详情

原文传递山区公路锰渣路堤变形特性研究

论文题名：	山区公路锰渣路堤变形特性研究
关键词：	山区公路;锰渣路堤;施工工艺;变形特性
摘要：	电解锰行业是我国特色优势战略资源行业。近年来电解锰行业发展迅速，目前中国电解锰产量占世界产量的98％以上。由于我国锰矿大部分来自于进口，国产量少且品位低下，生产1吨金属锰会产生9~11吨电解锰渣且利用率低，大量锰渣消纳能力不足，不得不用土地堆存。至今全国锰渣累计堆存量已超1亿吨，不仅占用宝贵的土地资源，其中重金属污染物可溶性锰和氨氮的浓度超过国家标准几十倍甚至几百倍，严重污染生态环境和危害人体健康。因此探索、开发锰渣的固化稳定技术，实现资源化利用成为迫切需求。本论文通过理论分析、试验研究、有限元软件模拟等技术和方法，研究实现电解锰渣无害化处理技术和应用于山区公路路基填筑的方法，突破电解锰渣低成本资源化应用的技术瓶颈，达到大宗资源化利用锰渣的目的，主要研究内容如下：　　1、对电解锰渣的理化性质和工程特性研究，结果表明：电解锰渣天然含水率为33.5％，属于低液限粘土，锰渣中的主要氧化物包括SiO2、SO3、CaO、Al2O3、Fe2O3、MnO、MgO和K2O，锰渣原材料较松散，粘结力较弱。浸出试验显示其中锰离子浓度为1097.713mg/L，氨氮浓度为595.010mg/L，严重超出国家标准值，属于第Ⅱ类一般工业固体废物。　　2、低成本电解锰渣无害化处理技术研究，多组浸出试验结果对比分析发现实现锰渣低成本无害化处理的固化稳定配比为锰渣:水泥:生石灰:磷渣=100:2:6:2。固化锰渣的锰离子浓度为0.076mg/L，固化率达到99.99％；氨氮浓度为144.763mg/L，固化率达到75.67％，将固化锰渣静置3d，均符合国家规定标准。通过击实试验得到固化锰渣最佳含水率为28％，最大干密度为1.58g/cm3。利用承载比试验、三轴试验、渗透试验和回弹模量试验对固化锰渣的力学性能进行研究，得到CBR值为41.8％，有效应力强度参数粘聚力c=784.72KPa，内摩擦角φ=21.31°，回弹模量介于107.528MPa~151.790MPa之间，均符合国家标准，强度较好。渗透系数为1.25×10?6cm/s，抵抗水侵蚀能力较强。　　3、根据室内试验获得的土工参数，利用Abaqus有限元软件模拟分析固化锰渣路堤的水平和竖直方向的变形特性，得知固化锰渣路堤沉降均发生在路堤的正中心处，沿路堤中心向两侧边坡逐渐减小，直至路堤坡趾时数值最小。固化锰渣路堤适用于1:1.5的边坡，且路堤越矮，变形沉降越小。　　4、通过离心试验模拟实体固化锰渣路堤的水平和竖直沉降变形，结果表明与有限元软件分析规律一致，6m高的路堤适用于一级公路，12m以下的路堤适用于二级公路。论证了固化锰渣作为路堤填料的可行性。　　5、从环保角度出发，对固化锰渣路堤施工工艺进行研究，为今后建立锰渣路用工程示范路段和后续标准化研究、大范围推广提供科学指导与工程借鉴。
作者：	陈玉苏
专业：	交通运输工程
导师：	魏建明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022