地震作用下尾矿库溃坝过程模型试验及加固方案

为研究地震作用下一般尾矿库的动力特性及破坏规律,探寻坝体加固方法,开展尾矿库概化模型振动台试验。由振动台提供水平动力,利用加速度传感器、激光位移传感器、动态数据采集系统及高速相机等设备获取坝顶加速度、位移及变形数据,分析尾矿库溃坝原因,提出坝体加固方案。试验结果表明,受地震荷载作用的尾矿坝,在坝体坡面2/3处出现"抛掷"现象;加速度放大系数随坝体高程变化不明显,随峰值加速度增加而递减;当峰值加速度达到0.4 g时,尾矿库经历液化、滑移、开裂,最终导致溃坝;溃坝后的泥浆沿下游不断演进直至停滞,堆积形态呈三角形;在坝底打抗滑桩加固能提高坝体的稳定性。     

尾矿坝地震液化侧向位移分析方法及应用

为评估尾矿坝地震液化侧向位移值,评价坝体地震安全状态,有必要建立适用的地震液化侧向位移分析方法。基于现场标准贯入测试数据,分析地震液化敏感性。采用简化方法进行液化评价。根据抗液化安全系数与最大剪切应变间的关系,建立尾矿坝地震液化侧向位移计算式。归纳分析已有7个堤坝液化破坏实例。提出针对中小型尾矿坝,区分地震液化有限变形和整体破坏的极限值(即破坏判据)为2.0 m。选取2座上游法尾矿坝,采用新建方法进行实证分析。结果表明,预测液化侧向位移值与现场实测评估结论较吻合。     

饱和层状尾砂动力特性研究*

为探究动力作用下尾砂液化破坏特性,基于某矿山尾矿库坝体分层尾砂,开展不同固结应力和层状结构条件下动三轴试验,分析层状尾砂动弹性模量、阻尼比及动剪应力比等动力参数与动孔压的变化规律。结果表明:固结应力对层状尾砂力学特性和动孔压变化趋势有较大影响,固结应力越大,动孔压增长越明显,初始增长斜率随固结应力增大而下降;尾粉土厚度一定时,固结应力越大,层状尾砂动剪应力比越小;固结应力为常数时,层状尾砂动剪应力比随尾粉土厚度增加先增大后减小,当尾粉土厚度为0,20,40,80 mm时,对应动剪应力比分别为0.33,0.35,0.38,0.28;尾粉土对孔隙水压力阻隔作用比尾细砂更明显,试样破坏所需振次随尾粉土厚度增加而增加。研究结果可为高烈度地震区尾矿坝地震液化研究提供理论参考。     

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.     

基于GeoStudio的某加高扩容尾矿坝稳定性分析

模拟正常水位工况、特大暴雨工况和特殊工况3种条件,采用GeoStudio中的渗流和地震计算模块在不同设计工况下进行数值计算,建立某加高改造扩容后的尾矿库模型,并计算其相应的安全系数。分析结果表明:3种工况下的尾矿坝坝体均处于稳定状态,满足规范要求,特大暴雨工况时的浸润线位置随着降雨明显抬高;但在特大暴雨工况+地震工况时,尾矿坝坝体安全储备不是很大。根据建立的加高扩容尾矿坝模型对尾矿库安全运行提出了相应的建议。     

粘土防渗尾矿库地震永久位移数值模拟

我国目前的防渗尾矿库数量越来越多,但对其动力分析相对较少。结合工程实际,使用FLAC2D软件建立了有限差分数值模型,对采用粘土垫层防渗的尾矿库进行二维地震动力响应分析,并将计算得到的坝顶最大水平位移与传统简化方法的计算结果进行了对比分析。计算结果表明,由于数值分析考虑了尾矿坝对地震波的放大效应,通过有限差分数值模型计算的水平位移比简化方法的计算结果大60%。参数分析表明:防渗垫层的抗剪强度对于尾矿库动力响应影响较大,其虽有一定隔震作用,使得防渗层上部的最大水平加速度低于其下部的最大水平加速度约5%~30%,但随着防渗垫层抗剪强度的降低,尾矿库的失稳模式由经过尾矿内部的圆弧形滑动向经过防渗层的楔形滑动转变,尾矿库的屈服加速度显著降低,永久水平位移从小于5cm增加到近70cm,可能造成震陷等灾害。该分析方法和结果对于地震区防渗尾矿库工程的设计有一定的参考价值。     

基于拟静力法和有限差分法的细砂尾矿坝动力稳定性分析与评价

通过采用拟静力法和有限差分法两种方法分别对北京密云县的和尚峪尾矿库坝进行了动力稳定性分析,然后计算得到在地震荷载影响下的边坡时程安全系数,并将此处所得到的安全系数与笔者之前采用拟静力法计算得到安全系数进行对比。最后,基于陈育民开发的PL-Finn模型并利用FLAC3D对尾矿坝在地震条件下的液化区域以及液化后的大变形进行了分析。     

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。     

细粒尾矿坝漫顶溃坝机制及灾变过程

为阐明细粒尾矿坝漫顶溃坝事故的致灾机制,在力学分析的基础上,借鉴前人成果,研究漫顶溃坝事故的产生机制和灾变过程。分析结果表明,尾矿坝的漫顶溃坝破坏是由水流牵引应力对坝顶溃口形成的促进作用、下泄水流对溃口的冲切加深作用和边坡失稳对溃口的横向扩展作用3方面共同影响造成的。分析尾矿坝漫顶溃坝的灾变过程可以发现,在坝体横向方向,从下游向上游,尾矿坝被漫顶水流层层剥蚀;在坝体纵向方向,水流的冲蚀作用导致溃口边坡产生间歇性失稳坍塌现象,2个方向的作用导致尾矿坝最终溃决。     

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。     

尾矿坝沉积结构特征与性能演化规律研究进展

为了进一步分析尾矿坝沉积结构特征与性能演化规律,本文综述国内外尾矿沉积规律、物理力学特性、服役性能演化规律及溃坝评价方法等有关尾矿坝安全稳定评价的研究现状,指出当前研究存在的不足.在尾矿库沉积规律的研究中,由于模型试验的流槽尺寸有限、边界效应较强,放矿条件不同,对尾矿沉积分布尚未得出一致性规律.而针对多种因素影响下的尾...     

流-固耦合作用下某尾矿库稳定性数值模拟研究

以南方某铀尾矿库为对象,利用COMSOL有限元软件开展某尾矿库在不同降雨强度下的稳定性分析。结果表明:在不同的降雨条件下,尾矿坝最先可能发生溃坝的是基岩与尾矿坝接触的尾端,其次是尾矿坝与基岩接触的地方。同时,随着降雨强度的增大,尾矿坝的稳定性也会随之下降,位移量会增大,溃坝的可能性也会变大。     

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。     

基于GDEM-PDyna的尾矿库溃坝三维数值模拟分析研究*

为进一步探究尾矿坝溃决后特有泥石流运移规律,掌握坝体破坏前至溃坝结束全流程发展状态,依托广东省某案例尾矿库为研究对象,采用基于有限元与离散元耦合方法的GDEM-PDyna软件构建泥石流类流体下泄演化数值模型,开展尾矿坝溃决演化分析,动态模拟尾矿库溃决过程中泥砂运动规律及淹没范围,并与MIKE 21软件计算结果进行对比。研究结果表明:尾矿坝溃决后,泥石流类流体流速升高、持续时间较短且尾砂流量发展迅速,2种模拟方法对比结果表明溃坝后坝基位置下泄流量变化与下游敏感点溃坝淹没深度变化情况一致。研究结果可为实现尾矿库下游重点区域灾害评估提供量化支撑,可有效提高尾矿坝溃决后灾害影响评估的精准性。     

高压输电线铁塔地震时程弹性数值模拟

地震对高压输电线铁塔的安全性能有重要影响。通过建立高压输电线铁塔模型,采用有限元方法对受7级和8级地震影响的高压输电线铁塔的力学行为进行数值模拟与分析。计算结果表明:在地震作用下高压输电线铁塔t=3-4s时加速度最大,其应力也相应较大;在7级地震时最大应力值远小于材料的许可应力,高压输电线铁塔在7级地震过程中是安全的,但是8级地震时,最大应力值已经达到234MPa,超过Q345许可应力230MPa,高压线铁塔就处于不安全运行状态。