一种适用于尾粉砂发生管涌的临界水力梯度的计算方法
【专利摘要】一种适用于尾粉砂发生管涌的临界水力梯度的计算方法，其步骤如下：（1）通过分析尾粉砂颗粒级配特征，确定尾粉砂产生管涌的颗粒级配条件；（2）测定临界水力梯度与孔隙之间的关系；（3）得到特定条件下尾粉砂临界水力梯度与孔隙率(比)之间关系式；（4）推导出计算临界水力梯度的计算通式，从而计算出临界水力梯度。其优点是：直接采用常规物理指标与颗分试验的颗粒级配特征参数进行计算，无需增加额外的工作量；通过采用特点的尾粉砂试样测得的函数关系，经过理论推导得的适用于任意尾粉砂的计算通式，计算结果准确性高；在实体工程中，那种类型的临界水力梯度值小就表现那种破坏类型，可准确判定该尾粉砂发生渗透变形的破坏类型。
【专利说明】—种适用于尾粉砂发生管涌的临界水力梯度的计算方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及岩土工程勘察、设计领域，具体地说是一种适用于尾粉砂发生管涌的临界水力梯度的计算方法。
【背景技术】
[0002]上游法尾矿坝是尾矿库最主要的筑坝方法之一，尾矿堆积坝是否稳定，直接涉及尾矿库能否安全正常使用。渗流稳定性验算是进行上游法尾矿堆坝设计、治理与安全运行评价的重要内容之一，而尾矿的渗透变形临界水力梯度是进行渗流稳定性验算的主要参数。尾矿发生渗透变形的破坏类型有流土与管涌两种类型。管涌是指在渗流作用下土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙孔道中发生移动并被带出，逐渐形成管形通道，从而掏空地基或坝体，使地基或斜坡变形、失稳的现象。一般管涌多发生在非粘性土中，其特征是:颗粒大小比值差别较大，往往缺少某种粒径，磨圆度较好，孔隙直径大而互相连通，细粒含量较少，不能全部充满孔隙，颗粒多由比重较小的矿物构成，易随水流移动，有较大的和良好的渗透水流出路等。《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-1999)给出了常规土发生管涌的临界水力梯度计算公式。
[0003]Jcr = 2.2 (Gs-1) (l-n)2d5/d20 式一
[0004]式中，d5、d2(l—分别占总土重的5%和20%的土的粒径(mm)。
[0005]将管涌型尾粉砂相关物理指标代入(I)式计算的临界水力梯度远小于实测值(见表1)。
[0006]临界水力梯度对比表表1
[0007]
【权利要求】
1.一种适用于尾粉砂发生管涌的临界水力梯度的计算方法，其特征在于:其步骤如下: (1)、通过分析尾粉砂颗粒级配特征，确定尾粉砂产生管涌的颗粒级配条件； 将收集的尾矿堆积坝的尾粉砂的室内试验资料，按工程调查与室内试验检验得到的渗透变形破坏类型，进分类统计分析，分别绘制总体呈流土型的尾矿堆积坝的尾粉砂颗粒直径小于0.005mm的含量与不均匀系数的关系散点图、颗粒直径小于0.075mm的含量与不均匀系数的关系散点图，有管涌现象堆积坝不均系数与不小于0.005含量散点图、有管涌现象堆积坝不均系数与小于0.075含量散点图；将颗粒直径小于0.005mm的含量与不均匀系数的关系散点图与有管涌现象堆积坝不均系数与不小于0.005含量散点图、粒直径小于.0.075mm的含量与不均匀系数的关系散点图与有管涌现象堆积坝不均系数与小于0.075含量散点图叠加，取主要重合部分的平均值作为流土与管涌的区分界限，并经室内试验校验得到尾粉砂发生管涌的级配条件； 其中，在尾矿堆积坝岩土勘察时，按照Im或2m的间距，采取尾粉砂原状或扰动试样密封包装送到试验室；在室内将野外采取的尾粉砂原状试样，按相关的土工试验规程进行物性与颗粒分析试验，要求测得粘粒组含量，当粘粒组含量不大于10%时，计算不均匀系数与d5/d20 值； (2)、测定临界水力梯度与孔隙之间的关系: ①从尾矿库或铁矿采取了具有管涌特征的尾粉砂试样，将试样风干、拌匀，取代表性试样测定其比重与级配特征，依据步骤(1)级配条件判定试样是否属管涌型； ②取经判定符合要求的试样，测定其最大干密度与最小干密度，在最大干密度与最小干密度之间设定4-5个干密度值，使试样的孔隙率在0.35-0.55之间； ③按该密度值制备试样进行渗透变形试验，测定其发生管涌的临界水力梯度，每个密度值平行测2次，两次平行差小于10%时有效，取其平均值，两次平行差大于10%时重做； ④绘制临界水力梯度与孔隙率关系曲线图和临界水力梯度与孔隙比关系曲线图； (3)、根据临界水力梯度与孔隙率关系曲线图和临界水力梯度与孔隙比关系曲线图得到特定条件下尾粉砂临界水力梯度与孔隙率(比)之间关系式: 即:
Jcr = 0.1919η-2 0578 式二
Jcr = 0.7781e-1.2143 式三 (4)、根据尾矿颗粒浮密度、d5/d20比值与临界水力梯度成正比例关系，推导出用尾粉砂的孔隙率/比、d5/d2(l比值及颗粒比重等参数计算其临界水力梯度的计算通式，从而计算出临界水力梯度: 即:
Jcr = 2.17 (Gs-1) e—1.2143d5/d2Q 式十二
Jcr = 0.5352 (Gs-1) rT2 0578d5/d20 式十三。
【文档编号】G06F19/00GK104021280SQ201410210873
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】陈定安, 于沉香 申请人:中冶集团武汉勘察研究院有限公司