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。     

尾矿库初期坝稳定性的合成孔径雷达干涉变形检测与流固耦合数值模拟分析

某尾矿库初期坝采用分段施工,可能产生不均匀沉降,影响坝体的稳定性。采用孔径雷达干涉技术对尾矿库初期坝进行了短期变形速率观测,得出坝体右侧的后期填筑区域整体上与主体仍能够基本保持同步沉降。建立了三维流固耦合模型,分析了尾矿库初期坝的静力稳定性和渗流稳定性,结果表明:初期坝体的水平位移和竖向位移都在安全范围之内,考虑水和尾砂的共同作用,后期堆积坝堆积至1765m高程时,坝体顶部和后期回填区域,存在小量位移变形,静态稳定性安全系数达到2.25,初期坝能够保持稳定。     

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。     

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。     

尾砂粒径对尾矿坝漫顶溃坝的影响

为探究不同粒径尾砂筑坝的尾矿坝发生漫顶溃坝时的溃决反应,以永平燕仓尾矿库尾砂为筑坝材料,将尾矿砂筛分为中砂、细砂、粉砂,开展溃坝物理模型试验,并采用FLOW~(3D)软件进行数值模拟验证。结果表明:中砂筑坝时,漫顶溃坝溃决形式主要表现为冲刷推移破坏;粉砂筑坝时,溃决形式主要表现为侵蚀下切破坏;细砂筑坝时,则表现出冲刷推移和侵蚀下切2种特性。物理试验和数值模拟在溃坝流量、时间等方面取得较好的一致性,证明物理模型和数值计算相结合的方法在模拟尾矿库漫顶溃坝中具有一定的可靠性。     

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。     

尾粉砂干堆尾矿坝安全影响因素的敏感性分析

降雨强度、初始饱和度、压实系数和张裂缝位置皆为尾粉砂干堆尾矿坝安全性的主要影响因素,其影响主要体现在安全系数、浸润线高度和某断面上潜在滑动面深度。为了探究各影响因素对尾矿坝安全性的敏感性,以某尾粉砂干堆尾矿坝为例,采用正交试验设计和数值模拟相结合的方法及熵权决策法,对4个主要影响因素进行敏感性分析。结果表明:尾粉砂干堆体在降雨条件下只产生表面滑动,不会发生整体性滑坡;不同指标下的最优最劣组合方案不完全相同,但经过熵权决策法综合分析,发现初始饱和度(S)的影响程度最大,且安全系数指标是最佳评价指标;在评价尾粉砂干堆体安全性时,采用3个指标进行多角度综合分析,可得到更精确的结果。     

基于ABAQUS的尾渣场稳定性分析

露天开采剥离物形成的尾渣场,其特性及破坏过程与土质边坡、岩质边坡均有不同。使用有限元分析软件ABAQUS,应用强度折减弹塑性原理,结合工程实例对尾渣场边坡进行了稳定性分析。采用不同临界破坏判据分析安全系数,结果表明,采用特征部位位移比塑性区贯通为判据得到的安全系数更具有实际意义,同时使用极限平衡法进行对比计算,得到的值基本一致。对塑性区的发展过程进行分析,尾渣场边坡是先在中上部出现塑性变形,然后向上再向下发展,最后贯通而导致边坡最终破坏,这是尾渣场边坡破坏的自身规律。通过位移等值线云图及增量位移的方法判断了滑动面的位置,得出其破坏面为近似直线的形状。将分析结果与实验室破坏模型试验进行对比,其结论是一致的。     

尾矿库洪水漫顶溃坝演化规律试验研究

为分析尾矿库洪水漫顶溃坝的演化规律,采用物理模型试验方法建立尾矿库漫顶溃坝演化模型。在自主研制的尾矿库溃坝模拟试验平台上,以国内某尾矿库为研究对象,基于非恒定水流泥沙非平衡非饱和冲刷机理,根据模型相似理论和溃决侵蚀模型原理,模拟尾矿库洪水漫顶溃坝过程,建立尾矿库漫顶溃坝演化模型。试验结果表明,尾矿库洪水漫顶溃坝位移与坝体饱和程度有关,坝体浸润线越高,尾矿库溃坝时滑动位移越大,溃口破坏程度取决于溢流对坝体的冲刷侵蚀作用;在该试验条件下,获得尾矿库洪水漫顶溃坝过程中坝体位移、浸润线高度、溃口最大流速和溃口的演化规律。降低坝体浸润线高度、增大安全干滩长度、铺设坝面引流明渠等措施有助于减少尾矿库洪水漫顶溃坝的灾害破坏。     

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。     

堆积体边坡渐进性破坏的随机模型

为精确模拟堆积体边坡变形破坏过程,根据堆积体所固有的非连续性、非均质性、各向异性等特点,以及边坡变形破坏的渐进性特征,采用改进的有限单元法(FEM)对堆积体边坡进行模拟。考虑堆积体边坡从连续位移函数到不连续位移函数的突变。破裂发生前,用连续位移函数进行计算;破裂发生后,引入不连续位移函数。研究结果表明,破裂面上不同点的安全系数(FOS)是不同的,但都随着破坏过程而降低。同时,可以得出不同非均匀程度下安全系数的概率分布。     

破碎岩体流变特性及其应用研究

受采动应力和水-岩耦合作用,松散含水层下薄基岩煤层采场易发生出水压架致灾事故,而巷采充填方法是解决此类问题的有效途径之一。为了研究巷道充填后上覆岩层的运移规律,首先采用流变仪对充填岩体进行了流变力学试验,其次采用FLAC模拟软件建立了巷采充填的数值计算模型,分析了充填开采时煤柱与充填体的应力、位移变化规律及基岩面的运移规律。研究表明:破碎岩体的压实过程由三部分组成:颗粒的重排、颗粒的破碎和孔隙的填充、颗粒的压缩变形;蠕变状态下,当时间t≥1天,轴向位移基本趋于稳定,破碎岩体达到了一定的强度;随着充填体变形模量的增加,充填体能够有效抑制高位承载岩层的下沉量,从而减小工作面发生压架突水灾害的几率     

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。     

某铀尾矿库坝体渗透破坏力学因素分析及试验探究

由于铀尾矿库坝体尾矿砂的碎散性和多相性,渗流作用下相互接触的土颗粒组成的"土骨架"出现的变形或破坏一直受到高度重视,但对其渗透破坏的影响参数试验研究较少。铀尾矿坝体的粗粒土粒径级配不均匀系数、含水率不同的抗剪强度等是影响临界水力坡降的主要因素。在试验的基础上,通过分析得出铀尾矿砂颗粒均匀且级配良好、含水率为26%～34%的粗粒土渗透破坏坡降,比颗粒不均匀、含水率不佳的粗粒土渗透破坏坡降明显提高的结论。     

不同开采工况诱发边坡变形与时效稳定性分析

为解决露天端帮开采中边坡失稳问题,通过相似模拟和数值模拟方法建立不同开采工况的边坡结构模型,结合雷达监测系统分析不同开采工况下边坡原岩结构、稳定性劣化与时效稳定性之间的关系。结果表明：露天开采过程可分为开采初期、开采中期、开采终止3个阶段,直至开采终止边坡存在局部变形破坏现象,稳定性较好;端帮上层煤开采可分为表生改造、结构改造和时效变形3个阶段。表生改造阶段,边坡岩体围绕采空区形成变形,未对边坡形成扰动;结构改造阶段,会形成悬臂梁和固支梁结构,2种结构交替变化,使顶板上方破坏区呈半蝶型向边坡岩体上部扩展;时效变形阶段,受垮落岩体支撑边坡变形破坏未持续向上扩展,但存在竖向裂隙的延展,边坡稳定性较好,最终变形破坏呈金字塔状;端帮下煤层开采使的上下采空区形成贯通,边坡发生向采空区方向的失稳;露采后边坡时效变形分3个阶段,初期舒缓、中期加速、后期平稳,端帮上煤层开采后边坡时效变形分为加速移动和稳态移动2个阶段,这2个阶段随时间变化边坡稳定性均较好。     

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。     

尾矿坝变形规律的灰色Verhulst预测

尾矿坝变形规律预测是矿山尾矿库安全技术管理的重要内容.尾矿坝的变形受多种因素的影响,其中有些因素是可知的,但有部分因素是不确定的,因此尾矿坝本身实际上是一个灰色系统.为了实现对尾矿坝变形趋势的预测,在充分认识尾矿库工程系统及坝体变形数据特性的基础上,采用灰色Verhulst模型对尾矿坝的变形进行预测,并结合某铁矿尾矿坝变形监测实际数据进行预测,模型精度满足要求,表明灰色Verhulst模型用于尾矿坝变形规律预测具有很好的适用性.     

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。     

尾矿坝防洪安全及开裂可能性的评价方法研究

尾矿库的安全稳定在矿山的安全生产和环境保护中具有十分重要的意义。尾矿库安全评价应该研究坝及其附属构筑物的安全状况,评价尾矿库的安全等级。本文立足于尾矿库工程和水利水电工程的实践经验,研究了尾矿坝防洪安全的计算方法,提出了尾矿坝开裂可能性的数学模型和评价方法,模型中将摩尔-库伦强度准则扩展到受拉段,定义了拉压变形的过渡方式,扩展后的强度准则可以描述尾矿坝的压剪、拉剪及拉伸等多种破坏模式。通过计算算例验证了防洪安全计算方法、尾矿坝开裂可能性的数学模型和评价方法能够有效运用于尾矿库的安全评价。     

FTA 法在尾矿坝安全管理中的应用

尾矿库溃坝事故不仅使生产中断,造成环境污染,而且会给国家财产和人民的生命带来难以估量的损失。利用事故树分析(FTA)方法对严重溃坝事故进行预测,有助于采取系统的安全措施,提高尾矿坝的安全程度。一、溃坝事故的主要原因尾矿库溃坝事故,国内外时有发生。其原因主要是:洪水漫顶;边坡失稳;地震液化破坏;渗流破坏及管涌.其中水的破坏作用对尾矿坝的威胁最大。我国的绝大部分严重溃坝事故是由于大暴雨引起的.