论文题目：植物护坡技术在金矿尾矿坝边坡工程中的应用研究
摘要：我国尾矿库建造数量超15000座,尾矿累计存放量超200亿吨。尾矿库内的废弃尾矿,严重危及周边人民生命财产安全及生态环境,尾矿坝一旦溃坝,后果不堪设想。自党的十八大以来,“生态文明建设”列入了国家五位一体总体布局,国家加强了对矿山生态环境的治理,尾矿库则是矿山生态环境治理的重点。尾矿坝作为尾矿库最关键的一个部分,对其的治理、恢复就显得尤为重要。对于尾矿坝的治理,核心内容就是尾矿坝边坡的稳定性及生态修复。植物护坡技术的主要优点就是能够有效解决或缓解尾矿坝边坡溃坝、滑坡事故、重金属污染以及植被恢复等问题。因此,开展植物护坡技术在尾矿坝边坡工程中的应用研究,具有重要现实意义。本文通过实地调查、文献综合分析等研究手段,采用层次分析法建立尾矿坝边坡护坡植物的评价体系,并对护坡植物进行评价及遴选;根据评价结果,采用三维数值模拟对湖南平江县一处金矿尾矿坝边坡进行植物根系护坡的稳定性分析,主要研究内容及结论包括:1、通过对文献的综合分析,采用层次分析法,建立了以根系深度、植被覆盖程度、重金属富集能力、景观优美度为指标的尾矿坝边坡护坡植物的评价体系,并选择香根草、高羊茅、白三叶、紫花苜蓿、小叶女贞、蜈蚣草、芦苇、狗牙根8种植物作为评价植物。2、根据尾矿坝边坡护坡植物评价体系的评价结果,权重总得分最高的护坡植物为香根草,可见该护坡植物应用于尾矿坝边坡的可行性高;权重得分超过平均得分的植物还有紫花苜蓿、小叶女贞,其中紫花苜蓿在重金属富集能力、景观优美度两项指标上得分较高,能够达到良好的景观效果以及重金属吸收效果;在“根系深度”指标得分最高的植物为香根草,在“植被覆盖程度”指标得分最高的为狗牙根,能够起到良好的防冲刷效果;“重金属富集能力”指标得分最高的植物为香根草,可用于尾矿库重金属污染的生态环境治理;“景观优美度”指标得分最高的植物为小叶女贞和紫花苜蓿。根据评价分析结果,遴选出紫花苜蓿、香根草及狗牙根可作为尾矿坝的护坡植物种植组合。3、根据岳阳平江一处金矿尾矿坝的工程背景资料,建立了基于Midas GTS NX软件的尾矿坝边坡以及香根草根系三维模型,并设定了香根草根系加固尾矿坝边坡的不同工况进行应力分析以及边坡分析（SRM）。4、根据Midas GTS NX软件三维模型数值分析的边坡位移结果,香根草根系的加固对于尾矿坝坡面的位移控制存在明显效果,水平方向和竖直方向的平均位移下降率超50%,可有效控制尾矿坝坡面的表层滑动。尾矿坝坡面水平方向位移减少量随香根草根系的分布密度增大而增大。尾矿坝边坡的单元节点在位移轴上分布的集中程度与香根草根系的分布密度呈正相关。5、根据Midas GTS NX软件三维模型数值分析的边坡应力应变结果,香根草根系加固对尾矿坝的应力应变状态影响不大,基本可忽略。尾矿坝边坡中轴线所在竖直剖面的最大剪应力基本随深度增大而增大,且小于尾矿坝筑坝材料的抗剪强度,在尾矿坝内未出现剪应力连通地面的潜在滑动面,等效塑性应变基本为0,尾矿坝处于稳定状态。6、根据Midas GTS NX软件三维模型数值分析的边坡安全稳定性系数结果,分布密度2m×2m和1m×1m的香根草根系加固作用对于尾矿坝边坡的安全稳定性系数的提升不明显,但安全稳定性系数与香根草根系分布密度成正相关关系。
关键词：植物护坡技术;层次分析法;香根草;数值模拟;尾矿坝
学科专业：建筑与土木工程（专业学位）
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 植物护坡技术的工程应用
1.2.2 植物护坡机理的研究进展
1.2.3 植物根系形态及生长模拟研究现状
1.2.4 根-土相互作用对边坡稳定性影响的数值模拟研究现状
1.2.5 尾矿坝植物护坡的研究进展
1.3 研究方案和技术路线
1.3.1 研究方法和内容
1.3.2 技术路线
2 工程概况
2.1 工程背景
2.2 地质环境条件
2.2.1 区域地质背景
2.2.2 地形地貌
2.2.3 地层岩性
2.2.4 水文气象
2.3 设计概况
2.3.1 尾矿资料
2.3.2 尾矿库设计
2.3.3 尾矿库安全隐患
2.4 本章小结
3 护坡植物评价与遴选
3.1 评价方法的确定
3.1.1 常用的评价方法
3.1.2 层次分析法(AHP)
3.2 评价体系的构建
3.2.1 建立层次模型
3.2.2 构建判断矩阵
3.2.3 层次单排序及其一致性检验
3.2.4 层次总排序及其一致性检验
3.2.5 护坡植物分析评价
3.3 本章小结
4 香根草根系加固尾矿坝边坡的三维数值模型
4.1 软件介绍
4.1.1 Midas GTS NX软件主要功能特性介绍
4.1.2 Midas GTS NX软件边坡稳定分析原理
4.1.3 数值模拟分析步骤
4.2 三维数值模型建立与网格划分
4.2.1 建立几何模型
4.2.2 生成网格单元
4.2.3 定义材料、属性
4.2.4 边界条件及荷载
4.2.5 尾矿坝边坡工况定义
4.3 本章小结
5 香根草根系加固尾矿坝边坡稳定性分析
5.1 边坡位移分析
5.1.1 工况一(尾矿堆积至+206m处)
5.1.2 工况二(尾矿堆积至+212m处)
5.1.3 工况三(尾矿堆积至+218m处)
5.2 边坡应力分析
5.2.1 工况一(尾矿堆积至+206m处)
5.2.2 工况二(尾矿堆积至+212m处)
5.2.3 工况三(尾矿堆积至+218m处)
5.3 边坡应变分析
5.3.1 工况一(尾矿堆积至+206m处)
5.3.2 工况二(尾矿堆积至+212m处)
5.3.3 工况三(尾矿堆积至+218m处)
5.4 香根草根系加固尾矿坝边坡安全稳定性系数分析
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢