了不同渗流工况条件下渗透系数随时间的函数解析式。试验结果表明:金属离子对土-布组合试样的化学淤堵作用明显。在含铁离子的化学溶液渗流条件下,渗流曲线呈现出下凹型。在含钙离子溶液的渗流条件下,渗流曲线呈现出3个不同阶段并且凹凸性明显,即:初始阶段,渗透系数呈凹型下降,下降速率逐渐减小;中期阶段,渗流曲线斜率趋近于零,渗透系数趋于稳定;后期阶段,渗透系数呈凸型下降,下降速率逐渐增大。
此外,渗流溶液中的金属离子浓度越大,试样渗透系数下降幅度越大,淤堵程度越严重。
5.利用扫描电子显微镜获取了化学溶液渗流后的土工布微观结构,并对其淤堵原因进行了分析,分析认为:金属阳离子发生水解反应产生的淤堵物质逐渐附着并固结在土工布纤维上,造成土工布纤维孔径的减小,是土工布发生化学淤堵的直接原因。基于这一分析,推导出了淤堵后的土工布反滤开孔径计算公式。
6.基于高应力渗流试验结果、淤堵模拟试验结果以及相似成分化学溶液渗流试验结果,分别从物理、化学、生物以及外部环境因素4个方面选取了实验室内易获得的参数,初步建立了尾矿坝淤堵风险系数计算模型和淤堵风险评价标准。
2.分别从物理、化学和外部环境三方面因素对造成土工布淤堵的原因进行了分析,分析结果认为:尾矿侵入、金属离子和垂直载荷是造成土工布反滤性能下降的主要因素。据此,开展了相似成分化学溶液浸泡试验,验证了金属离子对尾矿和土工布具有明显的化学淤堵作用。并开展了高应力渗流试验,总结了垂直载荷对尾矿和土工布渗透系数的影响规律。
3.自主研制了新型淤堵模拟试验装置,开展了淤堵模拟试验,得到了排渗管的渗流规律。并借助微米CT扫描仪和AVIZO软件对土工布的淤堵规律进行了分析,试验结果表明:(1)在渗流初期,排渗管外土工布和尾矿颗粒骨架的淤堵是排渗管渗流速率下降的主要原因;(2)化学淤堵主要发生在非饱和渗流区域,可以说明氧气是化学淤堵产生的必要条件;(3)土工布的淤堵主要沿厚度方向进行,即:从土工布的上表面至下表面,淤堵程度呈现出先增大后减小的变化规律,淤堵情况最严重的位置发生在土工布上表面以下约0.3mm处。
4.根据排渗管、土工布和尾矿的实际空间位置关系,设计出“土-布组合”试样,开展了相似成分化学溶液渗流试验,并拟合出了不同渗流工况条件下渗透系数随时间的函数解析式。试验结果表明:金属离子对土-布组合试样的化学淤堵作用明显。在含铁离子的化学溶液渗流条件下,渗流曲线呈现出下凹型。在含钙离子溶液的渗流条件下,渗流曲线呈现出3个不同阶段并且凹凸性明显,即:初始阶段,渗透系数呈凹型下降,下降速率逐渐减小;中期阶段,渗流曲线斜率趋近于零,渗透系数趋于稳定;后期阶段,渗透系数呈凸型下降,下降速率逐渐增大。
此外,渗流溶液中的金属离子浓度越大,试样渗透系数下降幅度越大,淤堵程度越严重。
5.利用扫描电子显微镜获取了化学溶液渗流后的土工布微观结构,并对其淤堵原因进行了分析,分析认为:金属阳离子发生水解反应产生的淤堵物质逐渐附着并固结在土工布纤维上,造成土工布纤维孔径的减小,是土工布发生化学淤堵的直接原因。基于这一分析,推导出了淤堵后的土工布反滤开孔径计算公式。
6.基于高应力渗流试验结果、淤堵模拟试验结果以及相似成分化学溶液渗流试验结果,分别从物理、化学、生物以及外部环境因素4个方面选取了实验室内易获得的参数,初步建立了尾矿坝淤堵风险系数计算模型和淤堵风险评价标准。