贵州锰渣路基填筑工程特性及稳定性研究

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锰渣是电解生产金属锰产生的一种工业废弃物,传统的渣库堆存方法不仅造成资源浪费还会产生环境污染。寻找无害、有效、经济的锰渣处置技术逐渐成为电解锰产业和环保领域的研究热点与难点。本文以贵州省交通运输厅科技项目为依托,以贵州松桃市锰渣为研究对象,因地制宜地考虑将锰渣作为路基填料,开展了较系统的试验分析与数值模拟,研究总结了山区锰矿渣路基填筑关键技术。
  (1)对松桃地区锰渣进行颗粒组成、化学组成、X射线衍射、电镜扫描、界限含水率、浸出毒性等理化性质;通过击实试验、承载比试验,对锰渣力学性质进行研究。结果表明,未经固化处理的锰渣达不到路基填料标准和环保要求,电解锰渣不能直接作为路基填料使用。
  (2)参照环保与路用性能技术要求,进行浸出毒性试验及路用性能指标检验。结果表明,在锰渣中掺入10%生石灰,浸出液中可溶性锰降低至0.009mg/L,氨氮降低至11.67mg/L,达到国家规定标准;柱浸试验结果表明,固化后锰渣满足长期环保要求;生石灰固化锰渣的工程特性试验表明,生石灰固化锰渣是一种强度高、变形小、透水性能较好的路基填筑材料,CBR值和回弹模量值明显高于规范规定的路基填料标准,具有较大的抗剪强度;渗透系数与细砂相当,具有较好的排水性能;其应力应变曲线为应变软化型。
  (3)通过GeoStudio2018软件对不同坡高、不同坡比共计50种方案的固化锰渣路基进行边坡稳定性及变形特性计算分析,结果表明,掺量10%的生石灰固化锰渣路堤在边坡稳定性、水平与垂直变形方面均优于同几何尺寸的普通土质路堤,石灰固化锰渣路堤可按常规土质路堤进行设计。
  (4)通过建立降雨条件下锰渣路基边坡有限元模型,考虑不同降雨强度及降雨类型对锰渣路基边坡的渗流及稳定性情况进行有限元模拟,同时考虑土体的空间变异特性,采用蒙特卡罗方法对边坡可靠度及失效概率进行计算,为降雨工况下锰渣路基边坡的设计与管理提供技术支撑。
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