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。     

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。     

压实度和含水率对铁尾矿抗剪强度影响的试验分析

以阜新同乃铁矿排放的铁尾矿为研究对象,经试验得出其级配不良,属于含砂低液限粉土.通过室内试验分析了不同含水率和压实度条件下铁尾矿的抗剪强度.结果表明,铁尾矿的抗剪强度与其含水率和压实度之间有很大的相关性.相同压实度条件下,黏聚力随含水率升高呈先增大后减小的规律,存在特征含水率,在特征含水率条件下黏聚力达到最大值.黏聚力与含水率可近似拟合为二次函数.土颗粒间的水膜联结和胶结作用对黏聚力的产生具有重要作用,黏聚力因含水率的不同而变化较大.试验得出含水率变化对铁尾矿内摩擦角的影响较小,这是因为砂土的内摩擦角与砂土的颗粒结构、大小及密实程度密切相关,而铁尾矿中的粗粒含量较高,含水率变化不会引起其颗粒结构、大小及密实程度的显著变化.在相同含水率条件下,铁尾矿的黏聚力和内摩擦角均随压实度增大而呈近似线性增大.不同含水率和压实度条件下,铁尾矿的黏聚力均不大,铁尾矿的抗剪强度主要依靠内摩擦角的贡献.考虑铁尾矿材料的抗剪强度因压实度和含水率不同而变化,可使尾矿库稳定性分析结果更符合实际情况.     

含水率和干密度对某铀尾砂基质吸力的影响研究

为探究不同水土特性状态下铀尾砂基质吸力变化规律及特性,采用滤纸法在不同含水率和干密度条件下测定了3种铀尾砂的基质吸力,利用Van Genuchten (VG)模型对其水土特性曲线(SWCC)进行拟合,并构建了吸力应力特性曲线(SSCC)。研究结果表明:在高含水量阶段铀尾砂基质吸力随含水率减小而缓慢增加,当含水量小于临界值时基质吸力急剧增大。尾砂颗粒越均匀,孔隙体积越大,其残余含水率越低;在同等含水率下,随着干密度的增大,铀尾砂基质吸力有所提高,但吸力增量会因含水率增加而逐渐减小。1#和2#尾砂吸力应力随有效饱和度增长呈现出先减小后增大的规律,3#尾砂则呈现出先迅速降低后增大且增幅不断变缓的趋势,表明当1#和2#尾砂作为主要筑坝材料时,基质吸力对铀尾矿坝抗剪强度及安全性系数的影响十分有限。     

非饱和尾矿砂抗剪强度参数分布与安全影响

为探究非饱和尾矿砂对尾矿库安全状态的影响,首先通过二维非饱和渗流试验和常规直剪试验相结合的方法研究非饱和尾矿砂黏聚力、内摩擦角的空间分布特征;然后利用参数优化方法确定解析模型中的未知参数,并用优化后的模型拟合非饱和渗流试验结果;最后采用数值计算分析非饱和尾矿砂对尾矿坝安全系数的影响。结果表明:非饱和尾矿砂含水率在水平和竖直方向呈指数分布规律;黏聚力随含水率的增加先增后减,内摩擦角随含水率的增加单调递减,抗剪强度参数具有空间分布;引入非饱和尾矿砂后尾矿坝安全系数明显减小,随着非饱和尾矿砂厚度的增加,安全系数缓慢减小。     

玄武岩纤维增强尾矿力学性能的试验研究

为提高尾矿坝的安全稳定性,提出纤维加筋增强尾矿力学性质的方法,采用三轴试验和扫描电镜(SEM)技术观测法,系统研究纤维加筋效果和纤维作用机制。首先,以云锡公司某选厂分级尾矿作为试验试样,甄选出玄武岩纤维作为加筋尾矿的理想材料,制备纤维加筋尾矿试样;然后,开展纤维加筋尾矿试样的三轴剪切试验,研究尾矿干密度纤维参数等对玄武岩纤维加筋尾矿力学性能的影响;最后,借助SEM,从微细观的角度分析玄武岩纤维与尾矿颗粒的界面作用特性,揭示纤维增强尾矿力学性能的作用机制。结果表明:玄武岩纤维能有效提高尾矿的抗剪强度;随干密度和围压的增大,加筋尾矿的抗剪强度增大;尾矿颗粒越粗糙,纤维作用效果越好。     

金尾矿与土工格栅界面摩擦特性的试验

尾矿坝加筋设计时,土工格栅与尾矿界面摩擦特性是影响加筋结构安全稳定的重要因素。通过室内拉拔试验,分析了上覆压力、含水率和拉拔速率3个试验条件对筋-尾矿界面摩擦参数的影响。结果表明:含水率对似黏聚力和似摩擦角的影响显著,但随含水率增大似黏聚力与界面摩擦强度变化趋势一致,都呈现先增大后减小的规律,在含水率变化情况下的界面参数选取中主要考虑似黏聚力;拉拔速率对似摩擦角比对似黏聚力的影响大,且似摩擦角与界面摩擦强度都随拉拔速率增大而增大,但似摩擦角增大速率逐渐减缓,随拉拔速率加大,对界面参数的主要影响开始由似摩擦角向似黏聚力转变;在不同尾矿含水率或拉拔速率情况下似摩擦系数均随法向应力增大呈非线性递减,可用二次抛物线拟合反映二者关系,且含水率对似摩擦系数的影响比拉拔速率对其的影响大,而在法向应力一定情况下,似摩擦系数随含水率的变化与对应界面参数似黏聚力的变化规律相同,随拉拔速率的变化与对应的界面参数似摩擦角的变化规律相同。     

三向格栅与细粒尾矿界面特性拉拔试验研究

为提高细粒尾矿坝的安全稳定性,提出三向格栅加筋增强细粒尾矿力学性质的方法,以细粒尾矿为填料,开展不同工况下的双向、三向格栅拉拔试验,分析2种格栅的加筋效果差异,着重研究相对密实度、含水率及法向应力对三向格栅-细粒尾矿界面特性的影响。研究结果表明:三向格栅加筋效果优于双向格栅,界面强度参数上表现为似摩擦角的差异,且法向应力越高越有利于提高三向格栅加筋效果;相对密实度的增大对界面摩擦强度提高明显,界面似黏聚力和综合摩擦因数比随相对密实度单调递增,而似摩擦角增幅很小;天然含水率下界面摩擦强度大于饱和含水率界面,前者界面似黏聚力是后者的1.28倍,而似摩擦角近似相等。     

冻融循环作用下尾矿砂抗剪强度和变形特性研究

为探究冻融循环后尾矿物理力学特性的变化特征,使用高低温试验箱和应变控制式三轴剪力仪对处于不同初始条件下的尾矿砂进行不排水不固结试验,揭示了尾矿砂的抗剪强度参数、不同围压条件下的变形模量与冻融循环次数、含水率之间的关系。结果表明:相同含水率条件下,随冻融循环次数增加,尾矿砂黏聚力先减小后趋于稳定,内摩擦角先增大后减小,围压100 k Pa和200 k Pa时变形模量逐渐减小,围压300 k Pa时变形模量呈现先减小后缓慢增大的趋势;相同冻融循环次数条件下,随尾矿砂含水率增加,其黏聚力先增加后减小、内摩擦角不断减小;不同围压条件下变形模量在总体上均呈现出不断减小的变化趋势,围压200 k Pa时变形模量总的衰减量最大,100k Pa次之,300 k Pa最小。     

筋带密度对尾矿坝漫顶破坏规律影响研究

基于相似理论和溃决侵蚀原理,进行不同加筋密度条件下尾矿坝洪水漫顶破坏模 型试验,探析了筋带密度对尾矿坝漫顶破坏影响规律。试验结果发现:①随着筋带密度 的增加显著提升了尾矿坝的力学强度,但也导致了坝体内的浸润线升高;②筋带密度的 增加使溃口由“Y”型逐渐向“H”型转变;③筋带密度的增加阻滞了漫坝破坏的发展, 坝体位移及内部应力变化量明显减小;④增加筋带密度提高了坝体的抗冲刷能力,减弱 了洪水对蚀沟两岸尾砂的拉拽作用,保证了蚀沟两翼坝体的稳定;⑤随着筋带密度增加 ,可有效减小坝体位移和溃口深度、宽度的发展,当筋带超过2层后,筋带层数的增加 对坝体溃口宽、深基本无影响。研究成果深入探析了筋带密度对漫顶破坏影响规律,在 尾矿坝加筋研究方面提供了科学依据。     

渗流-应力耦合作用下尾矿库稳定性的三维数值分析

尾矿坝稳定性分析对尾矿库运行具有重要的意义,数值模型的建立是尾矿库稳定性分析的关键因素之一。根据某尾矿库工程实际,利用3Dmine与Midas/GTS软件建立了三维数值模型,基于渗流-应力耦合机理,研究了干滩长度对尾矿库坝体稳定性的影响机理。结果表明:1)渗流作用对尾矿库稳定性影响较大;2)在渗流-应力耦合作用下,随干滩长度减小,尾矿坝孔隙水压力逐渐增大,而整体位移量逐渐减小,最大位移区域从尾黏土层逐渐扩大到尾粉土层,尾矿库安全系数逐渐减小;3)得出了适用于该尾矿库的干滩长度与安全系数之间的函数关系。数值模拟结果显示,洪水工况下尾矿库安全系数为1.112 5,小于《尾矿库安全技术规程》规定的二等坝安全系数1.15。因此,应加强尾矿库的安全管理,以保障尾矿库后期的安全运行。     

基于响应曲面法的松散煤体导热系数测试与分析

为研究松散煤体导热系数随其影响因素的变化规律,基于平行热线法和交叉热线法,通过自制的试验装置测得不同粒径、温度和含水率下松散煤体的导热系数,并拟合导热系数与温度、含水率的变化曲线;引入二次响应曲面法,对粒径、温度和含水率做Box-Behnken试验设计,得出影响因素的重要度排序。结果表明:借助试验装置进行试验,能够准确测算松散煤体导热系数,测量误差在3. 0%以内,并能同时得到热扩散率与比热容;松散煤体导热系数随粒径的增大而减小,随温度的升高而降低,随含水率的增大而增大;三因素对导热系数一次项重要度排序为含水率粒径温度,二次项重要度排序为粒径和温度粒径和含水率含水率和温度,且粒径和温度间存在交互作用,其余无交互作用。     

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.     

坝体动力抗震及尾矿动力特性分析

为研究尾矿坝的动力抗震特性以及为抗震措施提供理论指导,以四川某尾矿库为例,分析了该尾矿坝在EI Centro地震波、汶川地震波和人工地震波作用下的位移、加速度、液化、安全系数的动力响应特性。采用GDS动三轴仪对该尾矿库的3种典型尾矿进行动力实验,研究结果表明:随着动剪应变幅的增大动剪切模量比逐渐减小,阻尼比逐渐增大;3种尾矿的动压缩弹性模量的倒数与动轴向弹性应变之间的关系为直线关系,在双对数坐标系中,平均有效应力与动剪切弹性模量的关系为直线关系;尾粉质黏土抗液化强度较低,应优化尾矿排放工艺使其尽量沉积到库尾。     

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。     

煤吸附CO_2体积影响因素试验研究

为研究煤吸附CO_2在多因素耦合作用下体积的影响因素,采用HCA高压容量法测定不同条件煤样对CO_2吸附量影响,并计算Langmuir体积,分析温度、粒径、含水率3种因素耦合影响煤对CO_2吸附程度,通过Design Expert软件设计Box Behnken试验,构建煤吸附CO_2的Langmuir体积二次回归响应曲面模型。结果表明:吸附量随温度、粒径增加而减小,随含水率升高呈先减小后稳定的趋势;影响因素中温度、粒径、含水率各单因素均为显著影响;多因素作用时影响程度大小依次为:粒径和含水率温度和粒径温度和含水率,温度和粒径、粒径和含水率之间交互作用显著,温度和含水率之间交互作用不显著。     

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.     

筋带对尾矿坝漫坝破坏过程阻滞作用试验研究

为分析筋带在尾矿坝漫坝破坏过程中的阻滞性,基于相似理论和溃决侵蚀原理,进行加筋尾矿坝漫顶破坏模型试验。深入剖析加筋尾矿堆积坝漫顶演化规律和破坏模式,揭示筋带在尾矿坝漫顶破坏过程中的阻滞效应。结果表明:加筋尾矿坝的浸润线上升滞后于未加筋情况;加筋尾矿坝漫坝破坏呈台阶破坏模式;筋带对尾矿坝漫坝破坏发展速度和侵蚀沟深宽有明显的阻滞作用。采取尾矿坝加筋措施能有效防御洪水漫顶溃坝灾害。     

降雨条件下尾矿坝饱和-半饱和渗流模拟分析

降雨条件下,由于渗透压力的存在,降低了尾矿坝坝坡的整体稳定性,可能产生坝体自身的变形和破坏,甚至导致尾矿库溃坝发生.针对某尾矿库,分析了降雨条件下对尾矿坝渗流及稳定的影响,运用饱和-非饱和渗流理论及降雨入渗理论,分析了尾矿坝渗流场的变化过程,根据计算出来的瞬态渗流场,利用非饱和尾砂抗剪强度理论,对尾矿坝的瞬态稳定性进行了分析.研究成果对于提高尾矿坝降雨条件下安全运行,降低尾矿库溃坝事故发生率具有重要意义.     

基于GMS和Slide的透镜体数值模拟和敏感性研究

为准确分析尾矿坝稳定性,充分认识坝内透镜体对尾矿坝的安全影响,确定透镜体对坝体稳定性影响的主要参数,采用条分理论的Slide和有限差分理论的GMS,建立透镜体在尾矿坝的数值仿真模型,通过水位变化,结合水力梯度、浸润线、水压等特征因素及各土层力学参数的敏感性分析,确认透镜体对坝体稳定性的主要影响因素。结果表明:透镜体在坝体的位置分布和力学参数对尾矿坝安全系数存在影响;其摩擦角相比凝聚力的敏感度更高;与其他土层相比,透镜体水头损失更剧烈,水头梯度变化更明显,出现浸润线骤变、波动等现象,影响坝体的稳定性。