南方稀土礦山入滲規(guī)律研究

【摘要】土壤入滲是指水從地表進入土壤內(nèi)部的現(xiàn)象。土體的滲透性和土體中的滲流對土體強度和土體變形有著重要影響，是研究地表徑流和滑坡的起點。在實際巖土工程計算分析或設(shè)計中，土體滲透系數(shù)是關(guān)鍵參數(shù)，其準確獲取有重要的工程實際意義。

【關(guān)鍵詞】地表徑流；滑坡；巖土工程；滲透系數(shù)

離子型稀土礦主要分布在我國的南部省區(qū)，是我國的重要戰(zhàn)略資源。在其開采過程中，時常會發(fā)生礦山滑坡現(xiàn)象，造成重大經(jīng)濟損失。為此，有必要對稀土礦山的滲透規(guī)律進行研究，指導(dǎo)礦山安全注液。

1、試驗設(shè)計

在江西信豐縣境內(nèi)選擇滑坡頻發(fā)礦區(qū)進行土壤入滲測試試驗，選用單圓環(huán)注水法測試入滲過程，相關(guān)操作按照水利水電注水試驗規(guī)程（SL345—2007）進行[1]。在試驗現(xiàn)場選擇合適的臨空面，向下開挖10個臺階，每個臺階深度均為0.8 m，分層測試稀土礦山的滲透系數(shù)，分析入滲過程及滲透系數(shù)在垂直方向上的變化規(guī)律。

2、試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明，所測區(qū)域入滲率變化變化分為3個階段：快速減小階段、緩慢減小階段和趨于穩(wěn)定階段[2]。在試驗初期，礦土比較干燥，水分在毛細負壓和重力共同作用下下滲；隨著時間推移，毛管力逐漸減小，滲透率變化趨緩；試驗后期，水分子僅在重力作用下運動，入滲率基本保持穩(wěn)定。選用常用基本入滲模型Kostiakov模型、Philip模型和Horton模型對入滲過程進行擬合分析，根據(jù)相關(guān)系數(shù)、均方根誤差和相對差值等參數(shù)選擇最優(yōu)模型[3]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：用Kostiakov模型進行擬合，相關(guān)系數(shù)最大，基本都在0.80以上，且均方根誤差和相對差值最小，為描述礦山土壤入滲的理想模型。Kostiakov模型表達式為： 。式中：f為入滲速率，t為入滲時間，a、b為擬合參數(shù)。

垂直方向上滲透系數(shù)在0.58m/d～3.67m/d之間變化，見圖1。這說明，土壤滲透系數(shù)在空間上存在變異性，有隨深度增加而減小的規(guī)律。這是因為，表層土經(jīng)長期風(fēng)化和植被根系作用，土壤較稀疏，土壤孔隙較大，滲透系數(shù)較大；隨深度增加，在土壤自重作用下，土壤密實度增加，孔隙減小，滲透系數(shù)也隨著降低。對空間垂直高度方向上所測滲透系數(shù)進行函數(shù)擬合，得到滲透系數(shù)隨距地表深度變化情況的函數(shù)關(guān)系式K=3.04h（-0.62），可以看出滲透系數(shù)隨深度增加呈負指數(shù)衰減。

結(jié)語：

（1）土壤入滲分為急劇下滲、緩慢下滲和穩(wěn)定入滲三個階段。造成入滲率變化的原因是因為在不同的入滲階段，水分子受力情況不同。Kostiakov模型可以很好的描述礦山的入滲過程。

（2）滲透系數(shù)存在空間變異的情況，在垂直高度方向上按負指數(shù)方式衰減。這種規(guī)律能夠很好的解釋礦山滑坡現(xiàn)象：當注液強度過大而遠超滲透系數(shù)時，溶液容易在礦山中無法及時下滲，造成部分區(qū)域飽和，降低礦山土體抗剪強度，引起滑坡現(xiàn)象。在實際生產(chǎn)中，應(yīng)控制好注液強度，使其不大于滲透系數(shù)，保證安全生產(chǎn)。

參考文獻：

[1]中華人民共和國水利部.水利水電注水試驗規(guī)程（SL345—2007）[S].北京：中國水利水電出版社，2008

[2]李廣文，馮起，張福平，等.祁連山八寶河流域典型草地土壤入滲特征[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2014，32（01）：60-65.

[3]楊陽，羅嗣海，呂先華，桂勇，王觀石.贛南典型離子型稀土礦層入滲試驗研究[J].有色金屬科學(xué)與工程，2016，07（04）：140-146.

作者簡介：

楊陽（1993—），男，漢族，江蘇省南通市人，碩士研究生，單位：江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院建筑與土木工程專業(yè)，研究方向：巖土力學(xué)。

基金項目：

江西省研究生創(chuàng)新專項資金項目《離子型稀土礦滲透非均質(zhì)性及淺層滑坡規(guī)律研究》；項目編號：YC2016-S309.