[发明专利]一种废石尾矿混合体渗透变形物理模型试验装置

说明书

本发明公开一种废石尾矿混合体渗透变形物理模型试验装置与试验方法，土体渗透变形是诱发土石坝坝体、堤防工程及大坝地基破坏的直接原因之一，通过实验室的观察、分析和计算是土体渗透变形研究的重要手段。但是传统的土体渗透实验装置边界条件简单，渗透长度很短，体积有限，为竖向渗透装置。这不适用于规模宏大，边界条件复杂的工程实际。本装置针对尾矿在废石中的渗透过程研究，设计了一种废石尾矿混合体渗透变形物理模型试验装置。本装置利用硅凝胶富有弹性与接触边界贴合的特点，提出了一种水平方向的渗透路径观察实验方法。本装置渗透路径相对较长，体积相对较大，更加贴近工程实际要求。

技术领域

本发明涉及一种废石尾矿混合体渗透变形物理模型试验装置与试验方法，主要针对的技术领域为尾矿工程、自来水厂污泥处置以及河湖底泥处置等。

背景技术

土体渗透变形是诱发土石坝坝体、堤防工程及大坝地基破坏的直接原因之一。因此，掌握土体渗透变形发生机理对防止临水建筑物受到水力破坏甚至是溃坝具有重大的意义。在工程实践中，研究土体的渗透变形过程，探索尾矿坝、土石坝等建筑物发生流土、管涌、接触冲刷、接触流土等现象的发生机理一直以来都是大家关注的重点。许多专家和学者在这一领域都有大量的实验和研究，通过实验室的观察、分析和计算是土体渗透变形研究的重要手段。其中，应用广泛的渗透实验装置的是法国工程师达西（H·Darcy）的达西实验装置。但是传统的达西实验装置边界条件简单，渗透长度很短，体积有限，为竖向渗透装置。实际工程中，边界条件复杂，土体颗粒迁移的距离长，渗透变形的规模大，我们更加关注水平渗透变形。显然，达西实验装置已经不适用于对大规模渗透变形的观察研究。所以对土体渗透变形的试验装置的研究设计显得十分有必要。

达西实验：1856年，法国工程师达西（H·Darcy）进行了水通过饱和砂的实验研究，发现了圆筒过水断面的渗流量与圆筒断面和水力坡度成正比，并和土壤的透水性能有关。此实验被称为达西实验，可以用来测定岩石的渗透系数。

渗透变形：土岩体在地下水渗透力（动水压力）的作用下，部分颗粒或整体发生移动，引起岩土体的变形和破坏的作用和现象。表现为鼓胀、浮动、断裂、泉眼、沙浮、土体翻动等。渗透水流作用于岩土上的力称为渗透水压或动水压力，只要有渗流存在就存在这种压力，当此力达到一定大小时，岩土中的某颗粒就会被渗透水流携带和搬运，从而引起沿岩土的结构变松，强度降低，甚至整体发生破坏。它包括流土、管涌、接触冲刷、接触流土等基本形式。

废石：一种为了获取具有经济价值的矿石所挖掘的废石，粒径范围在10-1~10-3mm左右。

尾矿：一种经选矿提炼有价值资源后产生的由粉碎矿石颗粒组成的尾矿，又叫尾砂，粒径范围在10-3~10-1mm左右。

硅凝胶：硅凝胶是一种富有弹性、低粘度、带粘性、凝胶状透明、双组份加成型有机硅凝胶，可以室温固化，也可以加热固化，具有温度越高固化越快的特点，固化后的硅凝胶可以与周围的固体边界贴合。

达西实验装置的渗透模型过于简化，体积小，装置的渗透路径短，土体颗粒的迁移路径距离太短。这不适用于工程实际中大规模的渗透变形的观察，工程实际中的管涌、流土、接触冲刷和接触流土等现象很难通过达西实验装置观察到。再者，达西实验装置为简单的竖向渗透观测，而实际工程中边界条件复杂，我们需要观测各个方向的渗透变形情况，特别是水平方向的渗透变形。

基于上述背景本发明提出一种废石尾矿混合体渗透变形物理模型试验装置。

发明内容