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1、第23卷第13期巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)23(13)：2215～22192004年7月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringJuly，2004*礦山排土場非線性滲流數(shù)值計(jì)算1，21周玉新周志芳12(河海大學(xué)土木工程學(xué)院南京210098)(馬鞍山礦山研究院馬鞍山243004)摘要排土場是礦山剝離的松散堆積體，其中的滲流運(yùn)動較為復(fù)雜，實(shí)際工程中很難以一般的公式來判別其中的滲流狀態(tài)。以非線性滲流的普遍表達(dá)式建立排土場滲流數(shù)學(xué)模型，針對排土場滲流特點(diǎn)編制了有限元法計(jì)算程序。計(jì)算結(jié)果表明，排土場滲流區(qū)普遍存在非線性滲流狀態(tài)，計(jì)算出的非線性滲流水位較線性滲流水位高
2、。以該方法進(jìn)行排土場滲流數(shù)值計(jì)算，根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果進(jìn)行排土場滲流狀態(tài)的判別，并以之作為排土場穩(wěn)定性分析的滲流參數(shù)，更符合實(shí)際，而且偏于安全。關(guān)鍵詞土力學(xué)，礦山排土場，非線性滲流，數(shù)學(xué)模型，有限元分類號TD22文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號1000-6915(2004)13-2215-05NUMERICALCOMPUTATIONOFNONLINEARSEEPAGEFORMINEWASTEDUMP1，21ZhouYuxin，ZhouZhifang1(CollegeofCivilEngineering，HohaiUniversity，Nanjing210098China)2(MaanshanInstitute
3、ofMiningResearch，Maanshan243004China)AbstractTheseepageinwastedumpofmineiscomplicated.Basedonthenonlinearseepageformula，anumericalmodelofseepageinwastedumpisestablished.Acasestudyshowsthatnonlinearseepageexistsinalltheseepageareaofthewastedumpandthewaterlevelishigherthanthatoflinearseepage.Therefore
4、，theseepagecomputationusingnonlinearseepagemodelissuitableandsafeforminewastedump.Keywordssoilmechanics，wastedumpofmine，nonlinearseepage，numericalmodel，finiteelementmethod本文以非線性滲流的普遍表達(dá)式描述排土場地1前言下水的運(yùn)動規(guī)律，并以此運(yùn)動規(guī)律建立排土場滲流的數(shù)學(xué)模型，編制非線性滲流分析的有限元法程排土場作為松散的人工堆積體，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與序，進(jìn)行實(shí)際排土場滲流的數(shù)值分析。計(jì)算結(jié)果表一般自然邊坡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，因而其內(nèi)部的滲
5、流明，排土場滲流區(qū)域普遍存在著非線性滲流運(yùn)動。運(yùn)動也同一般邊坡地下水運(yùn)動不同。這主要是因?yàn)榕磐翀鑫锪鲜遣傻V剝離的廢石土，粒級分布極不均2非線性滲流規(guī)律勻，滲流狀態(tài)較為復(fù)雜，許多區(qū)域可能會出現(xiàn)非線性滲流。實(shí)際工程中，很難以一般公式來判別各區(qū)地下水的流態(tài)可分為層流和紊流兩種基本類域的滲流運(yùn)動狀態(tài)。型。如果細(xì)分，還可劃分為4個(gè)不同區(qū)域：層流區(qū)、2002年11月18日收到初稿，2003年1月18日收到修改稿。*國家自然科學(xué)重點(diǎn)基金項(xiàng)目(50239070)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50179010)資助課題。作者周玉新簡介：男，1965年生，現(xiàn)為河海大學(xué)博士研究生、高級工程師，主要從事水文地質(zhì)工程地質(zhì)方面
6、的研究工作。E-mail：zhouyuxin757@sina.com。?2216?巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)2004年非線性層流區(qū)、紊流過渡區(qū)、完全紊流區(qū)。劃分流因?yàn)閼B(tài)的依據(jù)有多種，但是很難作為實(shí)際工程中地下水?H=(a+bv)vy?y流態(tài)的判據(jù)。則一般認(rèn)為，土力學(xué)中所涉及的大多數(shù)對象，都1?H在達(dá)西線性定律適用范圍內(nèi)，但排土場這樣的松散vy=(9)(a+bv)?y的較粗粒料，其中的滲流運(yùn)動就可能超過其適用的而由式(4)得上限而出現(xiàn)非線性滲流狀態(tài)，實(shí)際滲流水位高于線性滲流計(jì)算水位，從而使得排土場穩(wěn)定性計(jì)算偏于J(a+bv)=(10)v不安全。[1～9]將式(10)代入式(8)，(9)，則得非線性滲流規(guī)
7、律研究的成果很多，歸納起來主要為兩種形式，即J=cvm和J=av+bv2。綜合1?Hvx=v(11)考慮，以下式來表達(dá)排土場滲流規(guī)律較為合理。J?xJ=av+bv2(1)1?Hvy=v(12)式中：J為水力坡降；v為滲流速度；a，b為系數(shù)。J?y2由上式可知，當(dāng)滲流速度v較小時(shí)，則v將更小，由式(1)可知以致可忽略不計(jì)。此時(shí)，式(1)可化為線性滲透定律，2即達(dá)西定律：v=?a+?a??+J(13)
