基于PFC3D的尾矿库地震稳定性模拟与分析

以西辛庄尾矿库为例,研究了不同地震加速度情况下尾矿库内部结构的变形和稳定性。采用PFC3D对基岩、初期坝、尾黏土、尾粉土、尾粉砂部分进行模拟,对表现为连续体的基岩颗粒采用接触连接和平行连接,对表现为松散体的其余4部分主要采用接触连接。在地震动峰值加速度分别为0.1g、0.2g、0.4g、0.6g的震动波作用下,模拟了20 s内尾矿库内颗粒运动变形及边坡滑落情况。结果表明:随着震动的持续,颗粒位移从尾矿库坡底向坡顶发展;除初期坝外,尾矿库发生位移的颗粒都集中在初期坝产生被动土压力的区域(下滑区);尾矿库的破坏过程为从初期坝背侧尾粉砂部分发生位移,到初期坝破坏,再到尾粉砂边坡的整体下滑,该过程是加速的,开始于出现尾矿库边坡凹陷,停止于下滑区完全破坏。     

圆弧条分法在尾矿库安全评价中的应用

坝体稳定性计算是尾矿库安全评价中的一项重要内容。运用圆弧条分法对尾矿库坝体稳定性进行了分析，建立了计算几何模型，计算出坝体安全性系数。应用圆弧条分法对尾矿库堆积坝进行安全评价能有效的反映坝体稳定性现状。     

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。     

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。     

尾矿库在线监测系统中位移数据分析方法探讨

尾矿库的安全稳定在矿山安全生产和环境保护中具有十分重要的意义,国家已明确要求三等及三等以上尾矿库应安装在线监测系统。本文在总结我国尾矿库在线监测系统结构和建设情况基础上,分析了当前已建成系统中坝面位移或坝内位移处理方法的现状和存在的不足,并提出科学合理地分析位移数据是关系到尾矿库在线监测系统有效性和适用性的关键技术之一。在总结归纳尾矿库安全领域坝体变形和稳定安全评价方法的基础上,提出了尾矿库在线监测系统中坝面位移和坝内位移定量分析处理的新思路,指出尾矿坝变形过程的数值仿真是校核在线监测系统所得位移数据,进而有效地分析和预测尾矿坝变形趋势的重要手段之一。     

富家坞尾矿初期坝坝体稳定性分析及其灾害防治研究

尾矿初期坝的安全运行是保证尾矿库稳定的前提条件。针对富家坞尾矿初期坝局部已出现喷射状渗流并伴有尾矿外泄现象,基于现场调查,分析了尾矿初期坝坝体的组成结构、开展了不同工况下的坝体稳定性研究,并探讨了坝体的灾害防治措施。研究结果表明:尾矿初期坝坝体上部碎石含量少,岩土体强度较高,但其漏水现象较明显;而其下部块石堆砌杂乱,岩土体强度相对较低;针对尾矿初期坝坝体建造质量差,部分已出现贯穿性渗流的坝体宜采用注浆方式进行加固,但其注浆压力不宜超过0.2 MPa。研究成果能为富家坞尾矿库的灾害防治提供理论依据。     

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。     

干堆尾矿子坝结构参数的稳定性响应规律研究

针对干堆尾矿库设计时缺乏子坝结构参数取值依据的实际困难,采用数值试验和工程实证相结合的方法,系统研究了干堆尾矿库坝体结构参数对稳定性的响应规律,提出干堆尾矿库子坝结构参数选取方法。结果表明:堆坝安全系数Fs随子坝高h降低整体呈先增后减的变化规律,峰值为最佳子坝高,其值与堆积坝总高呈正相关,通常取值为堆积坝总高的1/5-1/7;安全系数Fs与马道宽d呈正相关,推荐在3-6m范围取值。     

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。     

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。     

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.     

尾矿库溃坝风险定量评价方法探讨

针对目前尾矿库安全评价中无定量评价尾矿库溃坝风险的现状,坝体稳定性计算中未考虑到坝体实际为非均质体的特点,本文提出将容重、内摩擦角和凝聚力三者视为随机变量,采用蒙特卡洛模型计算尾矿坝溃坝失效概率;综合运用水文学、水动力学、非牛顿流体的运动理论,建立尾矿库溃坝后尾矿下泄模型,以计算溃坝淹没范围;综合考虑尾矿库溃坝后生命损失、财政损失和环境损失,计算尾矿库溃坝风险损失度;最终确定尾矿库溃坝风险度,以期提高尾矿库安全评价技术、确保尾矿库安全健康运行.     

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...     

尾矿坝稳定性精细化评价方法的研究

尾矿库安全与否关系到下游居民生命财产与矿山生产的安全,必须确保其安全运行,因此,需要实时了解和掌握尾矿坝生产期间稳定性的动态演变特性及其安全性。针对现有评价方法的不足,借鉴边坡稳定性评价中精细化评价理论,结合尾矿坝体、基底及其筑坝特点,建立了尾矿坝精细化评价方法。并结合具体工程实例将新方法的评价结果与传统分析结果进行了对比与分析, 结果表明,精细化评价方法的评价结果具有更高的可靠性与精度高的特点,更加接近稳定状态的真值,从而为尾矿坝的安全评价与设计提供了决策依据。     

基于熵技术的尾矿库安全模糊综合评价体系研究

在以往对尾矿库安全评价时,常常只对尾矿库的地质情况、坝体结构、防洪能力和坝体稳定性等进行安全度计算,然后评价尾矿库安全性,但都未能全面综合地判定尾矿库的安全运行状况。针对尾矿库安全评价具有定性指标多、定量指标少、评价主观性过强、客观性偏弱等特点,建立涵盖坝体稳定性、排洪安全性、输送及排放安全性、监测可靠性、管理全面性为一级指标的尾矿库安全现状评价指标体系。利用信息论中熵的概念计算客观权重的方法,避免人为主观的影响,提出尾矿库安全模糊综合评价模型。应用该模型对陕西省某尾矿库的安全现状进行评价,根据评价结果并结合评价指标的权重探索尾矿库存在的安全隐患,为进一步整改提供理论依据,具有一定的使用价值。     

基于时序InSAR的覆砂石尾矿坝形变演化研究

为解决目前采用在尾矿坝坝体及滩面覆盖砂石进行防尘治理与闭库，但传统监测手段难以实现坝体整体监测的问题，采用时序InSAR技术对2014年10月至2018年7月的Sentinel-1A影像进行处理，提取了对应时间段内卡房尾矿坝的形变信息，并结合实地调查及尾矿坝建设资料，研究了卡房尾矿坝的时序形变演化规律。结果表明:SBAS InSAR监测到坝体出现第1次异常形变加速运动时间与坝体开始铺设砂石工程的施工时间节点完全吻合，体现SBAS InSAR技术在受人为工程影响的坝体形变监测方面具有极高的敏感性。坝体在施工结束后，坝体形变加剧趋势并未缓解，并且出现2次加速现象，分析认为是由于在坝体铺设约2 m厚的碎砂石极大地增加了坝体荷载，打破了坝体原有的应力平衡状态，且识别出雨季对坝体形变影响显著，表明铺设砂石会使得降雨在坝体中的停滞时间加长，进一步引发非雨季期间坝体形变加剧。研究结果不仅能还原坝体出现异常形变的时间与演化过程，而且还可以对引起异常形变的内在影响因素进行分析与论证，对指导尾矿坝灾害识别、分析与治理具有重要的指导意义。     

基于灰色系统理论的尾矿库坝体形变位移预测方法

为了降低尾矿库在金属非金属矿山安全生产中的危险,提高尾矿库在线监测数据的准确性,提高尾矿库工程溃决的预报预测水平,将尾矿库坝体形变位移作为研究重点,以在线监测技术测得的数值为原始数据,利用灰色系统理论的方法,以时间为主线,建立尾矿库坝体位移数学模型.最后,进行了工程实际坝体形变位移预测,结果表明,利用灰色系统理论建立的模型进行预测可以排除天气、人工、现场条件等许多因素的影响,为人工监测提供可靠依据.