基于FLAC~(3D)尾矿坝几何尺寸对渗流场的影响分析

针对尾矿坝几何尺寸对渗流场的影响,基于FLAC~(3D)显式有限差分法对不同尾矿堆坝坝高、尾矿砂分层线及初期坝坝高等17种不同工况对坝体内浸润线的影响作了系统的分析。结果表明:尾矿堆坝坝高对坝体上游浸润线影响不明显,对坝体下游浸润线的位置影响较大,在尾矿坝运行中后期,随堆坝高度的增加尾矿砂分层线对坝体下游浸润线的位置影响较大,所以合理的放矿工艺可以有效降低浸润线的高度;随着初期坝的升高,浸润线在初期坝上游坡面的逸出点逐渐降低,且浸润线在坝坡处的最小埋置深度逐渐增大,其计算结果可为初期坝的设计提供参考依据。     

影响尾矿坝渗流场的因素分析

在将尾矿坝剖面概化为一基本剖面的基础上 ,探讨了坝体内各层渗透系数之比、尾矿堆坝干滩长度、尾矿堆坝上游坡度、下游坡度、出口附近渗透系数降低等因素对尾矿坝浸润线的特殊影响 ,提出尾矿坝前期设计中应综合考虑能够降低浸润线的各因素 ,以设计出更合适的坝型、排渗设施及其合理尺寸。笔者对影响尾矿坝渗流场的因素分析和研究的结果可为尾矿坝设计、施工及尾矿坝的管理提供参考。     

尾矿坝的稳定性分析

以某尾矿库尾矿坝的稳定性分析为例,分析尾矿坝稳定性分析的一般流程。对该尾矿库推算校核频率洪水过程,开展调洪演算获取校核洪水位,计算浸润线,最后进行了尾矿坝稳定性的分析。     

尾矿坝的稳定性分析

以某尾矿库尾矿坝的稳定性分析为例,分析尾矿坝稳定性分析的一般流程。对该尾矿库推算校核频率洪水过程,开展调洪演算获取校核洪水位,计算浸润线,最后进行了尾矿坝稳定性的分析。     

尾矿坝的稳定性分析

以某尾矿库尾矿坝的稳定性分析为例,分析尾矿坝稳定性分析的一般流程.对该尾矿库推算校核频率洪水过程,开展调洪演算获取校核洪水位,计算浸润线,最后进行了尾矿坝稳定性的分析.     

基于渗透稳定性分析的尾矿库坝体稳定性研究

论述了尾矿库坝体稳定性分析主要理论,鉴于浸润线位置对坝体稳定性的重要影响,从尾矿库坝体渗透稳定性分析出发,提出通过坝体渗流稳定分析计算坝体稳定性的理论;强调了水对尾矿坝稳定性分析的重要作用,总结了尾矿库坝体产生渗漏的原因及种类,得出通过尾矿坝排渗固结提高尾矿坝稳定性的结论.最后提出综合运用各种排渗措施,以降低坝体浸润线,加速尾矿固结,从而提高坝体稳定性.     

尾矿坝浸润线时空混沌及其安全机理

在单向耦合映象格子模型基础上,考虑尾矿坝坡角因素,建立了浸润线耦合映象格子模型vn 1(i)=(1-ε)f(vn(i)) ε(1 sinθ)f(vn(i-1)).根据浸润线的初值条件和边界条件,对该模型进行了非线性动力学分析.结果表明,浸润线演化存在复杂时空混沌行为,可分为随机图样流、选择图样流、缺陷传播行为及完全发展湍流4种.非线性强度α和耦合强度ε的取值范围较小, 且ε较小时就可以得到非常丰富的动力学图案.浸润线演化受坡角影响比较明显,坡角越大越容易出现混沌状态.浸润线的各种时空行为反映了其相应的客观状态,从而揭示了浸润线的安全机理.浸润线耦合映象格子模型也可以用来解释其他各类边坡的复杂渗流现象.     

毛细驱动诱发的尾矿强度劣化演化规律及机制

为了研究毛细作用对尾矿坝工程性质的影响规律及机制,以陕西某铜矿尾矿为研究对象,通过直剪试验对自然含水状态下、毛细饱和状态下、重力饱和状态下堆积坝外坡和沉积滩面不同距离处的尾矿进行力学性质测试。结果表明：尾矿黏聚力随粒径减小逐渐增大,内摩擦角随粒径减小逐渐减小,二者共同作用影响其抗剪强度;随含水率的增大,尾矿强度逐渐下降;浸润线以上毛细饱和带中尾矿含水率与浸润线以下尾矿含水率相等;基于以上研究结果,引入毛细饱和带概念,提出了基于毛细作用影响的尾矿坝真实浸润线的概念与计算方法,修正了浸润线高度计算公式。     

细粒尾矿坝暴雨蓄洪局部溃塌原因分析

为分析某细粒尾矿坝暴雨蓄洪局部溃决机理,对尾矿颗粒组成及其物理力学指标、尾矿砂沉积分布特征、调洪引起的坝体渗流条件与浸润线变化、渗流稳定以及排水设施等方面进行了分析,同时进行了相应的滑动稳定性计算.根据非饱和土理论从以下几方面探讨了细粒尾矿坝局部失稳原因:降雨使上部子坝非饱和尾亚砂土含水量增加,基质吸力降低导致其抗剪强度下降,浸润线位置上升;排水措施不足以及渗流稳定计算等.     

浸润线深度对尾矿坝稳定性分析的影响研究

鉴于当前尾矿坝在线监测系统中关于浸润线深度预警指标存在的难定量化问题,基于尾矿库概化模型,假定三种平均坡度,四种浸润线深度,采用FLAC2D软件试用版对尾矿坝的抗滑稳定性程度进行了模拟分析,得到了每种条件下尾矿坝的剪应变云图和相对应的抗滑稳定安全系数,比较了尾矿坝安全系数随着平均坡度以及浸润线深度的变化情况,结果发现：平均坡度对尾矿坝的稳定性影响显著,尾矿坝的整体抗滑稳定系数随平均坡度的减小逐渐增大;此外在平均坡度相同的前提下,浸润线深度自5m增加至10m的区间内,浸润线每增加1m,安全系数提高的程度最大约为5%左右,随后提高的程度逐渐减小,直至稳定在3%左右。此结果为在线安全监测系统的预警提供了技术支持。     

首钢孟家冲尾矿坝渗流稳定分析

针对孟家冲尾矿库坝面出现的渗水现象,对坝体的渗流以及稳定进行计算分析。计算结果表明,由于堆积坝的不断升高,导致坝体浸润线抬高,安全稳定系数降低,从而将造成坝体失稳,出现溃坝事故。为消除隐患,提出采用辐射井排渗的设计方案,并对该方案的可行性进行计算分析。     

细粒尾矿快速筑坝新技术及工程应用

为解决传统细粒尾矿上游式筑坝方法面临的坝基承载力不足、排渗加固滞后、防洪超高不足等难题,以满足企业大规模生产时快速筑坝的实际需求,通过开展细粒尾矿软滩模袋法堆坝工艺、尾矿库快速堆坝工业示范、坝体稳定性评估等研究,提出集尾矿模袋法强基、宽顶子坝增稳、坝基协同排渗为一体的细粒尾矿快速筑坝新技术及配套施工工艺.结果表明:经过...     

Experimental study on the mechanism effect of seepage on microstructure of tailings

The deformation of microstructure of tailings caused by seepage is the main factor that leads the tailings dam to be damaged and lose stability. The effect of seepage on microstructure of tailings has been studied by a self-made observation testing apparatus of micro-mechanics and deformation of tailings, and its mechanism also has been explained in mechanics of particulate matter. The results show that the deformation response to microstructure of tailings is fast under load. The settlement of sample increases stepwise. Firstly, the fine particles crumble, then skeleton particles move, so as to noticeable settlement. Because the loose particles migrate taken by seepage water, the upper pores become bigger and lower pores become smaller. The relation of seepage water and settlement changing with time could be divided into two stages. In each stage, the rates of seepage and settlement reduce with time, and between the two stages, the rate of settlement increases significantly and the rate of seepage reduces with time. The seepage has significant effect on the particle size distribution of tailings in different depths, which has a little effect on the coarse tailings; the proportion of fine tailings increases significantly with the depth increasing; the minimum particle size decreases gradually and median diameter reduces stepwise with the depth increasing.     

某铀尾矿库地震和渗流耦合作用下稳定性研究

为了研究某铀尾矿库在不同工况下渗流流态和安全系数,以南方某铀尾矿库为对象,耦合GEO-Studio软件中SLOPE/W和SEEP/W模块,并利用极限平衡理论模拟研究了不同工况下坝体渗流流态和安全系数。结果表明:水流主要通过尾粉土层流过尾矿坝,使水力坡降主要集中在初期坝坡前底部;随着水位上升,坝体中水力等势线越来越稀疏,同时尾矿坝3个渗流截面流速加大; 6~9度地震烈度激励下,尾矿坝安全系数维持在1.23~0.91之间,不能满足规程要求。建议初期坝坡坝底埋设排水管,减小水流对初期坝压力,同时对尾矿坝,特别是尾粉土层进行灌浆加固,提高尾矿坝稳定性。     

某高尾矿坝设计期渗流与稳定分析

针对某上游式高尾矿坝，采用经验类推方法概化了尾矿坝沉积地层分布。根据经验及相关勘察报告估计了尾矿坝不同分区渗透系数，采用二维及三维有限元方法计算了尾矿坝在汛期和正常运行期不同干滩长度条件下渗流场分布，分别对堆积坝分段变坡及初期坝外甩尾碎石所形成的大型反压平台对渗流场及抗滑稳定的影响做了评估，给出了尾矿坝在不同工况下的渗透稳定性评估结果及抗滑稳定安全系数，为尾矿坝设计提供了依据。     

基于颗粒级配均匀设计的尾矿坝中毛细水上升规律研究

堆积型尾矿坝坝体颗粒级配情况因尾砂排放和堆积的形式而千变万化,因此仅仅采用海森经验公式估算其毛细水上升情况会造成很大的偏差。为此,以湖南某尾矿坝坝体尾砂为原料,采用均匀设计方案设计并配比了8种尾矿砂,随后对该8种尾矿砂中的毛细水上升情况进行了长达10个月的监测,系统地研究了颗粒级配的差异对毛细水上升过程的影响。研究表明,毛细水初期阶段上升速度与尾矿砂中粗粒颗粒含量成正比,其最终上升高度则由细粒含量所决定。进一步地,还得出了由颗粒级配估算毛细水上升高度的方法,为毛细水上升高度计算理论提供了一种新思路和新方法。     

考虑尾矿材料参数空间变异性的尾矿坝稳定可靠度分析

为客观地评价尾矿坝稳定性,在随机场理论和极限平衡分析框架下,采用考虑参数空间变异性尾矿坝可靠度分析的非侵入式随机有限元法,通过Karhunen Loève级数展开方法离散尾矿材料参数（渗透系数、摩擦角等）随机场,利用Hermite随机多项式展开拟合尾矿坝安全系数与输入参数之间的隐式函数关系;再采用拉丁超立方抽样技术产生输入参数样本点求解多项式展开系数;最后,通过应用到一实际尾矿坝工程说明了该方法的有效性。结果表明,该方法可以真实地模拟尾矿材料的空间变异性对尾矿坝稳定性的影响,保证尾矿坝可靠度分析与确定性稳定分析互不耦合,与10 000次直接拉丁超立方抽样方法相比,该方法具有较高的计算精度和效率。     

尾矿坝边坡失稳判据研究

为避免尾矿库失稳破坏所带来的巨大损失和灾难,依据尾矿坝边坡破坏特征,将坝体边坡的破坏全过程分为连续的变形阶段和非连续的滑动阶段。建立相应的数学模型,采用蠕变理论及李雅普诺夫函数法分析尾矿坝边坡变形、滑动过程的稳定性,提出尾矿坝边坡失稳的加速度判据,得出滑动过程位移解析解。运用FLAC3D对山西某尾矿坝边坡进行计算,得到安全系数为1.67,边坡稳定;通过坝体边坡表面某点位移监测曲线可以看出ü<0,采用加速度判据可得此边坡稳定,与数值模拟结论相同。     

尾矿库溃坝离心机振动模型试验研究

为研究强震作用下尾矿库溃坝动力反应及溃坝演化规律,在清华大学离心机上进行尾矿库溃坝自重加载条件下离心振动模型试验。试验采用离心场图像采集系统、非接触位移测量系统及动态注水系统,采用Kobe波作为地震输入,测量模型加速度、孔隙压力、面板应力变形、坝体位移及其发展变化过程。试验结果表明:地震输入条件下的模型加速度近似均匀分布,尾矿库浸润线的位置随着水位的升高而逐渐上升,孔隙压力增大使得尾矿库坝体强度降低,但在水平地震下,仍能保持稳定。在蓄水过程中,尾矿库坝体产生明显的变形,出现了局部滑坡,但在地震作用下产生的变形较小,并且应变反应波形较为一致,表明尾矿库结构模型地震反应的整体性较好,具有良好的抗震稳定性。