赣南离子型稀土矿山原地浸矿场地边坡生态护坡研究

稀土是重要的战略矿产资源,赣南地区的离子型稀土矿储量丰富,长期对离子型稀土矿区的开采导致原地浸矿场周边生态环境遭到破坏,滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害频发。草本植物护坡与生态土壤固化剂护坡技术已经在公路边坡、河道边坡等普通土质边坡护坡工程中得到了较为广泛的应用。针对离子型稀土矿原地浸矿场地的土壤特征与气候条件,深入研究草本植物护坡与生态土壤固化剂护坡技术,为离子型稀土矿山原地浸矿场地生态护坡提供更加有效的工程方法。 论文以定南县岭北镇某处离子型稀土矿原地浸矿场地的边坡作为研究对象,对当地原地浸矿场地的现状进行野外实地调查,在原地浸矿场地采集边坡土壤样本,通过试验测试边坡土壤的物理与力学性质。利用采集所得的原地浸矿边坡土壤,种植黑麦草、果岭草、狗尾草、狗牙根等12种草进行对比试验,对比15项指标数据并应用层次分析法筛选出环境适应性最佳的护坡草本植物,分析研究草本植物根系固土效果的研究。针对根系固土特点,对聚氨酯型固化剂的 固土效果进行研究,将两种护坡技术相结合,通过室内模拟的边坡冲刷试验验证草本植物与生态固化剂所结合的综合护坡技术的效果,表明综合护坡技术改 善了边坡水土流失情况,起到了良好的护坡效果。 通过研究得到主要结论如下: (1)通过室内试验获得了离子型稀土矿山边坡土壤平均容重、平均天然含水率、液塑限、颗粒级配、不同含水率下的抗剪强度等物理力学参数,通过研究表明由于浸矿剂的长期侵蚀,当地沙质黏土结构性差,级配不良;土壤含水率在10%~25%之间时,黏聚力和内摩擦角总体呈线性下降趋势,变化幅度也较小;含水率从25%开始增加后,接近塑限含水率,黏聚力和内摩擦角都较大幅度的降低,土壤水敏性较强。 (2)分析12种草本植物的15项指标,运用层次分析法建立多指标评价模型,最终通过权重排名可知,黑麦草、狗尾草和狗牙根这三种草综合评价最佳,权重在0.1以上,适合作为赣南离子型稀土矿山边坡护坡草本植物;综合评价不佳的是白三叶和红三叶,权重在0.05以下,不适合作为赣南离子型稀土矿山边坡草本植物。 (3)根-土复合物的黏聚力增加,内摩擦角变化较小,随着含水率增加,根土复合物抗剪强度增加的幅度逐渐减小;根系含量达到6%-8%时,根-土复合物的粘聚力逐渐不再增加,含水率15%的曲线且根系含量达到8%时曲线达到粘摘要II聚力的峰值,当根系含量>8%时,根-土复合物的粘聚力有下降趋势;根系含量增加,根-土复合物渗透系数减小,抗渗透性增强。 (4)稀释后浓度小于20%的聚氨酯型固化剂是一种生态性较好的土壤固化剂,喷洒在土壤中会形成一层固化层,形成的固化厚度会随着养护时间与稀释浓度的增加而增加,在养护时间达到720min时固化层厚度不再增加;固化剂固化后的土壤在崩解试验中表现良好浓度与养护时间的增加,在水中稳定时间增加,崩解速度减慢;固化剂浓度增加,固化土壤的黏聚力c与内摩擦角φ都有较大提升,但养护时间增加黏聚力c大幅提高且养护时间时达到12h时黏聚力c不再增加,内摩擦角φ随养护时间变化幅度较小。 (5)降雨量增加,土质边坡土流失量增加,将固化剂护坡与草本植物护坡相结合的综合护坡抵抗雨水冲刷效果最好,其次为固化剂护坡,最后为草本植物护坡;验证了将草本植物护坡与生态土壤固化剂相结合的综合护坡技术拥有结合两种护坡技术优势的最佳护坡效果,综合护坡增强了土壤抵御雨水冲刷的能力,减缓了水土流失速度,增强了草本植物护坡效果,极大改善了植被生存环境,具有较好的推广应用价值。