探究渗透系数对边坡稳定的影响

第５期　山西焦煤科技　Ｎｏ．５　２０１２年５月　Ｓｈａｎｘｉ　Ｃｏｋｉｎｇ　Ｃｏａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｍａｙ．２０１２　・试验研究・　探究渗透系数对边坡稳定的影响　崔　剑，昌　琚　（中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州２２１００８）　摘要静水压力使饱水岩体受到浮力而产生浮重，从而影响边坡稳定。本实验通过相似模拟　原理，利用３种不同粒径的沙子，分析在不同渗透性系数下边坡滑动面中静水压力的分布情况，得出　静水压力分布与渗透系数成正相关的结论，对预防滑坡具有重要的指导意义。　关键词相似模拟；渗透系数；静水压力；边坡稳定　中图分类号：ＴＤ８２４．７文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—０６５２（２０１２）０５—００４２—０３　在露天矿生产过程中最大的安全问题就是边坡　型钢长２．５　ｍ，宽０．１６　ｍ。　失稳，随着露天矿山工程的发展，露天矿边坡失稳问　ｂ）用胶水将有机玻璃密封在Ｃ型钢的外表面，　题日趋严重，引起了国内外采矿界的极大关注。大量　在有机玻璃的中线部位打上直径为７　ｍｍ的均布钻　边坡滑动发生在雨季、雨后和解冻时期，这说明水对　孔，用来引出塑料软管进行压力测试。每隔１０　ｃｍ打　边坡稳定性的影响很大，其主要表现为水对边坡岩体　１个孔，共有１３个孔，由下至上进行依次编号，１～１２　产生的静水压力和动水压力，而且渗透系数对水压的　号孔插人透明塑料管密封用来测量水位高低，第１３　分布有一定的影响。因此，研究渗透系数对边坡稳定　号孔是溢流孔，用以保证水位一直处于恒流状态。　的影响对露天矿边坡的防治有重大的意义。　Ｃ）Ｃ型钢下部用钢板密封，钢板上打７个直径　１　实验目的　为７　ｍｍ的孔实现水的渗流。　建立露天矿边坡模拟平台，通过实验测量、计算　ｄ）实验平台的底部和塑料软管的底端均需垫上　出不同渗透系数时边坡静水压力的数值，从而分析得　纱布，以保证只通过水而不让沙子从孔中流出。　出渗透系数对边坡静水压力分布的影响情况。　ｅ）Ｃ型钢上部敞开作为注水位置。　２模拟原理及过程简介　ｆ）三脚架用于支撑Ｃ型钢，并且可调整实验平　实验平台的搭建主要是采用相似模拟原理，主体　台的角度，模拟不同角度时的静水压力。　是在Ｃ型钢中充满粗、中、细３种不同渗透系数的沙　模拟平台示意图见图１，实物装置平台见图２。　子来模拟岩石边坡，通过从有机玻璃中分出的透明软　管中水柱的高度反应各个测量点的压力情况。　１）实验器材：　Ｃ型钢、三角支架、有机玻璃、透明塑料导管、颗　粒均匀的粗（１．０～１．５　ｍｍ）、中（０．５～１．０　ｍｍ）、细　（０．１～０．５　ｍｍ）沙、ＡＢ胶、红墨水等。　２）器材处理：　ａ）实验通过Ｃ型钢来模拟充水的岩石边坡，ｃ　图１模拟平台示意图　收稿日期：２０１２—０３—２０　作者简介：崔剑（１９９０一），男，陕西神木人，２００９年中国矿业大学在读本科生，主要从事采矿工程的研究　（Ｅ—ｍａｉｌ）２８４０２０９４５＠ｑｑ．ｃｏｒｎ　２０１２年第５期　崔剑等：探究渗透系数对边坡稳定的影响　・４３・　图２实验装置不意图　３渗透系数的测量　本实验采用３种不同粒径的沙子对岩石边坡进　行模拟，其粒径分别为：０．１—０．５　ｍｍ，０．５～１．０　ｍｍ，　１．０～１．５　ｍｍ。通过渗透系数测量仪测得其渗透系　数分别为：１５　ｍ／ｄ、５５　ｍ／ｄ、８０　ｍ／ｄ，具体情况见表１。　表１　不同粒径沙子的渗透系数　４静水压力的测量　本实验采用仪器中水柱高度反应静水压力的大　小，将０．５～１．０　ｍｍ的沙子装入实验仪器中，从注水　孔中持续注水，并保持模拟平台一直处于恒流状态。　此时测出１２支塑料软管中的水柱高度日，通过公式　Ｐ＝ｐｇｈ即可计算出各管处压力大小的数值分布。各　管中水柱高度的测量值见表２。　表２　渗透系数　＝５５　ｍ／ｄ时各管水柱高度　采用相同的方法，分别将０．１～０．５　ｍｍ和１．０—　１．５　ｍｍ的沙子装入仪器中，测出各管水柱高度。分　别见表３、表４。　表３渗透系数ｋ＝１５　ｍ／ｄ时各管水柱高度　表４渗透系数　＝８０　ｍ／ｄ时各管水柱高度　５　实验分析　将上述数据进行分析整理，汇总生成图表，详细　情况见图３。　ｒ＿－　’　“　…～～、、．　／　一一　一～～　一　……入　系列４　／　＼／、、～—　——系列３　——系列２　／———、，—、＾　ｌ　Ｚ　４　ｂ　，　９　ｌＵ　ｌ１　Ｉ２　图３不同ｋ值时水柱高度对比图　从表２，表３，表４，图３分析可得到，同一孔号时　渗透系数ｋ越大静水压力越大，对边坡稳定影响也越　大；渗透系数为ｋ＝１５　ｍ／ｄ和ｋ＝５５　ｍ／ｄ相比水柱高　度相差３　ｅｍ左右，渗透系数为ｋ＝５５　ｍ／ｄ和ｋ＝８０　・４４・　山西焦煤科技　２０１２年第５期　ｍ／ｄ相比水柱高度相差１　ａｍ左右。　实验模拟中也可能存在误差，分析如下：　１）实验中采用充满砂子的Ｃ型钢来模拟岩石边　坡，由于砂子的各种性质和正常的边坡的各种性质存　实，有些孔周围的沙子稀疏，从而影响实验的精确性。　６结论　通过上述实验分析可得出如下结论：　在略微的差异，所以会导致实验的偏差，但影响不会　太大。　１）在岩石边坡中，不同的渗透系数对边坡中静　水压力大小的分布有一定的影响，因此，渗透系数的　大小对边坡稳定有影响。　２）从图３中可以看出，渗透系数越大水柱高度　２）实验平台的尺寸大小远小于实际边坡的长　度，其局限性和边界效应也会影响实验的准确性。　３）砂子筛选时无法做到绝对均匀，当沙子装入　Ｃ型钢后经过水流的作用，使得有些孔周围的沙子密　也越高，由此可得，在露天矿边坡中渗透系数越大静　水压力越大，渗透系数越小静水压力越小。　参考文献　［１］熊传治．岩石边坡工程［Ｍ］．长沙：中南大学出版社，２０１０：１５０—１６０．　［２］周昌寿，杜竟中，郭增涛，等．露天矿边坡稳定［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版社，１９９０：１８—２１．　［３］　水利水电工程地质勘察规范［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，１９９９：７８—８９．　［４］　饵磊，唐辉明，汪发武．工程地质应用程序总集［Ｍ］．吉林：吉林大学出版社，１９９３：１２０—１２５．　［５］　舒继森，王兴中，周毅勇．岩石边坡中滑动面水压分布假设的改进［Ｊ］．中国矿业大学学报，２００４（５）：６５—６８　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　Ｃｏｅｆｉｃｉｆｅｎｔ　ｏｎ　Ｓｌｏｐｅ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ｃｕｉ　Ｊｉａｎ，Ｃｈａｎｇ　Ｊｕｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｎｏｒｍａｌ　ｆｏｒｃｅ　ｓｕｂｊｅｃｔｓ　ｓａｔｕｒａｔｅｄ　ｒｏｃｋ　ｍａｓｓ　ｔｏ　ｆｌｏａｔａｇｅ．Ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ，ｓｌｏｐｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｉｓ　ａｆｆｅｃｔｅｄ．　Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｔｈｒｅｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｇｒａｉｎ　ｓｉｚｅ　ｏｆ　ｓａｎｄ　ｉｎ　ａｎａｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｗａｙ，ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｅ　ｔｈｅ　ｎｏｒｍａｌ　ｆｏｒｃｅ　ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｓｕｌ￣ａｅｅ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｃｏｅｆｉｃｉｆｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｃｏｎｃｌｕｄｅ　ｔｈａｔ　ｎｏｒｍａｌ　ｆｏｒｃｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔ　ａｎｄ　ｍａｋｅ　ｓｅｎｓｅ　ｔｏ　ｐｒｅｖｅｎｔｆ　ｌａｎｄｓｌｉｄｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ａｎａｌｏｇ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔ；Ｎｏｒｍａｌｆ　ｆｏｒｃｅ；Ｓｌｏｐｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　（上接第２９页）　Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｎ　Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ｒａｔｅ　ｏｆ　Ｃｌｅａｎ　Ｃｏａｌ　Ａｓｈ　Ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｎ　Ｘｉｅｇｏｕ　Ｃｏａｌ　Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　Ｐｌａｎｔ　Ｌｉ　Ｌｅｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｗｈｉｃｈ　ｓｔａｂｌｅ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｃｌｅａｎ　ｃｏａｌ　ａｓｈ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｓ　ｌｏｗ　ｉｎ　ａｃｔｕａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｘｉｅｇｏｕ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｐｌａｎｔ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｓｔａｔｕｓ　ａｎｄ　ｃｏａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｉｔ　ｉｓ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｌａｎｔ　ｉｎｔｏ　ｗａｓｈｉｎｇ　ｒａｗ　ｃｏａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｒａｎｄｏｍ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ，ｔｈｉｓ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ　ｓｏｕｒｃｅ　ｏｆ　ｉｍｐａｃｔｉｎｇ　ｓｔａｂｌｅ　ａｓｈ　ｏｆ　ｃｌｅａｎ　ｃｏａｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏａｌ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｐｌａｎｔ．Ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｔｈｅ　ｒａｗ　ｃｏａｌ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｗａｓｈｉｎｇ　ｓｏｍｅｔｉｍｅｓ　ｗｉｔｈ　ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ　ｆｉｌａｍｅｎｔｏｕｓ　ｍａｔｅｒｉａｌ，ｄｅｍｅｄｉｕｍ　ｓｉｅｖｅ　ｓｅａｍ　ｉｓ　ｂｌｏｃｋｅｄ，ｃａｕｓｅ　ｍｅｄｉｕｍ　ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｓｔａｂｌｅ，ｐｒｏｄｕｃｔ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｓ　ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ　ｄｉｉｃｕｌｆｔ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｅ　ｐｌａｎｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ａ　ｓｅｒｉｅｓ　ｏｆ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｆｉｅｌｄ　ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ａｃｈｉｅｖｅｓ　ｇｏｏｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ；Ｃｌｅａｎ　ｃｏａｌ；Ａｓｈ　ｃｏｎｔｅｎｔ；Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｒａｔｅ