煤矸石做为建筑地基的特性分析及实践

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1、第4期矿山测量No142006年12月MINESURVEYINGDec12006土地复垦煤矸石做为建筑地基的特性分析及实践唐志新,黄乐亭,滕永海(煤炭科学研究总院唐山分院,河北唐山063012)摘要:通过对煤矸石性质的分析和煤矸石的压缩试验,定量计算出了煤矸石地基的沉缩量;通过现场试验,得出了分层振压法处理煤矸石地基的分层厚度、振压次数和地基相对密度之间的关系。关键词:采动区;矸石地基;浸水压缩试验;压实中图分类号:TD88文献标识码:B文章编号:1001-358X(2006)04-0076-02煤炭开采引起地表大面积沉陷

2、,尤其是在高潜水位地区采后地下潜水位上升,影响房屋的正常使用,甚至使地面出现长期积水。而采矿过程和煤的洗选加工所产生的煤矸石堆积如山,既侵占土地又污染环境,利用煤矸石作为建筑地基,是一条以废治害的矿区综合治理的有效途径。作为一种人工地基材料,煤矸石不同于一般的粘土和砂砾土,它具有自身的物理化学性质及力学特点。本文对煤矸石的颗粒级配、构成成分、物理化学和力学性质、室内浸水压缩实验、矸石地基的沉缩量以及现场分层振压试验及应用进行了系统的分析和研究。图1煤矸石颗粒级配曲线1煤矸石的颗粒级配2煤矸石的物理、化学性质煤矸石的颗粒大小

3、差别很大,而煤矸石的颗粒级配直接影响着矸石地基的密实效果,筛分试验所用煤矸石为徐州矿务集团表1为自然回填未经压实的煤矸石实测的物理性能指标。庞庄矿煤矸石,主要是采煤矸石,筛分结果见图1。由图1得出含水量为自然回填矸石深500mm处的含水量;最大干密度和最不均匀系数Ku=60107,表明煤矸石颗粒级配良好,有利于压实。优含水量为室内击实试验求得。表1煤矸石的物理参数-3-3-3-3密度/g·cm松散密度/g·cm含水量/%空隙比最大干密度/g·cm最小干密度/g·cm最优含水量/%2162117481430148210511

4、657煤矸石的化学成分见表2,化学组成中SiO2含量较高,是矸石中含有CaO等物质,因此煤矸石会发生水解、风化等现煤矸石骨架的主要成分,使煤矸石具有一定的硬度。由于煤象,使煤矸石的稳定性较差。表2煤矸石的化学成分%ω(SiO2)ω(Fe2O3)ω(Al2O3)ω(CaO)ω(MgO)ω(TiO2)烧矢量49133511216189517001940169141940125~0185MPa时,空隙比减少较缓,这说明煤矸石浸水饱和3煤矸石的压缩试验后,在上部压力作用下密实程度进一步提高的变化过程。压缩试验研究是在试验室内的一圆

5、筒中进行的,圆筒直从图2(b)a-p曲线分布可看出,在干料状态下,煤矸石径为300mm,高180mm,允许试料最大粒径为60mm,采用的压缩系数随上部压力的增大变化不大,基本上属于低压缩与前述相同的相似级配法缩尺,试样控制干密度为性地基土,当浸水饱和后,其压缩系数明显增大,变为中压缩1185g/cm3,煤矸石在干燥状态和浸水饱和状态下的空隙比е、压性地基土,但是随上部压力的增大,其压缩系数明显降低,当缩系数a、压缩模量Es和压力p之间的变化曲线,见图2。上部压力大于0130MPa时,其基本上恢复为低压缩性地基从图2(a)的

6、2条曲线可以看出,浸水饱和状态下的矸土。石,随着上部压力的增大,其孔隙比比干燥状态下相同压力时图2(b)的Es-p曲线表明,煤矸石干料的压缩模量是随的值明显减少,以0125MPa为转折点简化为前后两直线段,上部压力的增大而提高,在浸水饱和后,其压缩模量普遍降前段压力为0~0125MPa时,空隙比减少较快,后段压力为低,但是其随压力增大而提高的变化趋势不变。76第4期唐志新等;煤矸石做为建筑地基的特性分析及实践2006年12月图2煤矸石压缩试验的e,a,Es与p之间的关系综上所述,浸水饱和后,煤矸石的压缩性增大,由低压缩性增

7、为中压缩性地基土,但随着上部压力的增大,其抗压缩的能力在逐渐提高,当上部压力达到0130MPa之后,其基本上提高为低压缩性地基土。4浸水引起的地基下沉煤矸石浸水后降低了其抵抗压缩变形的能力,从而使建筑与地基之间的力学平衡受到破坏,在建筑荷载的作用下,煤矸石地基将会产生压缩变形,即产生地基下沉。假定地基土压缩时不允许侧向变形(膨胀),即采用完全侧限条件下的压缩性指标,为了弥补这样计算得到的沉降量图3矸石浸水前后压缩沉降曲线偏小的缺点,取基底中心点下的附加应力σz进行计算。煤矸5分层振压试验研究石的压实垫高层取110m,矸石垫

8、层地基的最终沉降量可用下列计算:分层振动碾压法适用于分层回填矸石地基的处理。煤矸石s=(e1-e2)δ/(1+e1)地基的振动压实效果取决于煤矸石的性质、颗粒级配、分层厚度、式中,δ为矸石垫层压实后的厚度(mm);e1为根据矸石振压机的振压冲击能和振压次数等。图4为某种振压机试验得垫层顶面处和底面处自重

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1、第4期矿山测量No142006年12月MINESURVEYINGDec12006土地复垦煤矸石做为建筑地基的特性分析及实践唐志新,黄乐亭,滕永海(煤炭科学研究总院唐山分院,河北唐山063012)摘要:通过对煤矸石性质的分析和煤矸石的压缩试验,定量计算出了煤矸石地基的沉缩量;通过现场试验,得出了分层振压法处理煤矸石地基的分层厚度、振压次数和地基相对密度之间的关系。关键词:采动区;矸石地基;浸水压缩试验;压实中图分类号:TD88文献标识码:B文章编号:1001-358X(2006)04-0076-02煤炭开采引起地表大面积沉陷

2、,尤其是在高潜水位地区采后地下潜水位上升,影响房屋的正常使用,甚至使地面出现长期积水。而采矿过程和煤的洗选加工所产生的煤矸石堆积如山,既侵占土地又污染环境,利用煤矸石作为建筑地基,是一条以废治害的矿区综合治理的有效途径。作为一种人工地基材料,煤矸石不同于一般的粘土和砂砾土,它具有自身的物理化学性质及力学特点。本文对煤矸石的颗粒级配、构成成分、物理化学和力学性质、室内浸水压缩实验、矸石地基的沉缩量以及现场分层振压试验及应用进行了系统的分析和研究。图1煤矸石颗粒级配曲线1煤矸石的颗粒级配2煤矸石的物理、化学性质煤矸石的颗粒大小

3、差别很大,而煤矸石的颗粒级配直接影响着矸石地基的密实效果,筛分试验所用煤矸石为徐州矿务集团表1为自然回填未经压实的煤矸石实测的物理性能指标。庞庄矿煤矸石,主要是采煤矸石,筛分结果见图1。由图1得出含水量为自然回填矸石深500mm处的含水量;最大干密度和最不均匀系数Ku=60107,表明煤矸石颗粒级配良好,有利于压实。优含水量为室内击实试验求得。表1煤矸石的物理参数-3-3-3-3密度/g·cm松散密度/g·cm含水量/%空隙比最大干密度/g·cm最小干密度/g·cm最优含水量/%2162117481430148210511

4、657煤矸石的化学成分见表2,化学组成中SiO2含量较高,是矸石中含有CaO等物质,因此煤矸石会发生水解、风化等现煤矸石骨架的主要成分,使煤矸石具有一定的硬度。由于煤象,使煤矸石的稳定性较差。表2煤矸石的化学成分%ω(SiO2)ω(Fe2O3)ω(Al2O3)ω(CaO)ω(MgO)ω(TiO2)烧矢量49133511216189517001940169141940125~0185MPa时,空隙比减少较缓,这说明煤矸石浸水饱和3煤矸石的压缩试验后,在上部压力作用下密实程度进一步提高的变化过程。压缩试验研究是在试验室内的一圆

5、筒中进行的,圆筒直从图2(b)a-p曲线分布可看出,在干料状态下,煤矸石径为300mm,高180mm,允许试料最大粒径为60mm,采用的压缩系数随上部压力的增大变化不大,基本上属于低压缩与前述相同的相似级配法缩尺,试样控制干密度为性地基土,当浸水饱和后,其压缩系数明显增大,变为中压缩1185g/cm3,煤矸石在干燥状态和浸水饱和状态下的空隙比е、压性地基土,但是随上部压力的增大,其压缩系数明显降低,当缩系数a、压缩模量Es和压力p之间的变化曲线,见图2。上部压力大于0130MPa时,其基本上恢复为低压缩性地基从图2(a)的

6、2条曲线可以看出,浸水饱和状态下的矸土。石,随着上部压力的增大,其孔隙比比干燥状态下相同压力时图2(b)的Es-p曲线表明,煤矸石干料的压缩模量是随的值明显减少,以0125MPa为转折点简化为前后两直线段,上部压力的增大而提高,在浸水饱和后,其压缩模量普遍降前段压力为0~0125MPa时,空隙比减少较快,后段压力为低,但是其随压力增大而提高的变化趋势不变。76第4期唐志新等;煤矸石做为建筑地基的特性分析及实践2006年12月图2煤矸石压缩试验的e,a,Es与p之间的关系综上所述,浸水饱和后,煤矸石的压缩性增大,由低压缩性增

7、为中压缩性地基土,但随着上部压力的增大,其抗压缩的能力在逐渐提高,当上部压力达到0130MPa之后,其基本上提高为低压缩性地基土。4浸水引起的地基下沉煤矸石浸水后降低了其抵抗压缩变形的能力,从而使建筑与地基之间的力学平衡受到破坏,在建筑荷载的作用下,煤矸石地基将会产生压缩变形,即产生地基下沉。假定地基土压缩时不允许侧向变形(膨胀),即采用完全侧限条件下的压缩性指标,为了弥补这样计算得到的沉降量图3矸石浸水前后压缩沉降曲线偏小的缺点,取基底中心点下的附加应力σz进行计算。煤矸5分层振压试验研究石的压实垫高层取110m,矸石垫

8、层地基的最终沉降量可用下列计算:分层振动碾压法适用于分层回填矸石地基的处理。煤矸石s=(e1-e2)δ/(1+e1)地基的振动压实效果取决于煤矸石的性质、颗粒级配、分层厚度、式中,δ为矸石垫层压实后的厚度(mm);e1为根据矸石振压机的振压冲击能和振压次数等。图4为某种振压机试验得垫层顶面处和底面处自重

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