本发明属于环境工程领域，具体涉及一种
尾矿库库区陡边坡铺设土工膜的保护结构及方法。
背景技术：
土工合成材料作为一种高聚物基体材料，近年来，被广泛应用于水利、市政、建筑、交通、地铁、隧道等土木工程中。土工膜是一种防渗土工合成材料，具有极强的不透水性，抗拉、抗撕裂、顶破等物理力学性能指标较高，主要用于尾矿、各种废料废液以及垃圾等材料的安全处理的防渗工程中。对于小面积铺设土工膜，一般1-2年可被尾矿覆盖，土工膜的老化问题尚不凸显。但是，土工膜大面积铺设后，约8-10年后才会被尾矿覆盖，土工膜长时间暴露在空气中易受到外力以及环境中氧气、光、热等因素的影响，发生降解等反应，从而造成土工膜的老化，使强度等性能损失或部分损失，甚至破坏而失去防渗功能。因此，发明一种保护土工膜的方法是十分必要的。
现有土工膜保护方法，有采用在土工膜表面喷混凝土，初喷混凝土与复喷混凝土之间设置机编网方法，是针对迎水面复合土工膜，主要考虑水位升降对复合土工膜性能的消减作用；有针对人工湿地的土工膜防渗层保护结构，主要是考虑地基沉降或者底部气体膨胀对土工膜造成的破坏；也有在动荷载作用下铺设土工膜施工过程中的保护方法。由于尾矿库库区面积较大，部分边坡较陡，喷射混凝土成本较高，施工难度大，因此已有相关文献均不适合在尾矿库防渗工程中使用。
尾矿库防渗工程中，传统方式采取在土工膜上面铺设一层土工布保护土工膜的措施，但是土工布在空气中时间过长也会发生老化而失去保护作用，土工布一般保护时间不超过1年，或者在遇到大风恶劣天气时，土工膜会被卷起甚至撕裂。
在尾矿库工程中需要大面积铺设土工膜防渗层，由于选矿厂生产尾矿排放周期一般较长，土工膜铺好后会长期暴露在空气中，就算分期铺设，有的前期土工膜也会在空气中暴露4—5年，光靠一层土工布来保护是远远不够的，尾矿库库区面积大，部分边坡较陡，采取其他保护措施容易滑落无法固定。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种尾矿库库区陡边坡铺设土工膜的保护结构，以解决现有方法存在的土工布易老化、保护时间短的问题。
本发明的另一目的是提供一种尾矿库库区陡边坡铺设土工膜的保护方法。
本发明的技术方案是：一种尾矿库库区陡边坡铺设土工膜的保护结构，在地基表层依次铺设有垫层和土工膜，在土工膜表层铺设有三维立体排渗网片材，三维立体排渗网片材表面和内部设有多个不规则孔，三维立体排渗网片材的孔隙中填充有砂土。
作为本发明的进一步改进，不规则孔的孔径为10mm-30mm。
作为本发明的进一步改进，不规则孔的开孔密度为15%-20%。
作为本发明的进一步改进，三维立体排渗网片材的厚度为100mm-200mm。若三维立体排渗网片材过薄，则不利于稳固砂土；从其稳固性和经济性考虑，厚度以100mm-200mm为宜。
作为本发明的进一步改进，砂土的粒径为0.5mm-10mm。若砂土粒径过小，则容易被风吹走；后期尾砂覆盖后，在尾砂的压力下，为防止砂土刺破土工膜，砂土的粒径也不宜过大。
作为本发明的进一步改进，垫层采用膨润土毯，膨润土毯具有防水性和较高的延性，通过工程地质勘察试验结果选择规格为4000g/m2-6000g/m2。垫层防止土工膜被石块刺穿。
作为本发明的进一步改进，土工膜的厚度为1.5mm-3.0mm。
作为本发明的进一步改进，库区边坡大于1:3.0。
一种尾矿库库区陡边坡铺设土工膜的保护方法，包括以下步骤：
a、清除库区表层腐殖土及不规则尖锐石块，并整平地基，然后在地基表层铺设垫层；
b、在铺好的垫层上面铺设土工膜防渗层，并锚固好；
c、在铺设好的土工膜上面铺设三维立体排渗网片材，再在三维立体排渗网片材的孔隙中灌填砂土。
本发明的有益效果是：
1.本发明在铺好的土工膜上表面铺设三维立体排渗网片材，并在网孔里面灌填砂土，三维立体排渗网片材具有集砂土功能，能够保证在陡边坡上将砂子很好地固定在土工膜上而不滑落，有效防止砂土滑动或土工膜变形问题，避免了土工膜暴露在空气中风吹日晒，防止土工膜出现老化损伤而失去防渗功能，在遇到大风等恶劣环境条件时防止土工膜被大风卷起甚至被撕裂，通过环境试验模拟分析可保护年限长达15年以上，可以满足尾矿库的使用要求；
2.本发明中的三维立体排渗网片材灌砂土后具有排水排渗功能，能够有效抵抗雨水的冲刷作用，并通过排渗作用有效降低尾矿坝的浸润线，提高坝体的稳定性；虽然库区边坡较陡，三维立体排渗网片材的集砂功能阻止了砂土的滑动，防止土工膜因滑动变形而引起撕裂破坏；
3.本发明中的三维立体排渗网片材以及其中所灌填的砂土为土工膜提供了很好的保护，可以起到缓冲作用，防止跌落物对土工膜的破坏，施工便捷安全，质量容易保证，保证了土工膜不被外力刺穿而破坏；
4.本发明在土工膜和地基之间铺设垫层，防止地基上的砂石刺破土工膜，通过在土工膜上方和下方设置双重保护结构，可有效延长保护时间；
5.本发明方法施工便捷，安全环保，土工膜的质量容易保证，具有良好的社会经济效益。
附图说明
图1是尾矿库库区陡边坡铺设土工膜的保护结构的剖面示意图；
图2是本发明中三维立体排渗网片材的结构示意图。
图中：1-地基；2-垫层；3-土工膜；4-三维立体排渗网片材；5-砂土；6-尾矿。
具体实施方式
如图1、图2所示，一种尾矿库库区陡边坡铺设土工膜的保护结构，在地基1表层依次铺设有垫层2和土工膜3，在土工膜3表层铺设有三维立体排渗网片材4，三维立体排渗网片材4表面和内部设有多个不规则孔，三维立体排渗网片材4的孔隙中填充有砂土5。
不规则孔的孔径为10mm-30mm。不规则孔的开孔密度为15%-20%。
三维立体排渗网片材4采用以乱丝熔融铺网而成的新型材料，耐压高，三个维度分别开不规则孔，可通过商购途径获得。三维立体排渗网片材4的厚度为100mm-200mm。
砂土5的粒径为0.5mm-10mm。
垫层2采用膨润土毯，规格为4000g/m2-6000g/m2。
土工膜3采用具有抗拉、抗撕裂以及防渗性能的土工合成材料。土工膜3的厚度为1.5mm-3.0mm。
库区边坡大于1:3.0。
尾矿6为经选矿和其他综合利用处理后，有价值矿物品味最低的矿石。
一种尾矿库库区陡边坡铺设土工膜的保护方法，包括以下步骤：
a、清除库区表层腐殖土及不规则尖锐石块，并整平地基1，然后在地基1表层铺设垫层2；
b、在铺好的垫层2上面阶段逐步铺设土工膜3防渗层，并锚固好；
c、在铺设好的土工膜3上面铺设三维立体排渗网片材4，再在三维立体排渗网片材4的孔隙中灌填砂土5。
待后期尾砂6排至相应标高，在三维立体排渗网片材4上覆盖尾砂6即可。
本发明是一种全新的尾矿库库区陡边坡大面积铺设土工膜的技术方案，防止护土工膜发生老化而失去防渗功能，通过环境加速模拟降解实验模拟15年三维立体排渗网片材4的性能，到达第15年三维立体排渗网片材4发生严重降解，强度剩余量为5kpa-8kpa基本维持稳定，通过实验可知本发明方法保护时间可以长达15年以上。同时本发明具有雨期排水和尾矿排放后期的排渗作用，能够有效地降低尾矿坝的浸润线，防止土工膜因滑动变形而引起的撕裂破坏。
技术特征：
1.一种尾矿库库区陡边坡铺设土工膜的保护结构，其特征在于：在地基（1）表层依次铺设有垫层（2）和土工膜（3），在土工膜（3）表层铺设有三维立体排渗网片材（4），所述三维立体排渗网片材（4）表面和内部设有多个不规则孔，三维立体排渗网片材（4）的孔隙中填充有砂土（5）。
2.根据权利要求1所述的尾矿库库区陡边坡铺设土工膜的保护结构，其特征在于：所述不规则孔的孔径为10mm-30mm。
3.根据权利要求2所述的尾矿库库区陡边坡铺设土工膜的保护结构，其特征在于：所述不规则孔的开孔密度为15%-20%。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的尾矿库库区陡边坡铺设土工膜的保护结构，其特征在于：所述三维立体排渗网片材（4）的厚度为100mm-200mm。
5.根据权利要求4所述的尾矿库库区陡边坡铺设土工膜的保护结构，其特征在于：所述砂土（5）的粒径为0.5mm-10mm。
6.根据权利要求5所述的尾矿库库区陡边坡铺设土工膜的保护结构，其特征在于：所述垫层（2）采用膨润土毯，规格为4000g/m2-6000g/m2。
7.根据权利要求6所述的尾矿库库区陡边坡铺设土工膜的保护结构，其特征在于：所述土工膜（3）的厚度为1.5mm-3.0mm。
8.根据权利要求7所述的尾矿库库区陡边坡铺设土工膜的保护结构，其特征在于：所述库区边坡大于1:3.0。
9.一种尾矿库库区陡边坡铺设土工膜的保护方法，其特征在于包括以下步骤：
a、清除库区表层腐殖土及不规则尖锐石块，并整平地基（1），然后在地基（1）表层铺设垫层（2）；
b、在铺好的垫层（2）上面铺设土工膜（3）防渗层，并锚固好；
c、在铺设好的土工膜（3）上面铺设三维立体排渗网片材（4），再在三维立体排渗网片材（4）的孔隙中灌填砂土（5）。
技术总结
本发明公开了一种尾矿库库区陡边坡铺设土工膜的保护结构及方法，属于环境工程领域，解决了现有方法存在的土工布易老化、保护时间短的问题。本发明在地基表层依次铺设有垫层和土工膜，在土工膜表层铺设有三维立体排渗网片材，三维立体排渗网片材表面和内部设有多个不规则孔，三维立体排渗网片材的孔隙中填充有砂土。本发明方法：整平地基，在地基表层铺设垫层；在垫层上面铺设土工膜；在土工膜上面铺设三维立体排渗网片材，在三维立体排渗网片材的孔隙中灌填砂土。本发明能有效防止砂土滑动或土工膜变形问题，避免了土工膜暴露在空气中风吹日晒；三维立体排渗网片材灌砂土后具有排水排渗功能，能够抵抗雨水的冲刷作用，并有效降低尾矿坝的浸润线。
技术研发人员：丁东彦
受保护的技术使用者：兰州有色冶金设计研究院有限公司
技术研发日：2020.05.12
技术公布日：2020.08.28
声明：
“尾矿库库区陡边坡铺设土工膜的保护结构及方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：兰州有色冶金设计研究院有限公司
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2024年09月19日 ~ 21日 
