某高速公路煤矸石路基处治技术研究

摘要

煤矸石是在煤矿企业生产过程中产生的一种废料。通常随意堆放在煤矿附近，形成大大小小的矸石山。它们具有缓慢自燃的特性，发出大量刺鼻难闻的有害气体，并占用了大量宝贵的土地资源。已经严重影响到居民的生产生活及国家建设。目前在煤矸石的废物再利用方面已经有了较广泛的研究，但是对于正在自燃的矸石山的开发利用，在国内外仍属罕见。本文依托项目“南万高速公路煤矸石路基处治技术研究”就如何在自燃的矸石山上修建公路进行了初步探究。
　　在矸石山上修筑公路将遇到两个主要方面的问题，一是其作为路基的承载力不足;二是其自燃所引发的一系列不良因素。为了解决这些问题，需要对矸石山进行处治，经过比较，最终确定采用强夯法来提高路基的承载力以减小沉降及不均匀沉降，并采用注浆法来消除煤矸石自燃。
　　本文采用室内物理试验、化学成分分析、力学试验等手段对煤矸石的路用性能进行了分析。得出结论:该地区煤矸石经处治后可以用做路基填料。
　　通过经验和试夯试验得出强夯参数为:强夯遍数为四遍，前三遍为点夯，夯击能为6000KN·m，最后一遍为满夯，夯击能为1000KN·m。夯点按正三角形布置，间距为3.5m。并通过重型动力触探试验对比了强夯处治前后路基密实度的变化，验证了强夯的加固效果是很明显的。
　　通过浆液配合比试验得出适合本项目的浆液配合比，选用石灰粘土作为灭火注浆材料，配合比为:石灰占10％，粘土占5％。使用瑞雷波检测法，证实了注浆后路基承载力有所提高，涨幅大约为10.35％。并通过对比注浆前后矸石山体内的温度变化，证实了注浆后自燃的矸石山得到了有效的灭火。
　　最后利用ANSYS软件分别模拟计算了煤矸石路基处治前后的最终沉降量分别为390.1mm和161.6mm及路堑边坡稳定安全系数为2.571，从沉降稳定分析和边坡稳定分析两方面对煤矸石堆积区公路路基进行了稳定性的评价。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容及技术路线

1．3．1 研究总体思路

1．3．2 研究主要内容

1．3．3 关键技术

1．3．4 技术路线及具体实施方案

第二章 煤矸石的工程特性

2．1 煤矸石的化学性质

2．1．1 煤矸石化学成分

2．1．2 煤矸石的活性

2．1．3 发热量

2．2 煤矸石的物理性质

2．3 煤矸石的力学性质

2．3．1 筛分试验

2．3．2 击实试验

2．3．3 承载比实验

2．4 本章小结

第三章 强夯在煤矸石路基处理中的应用

3．1 概述

3．1．1 强夯法发展现状

3．1．2 强夯法加固机理

3．2 强夯设计

3．2．1 工程概况

3．2．2 试夯试验

3．2．3 强夯施工参数的确定

3．3 强夯处置方案

3．3．1 强夯施工工艺流程

3．3．1 强夯施工方法

3．3．1 强夯施工应注意事项

3．4 强夯效果评价

3．5 本章小结

第四章 注浆在煤矸石路基处理中的应用

4．1 概述

4．1．1 注浆法的概念

4．1．2 注浆技术的发展现状

4．1．3 注浆法灭火机理

4．2 注浆材料

4．2．1 注浆材料的选择

4．2．2 浆液配比试验

4．2．3 浆液配比确定

4．3 注浆设计与施工

4．3．1 注浆参数

4．3．2 注浆施工方法

4．4 浆液扩散

4．4．1 注浆浆液的流变特性分析

4．4．2 浆液扩散规律研究

4．4．3 注桨效果检测

4．5 本章小结

第五章 矸石山处治后的可燃性分析

5．1 煤矸石自燃机理

5．1．1 煤矸石自燃机理研究现状

5．1．2 煤矸石自燃的必要条件

5．1．3 低温下的煤矸石氧化反应

5．1．4 矸石堆中氧气传输途径

5．1．5 煤矸石山自燃的特征

5．2 煤矸石山自燃温度场分析

5．3 矸石山的灭火原理与措施

5．3．1 矸石山自燃防治措施

5．3．2 注浆法灭火原理

5．4 灭火措施及其效果检测

5．4．1 矸石山灭火措施

5．4．2 灭火效果检测

5．4 小结

第六章 处治后煤矸石路基的稳定性评价

6．1 路基稳定性的评价方法

6．2 路基的沉降量计算

6．2．1 路基沉降概述

6．2．2 最终沉降量计算方法

6．2．3 有限元分析方法

6．2．4 有限元计算模型及材料参数

6．2．5 计算结果分析

6．3 边坡安全系数计算

6．3．1 边坡稳定性分析原理

6．3．2 边坡建模及强度参数取值

6．3．3 模拟结果

6．4 小结

第七章 总结

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果