尾矿库地震液化机理及抗震评估指标体系研究

2008年"5.12"汶川大地震中,四川、陕西和甘肃三省尾矿库均受到不同程度的破坏和影响。本文针对四川汶川地震造成灾区尾矿库排洪系统失效,坝基沉降,坝体滑坡、垮塌、开裂等现状,对尾矿库地震溃坝机理进行了分析,研究了地震作用机理和地震液化的影响因素;在此基础上,建立起用于评估尾矿库抗震能力和地震溃坝可能性的指标体系,指标体系考虑了地震强度、防洪、抗滑、抗渗透和安全管理五个方面,能够较为全面的分析和评估尾矿库在抗震方面的基本特性,并通过研究给出了各个指标的分级方法。该体系的建立为尾矿库抗震能力评估、避免特殊工况下尾矿库溃坝事故的发生具有一定应用价值,可为尾矿库运行期的安全管理提供依据。     

尾矿库溃坝灾害脆弱性评估指标体系及方法研究

目前尾矿库风险评估的通用方法,是以尾矿坝边坡稳定安全系数作为衡量尾矿库溃坝灾害风险度的唯一指标。该方法忽视了尾矿库固有致灾强度的自然属性,以及尾矿库下游人口分布、社会经济发展水平和资源环境条件的差异,致使在荒无人烟的戈壁滩溃坝风险与在人口密集、经济高度发展的上海市溃坝的风险相同的不科学结论。基于脆弱性理论,在综合考虑尾矿库溃坝固有风险和承灾体内在脆弱性的基础上,运用层次分析方法,建立了尾矿库溃坝灾害脆弱性评估指标体系;基于损失率的承灾体风险损失评估方法,获得人口、财产和生态系统三类承灾体风险损失度,并建立了尾矿库溃坝灾害风险损失度评估方法。相关成果有助于进一步完善尾矿库溃坝灾害脆弱性风险评估技术和风险评估的可靠性。     

尾矿库溃坝模型探讨

针对尾矿库日常工作中需要对其溃坝可能造成的危害及危害范围进行估计而又没有成熟的模型可用的情况,采用工程类比法,根据泥石流以及水库溃坝等方面的工程经验和数学模型,经过对其相似之处进行类比,并对原有模型进行适当调整,以期得出尾矿库溃坝所形成泥石流的数学模型,并求出其冲击范围和破坏能力,可以为尾矿库的应急管理工作和选址决策提供一个相对成熟和稳定的方法。     

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.     

尾矿库溃坝后果数值分析

溃坝灾害是尾矿库各类安全事故中后果最为严重、破坏性最强的一类。在对比分析了尾矿库溃坝砂流、水库溃坝水流和泥石流的基础上,探讨了尾矿库溃坝砂流运动状态的3种方法。并结合某尾矿库的实际情况,从5个关键因素入手,依据现有的水力学公式对该尾矿库的溃坝后果进行了数值分析,预测了尾矿库溃坝后果的影响范围,求得溃坝砂流到达下游各截面的时间、最大流量、泥沙深度等关键参数。为尾矿库的风险管理和制定相应的溃坝后果应急预案提供了重要依据。     

尾矿库溃坝的安全监测

通过尾矿库溃坝事故的原因分析,提出将浸润线、防洪容量、坝体位移和降雨量作为尾矿库监测预警系统的监测指标,详细分析监测指标的设置、原理、功能及预警,实现尾矿库主要安全指标的在线自动监测,为预测尾矿库的运行状况提供了有力的保障。     

基于模糊理论的尾矿库溃坝风险评价模型研究

经调查统计,我国尾矿库存在数量多、规模小、安全度水平低及较多中小尾矿库未经过正规设计等特点,并且绝大多数尾矿库下游为生活区、工矿企业或重要城镇等,因此加强尾矿库风险管理,建立尾矿库溃坝风险评价模型,对于减少和防止尾矿库溃坝事故的发生,确保尾矿库的安全运行,使之更好地为矿山安全生产服务,为国民经济健康持续快速发展服务等方面都具有重要意义.尾矿库工程的稳定性受到众多因素的影响,很多因素既难以确定,又难以定量估计,既有随机性,又有模糊性,具有灰色系统的特性,因此采用模糊评判方法对尾矿库溃坝风险进行分析具有一定的合理性.本文对多层模糊模式识别评价模型在尾矿库溃坝风险评价中的应用进行了研究,提出了基于模糊理论的尾矿库风险评价模型,开发了尾矿库溃坝风险评价软件.上述工作对于评估尾矿库溃坝风险、减少尾矿库溃坝事故的发生具有重要意义.     

基于灰色模糊理论的尾矿库安全评价方法研究

针对专家评分法对较小分数差异对象的评价结果存在较大误差,提出了一种模糊灰色综合评价方法.该方法的实质是通过灰色隶属度算子U的作用,放大系统内各种信息的差异,并使相似信息得到压缩,同时,根据类别之间的隶属度信息确定类别权系数.应用结果表明,模糊灰色综合评价方法和专家评分方法相比更符合实际情况.     

尾矿库溃坝淹没范围的定量计算方法研究

为降低人造高势能饱和体-尾矿库在金属非金属矿山安全生产中的危险,提高尾矿库工程溃决的预报预测水平,以溃坝洪水与泥浆的动力学过程作为研究重点,以溃坝洪水运动为主线,综合运用水文学、水动力学等运动理论和有限差分数值计算方法,建立描述尾矿库溃决泥浆运动的数值模型,研究得到尾矿库溃坝淹没范围的定量评估方法。最后进行实际工程预测,计算表明该模型和计算方法可为尾矿库溃坝风险等级的划分提供依据。     

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。     

小型尾矿坝风险分析

利用鱼刺图分析了小型尾矿库存在的风险,并结合某地区随机抽取的20个小型尾矿坝的相关数据,通过风险评价指数矩阵法分析了此地区小型尾矿坝的风险,确定了该地区小型尾矿库的风险等级.     

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。     

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。     

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。     

浅谈尾矿坝削坡

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,而尾矿坝的不利因素是导致安全事故的原因之一。通过对尾矿坝的分析,探讨了尾矿坝坡度对坝体稳定性的影响。结合相关案例,指出了存在的安全问题并提出了解决方案。     

基于无人机建模的尾矿库溃坝事故推演*

为诠释尾矿库溃坝后水砂演进过程,提升尾矿库事故灾害应急处置能力,采用无人机倾斜摄影技术获取尾矿库全息影像,建立尾矿库三维数字高程模型,导入三维流体计算软件对尾矿库进行溃坝事故推演。结果表明:尾矿库实景三维模型能高精度还原尾矿库实际情况,尾矿库溃坝将淹没库区临时厂房建筑及下游村落;其中,上游沟谷临时厂房建筑水位高程最大达8 m,尾砂淤积厚度最高达10.5 m,下游沟谷村落水位高程最大达10 m,尾砂淤积厚度最高达2.5 m;通过对库区下游布设监测点,得出各监测点处水位高程和尾砂淤积厚度变化规律,分析溃坝主要影响区域。研究结果可为尾矿库风险防控、应急响应工作提供借鉴。     

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。