高应力条件下尾矿破碎特性及坝体稳定性研究*

高应力条件下尾矿破碎特性与坝体稳定性研究是高尾矿坝避免溃坝事故的重要参考。分析尾矿颗粒破碎过程中级配曲线的演化规律,提出采用BET测试颗粒比表面积以定量化表征颗粒破碎指标;在室内高应力三轴试验的基础上,阐述高应力条件下尾矿的力学行为,提出高应力条件下尾矿强度准则,并基于该准则对工程实例进行应用分析。结果表明:相比于常用破碎指标,从能量观点出发的BET法比表面积表征尾矿颗粒破碎更为合理;采用线性Mohr-Coulomb准则计算尾矿在低应力阶段的内摩擦角,采用幂函数Mohr强度准则计算尾矿在高应力阶段的内摩擦角;提出1套考虑高应力条件下尾矿强度折减的坝体稳定性分析方法,以供实际工程参考。     

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.     

上游式筑坝法尾矿坝的安全系数随堆筑坝高变化分析

对于投资较少的上游式尾矿筑坝法而言,在实际的堆积施工过程中,由于很难严格按照设计的坡比进行每一级子坝的堆筑,导致矿方无法及时、真正掌握当前尾矿坝的受力性能和稳定状态。因此,针对某典型尾矿坝剖面,采用迈达斯商业软件试用版对尾矿坝的堆积过程进行了模拟分析,利用强度折减有限元方法对施工当前状态的尾矿坝进行了边坡稳定分析,得到了当前状态尾矿坝的塑性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子坝堆筑的变化情况,结果发现：随着堆积子坝的进行,尾矿坝的整体抗滑稳定系数逐渐减小,此外在初期坝和一级子坝的下游坡脚处容易出现相对较大的变形。此研究结果为矿部管理部门及时了解尾矿坝的稳定程度和实际生产提供了技术支持。     

考虑干密度影响的尾矿材料土水特征曲线模型及其应用

尾矿坝在运行过程中,堆积尾矿处于干湿交替环境,进行稳定性分析需要确定其抗剪强度和渗透系数。直接测量上述参数存在价格昂贵、耗时等缺点,而土水特征曲线是研究土的非饱和特性的重要工具。针对典型的尾矿材料,分别进行不同干密度尾矿样的脱水试验,测量不同吸力下尾矿样的含水量。在此基础上,整理得到不同干密度下尾矿样的土水特征曲线,采用Gardner模型对其进行拟合,得到考虑干密度影响的尾矿材料土水特征曲线模型。最后,将其应用于尾矿边坡的稳定性分析中,探求基质吸力对边坡稳定性的影响。研究成果可为尾矿材料的力学特性以及非饱和尾矿坝稳定性分析提供理论基础。     

用有限元强度折减法求解坝坡抗滑稳定安全系数

通过对有限元强度折减法的理论研究,将此法应用到尾矿坝的静力稳定计算中.采用有限元强度折减法和极限平衡法对某尾矿坝进行了坝坡抗滑稳定安全系数的计算,计算结果表明,在应用有限元强度折减法时,采用不同的D-P准则计算出的滑动面基本相同且与传统方法相近,其中D-P3准则计算的安全系数更加接近瑞典圆弧法.因此应用有限元强度折减法求解尾矿坝静力稳定安全系数是可行的,同时说明有限元法可以较好的模拟实际工程中的复杂几何断面形状和材料非线性等问题.     

尾矿坝地震液化评价可靠度模型及应用

为适应计算参数本身具有的随机性和未确知性,将可靠度理论引入尾矿坝地震液化评价中。以测试数据的统计分析结果为基础,应用一次二阶矩法建立尾矿坝地震液化分析可靠度模型,探讨了可靠度指标与抗液化安全系数之间的关系,并将该模型应用到某尾矿坝地震液化分析中。结果表明,新建可靠度模型各参数的物理意义与统计指标明确,相比传统的确定性分析方法,不仅能判断液化的发生与否,还能给出液化发生的概率;可靠度理论在液化分析中能更好地考虑计算参数的变异性,进一步完善了尾矿坝地震液化分析理论,为进行基于风险分析的尾矿坝抗震设计和地震安全评价提供更全面的依据。     

尾矿库坝体稳定性数值分析方法

分别选用极限平衡法中的瑞典圆弧法、毕肖普法和简布法,有限元法与极限平衡法结合的方法以及有限元强度折减法,应用ANSYS软件对某尾矿坝进行了静力稳定性数值分析。通过应用不同方法对尾矿坝的静力稳定性计算,得出了此尾矿坝的稳定安全系数和可能滑动面形状,结果表明数值方法在尾矿库坝体稳定计算中具有显著优势,结果能直观而有效的反映尾矿坝的稳定性。     

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。     

集对分析法在尾矿坝稳定性安全评价中的应用

本文运用相关性分析,将与尾矿坝稳定有关的参数和设计指标进行分类,建立了相互独立指标的尾矿坝稳定性评价指标体系,并应用集对理论建立了尾矿坝稳定性评价模型。随后通过国内尾矿库专家系统对体系各指标进行的评估,结合层次分析法,得到了各指标的权重;根据集对分析法,并将指标分成3个级别,由于归一化联系数μ的取值范围[-1,1],按照"均分原则",从而提出尾矿库运行期稳定等级的划分方法。最后,应用尾矿坝稳定性评价模型对某尾矿坝稳定性进行计算分析,实例分析表明,本文建立的尾矿坝稳定性评价指标体系和安全评价模型,可以用于评估尾矿库运行期稳定性的状况。     

基于JC法尾矿坝稳定性可靠度研究

论述了可靠度理论在尾矿坝稳定性评价中可有效弥补定值法(安全系数法)存在的不足。文中选用JC法作为可靠度分析方法,结合实例对尾矿坝进行稳定性分析,分别求出了尾矿坝在正常和洪水工况下运行时的可靠度指标。并通过与定值法(安全系数法)比较,发现可靠度指标对坝体材料物理力学参数变异性的敏感度高于安全系数,因而得出可靠度方法可以更加全面、客观的反映出尾矿坝稳定性的真实状态。     

不同颗粒级配尾砂稳态强度特性试验研究

颗粒级配是影响土体剪切强度的主要因素之一。通过配置三组不同级配尾砂试样,每组均在100kPa、200kPa、300kPa围压下分别进行不同初始孔隙比的固结不排水剪切试验,研究不同级配下尾砂的剪切特性及稳态强度特性,求出三种级配尾砂的稳态线及稳态内摩擦角。试验结果表明:在低围压时,各级配下饱和松散尾砂的应力-应变曲线呈软化型,且随着围压增高,软化越不明显。平均粒径越小的尾砂,其峰值强度与稳态强度越小,稳态线越靠近e-q坐标系的原点,即在同一荷载作用下,发生液化的可能性越大。为此,有必要加强细粒尾砂堆筑坝体液化势的评估,以防液化溃坝灾难的发生。     

不同筋料对尾矿坝渗透特性影响规律研究

铺设加筋材料作为一种普遍使用的提高土体或坝体稳定性的工程措施,在提高坝 体力学强度的同时,在筋带处形成的混合体也改变了尾矿砂自身的渗透特性。采用理论 分析、渗透试验和数值模拟相结合的研究手段,探析了不同筋带密度下土工格栅与土工 织物对尾矿砂渗透系数的影响。结果表明:土工格栅与土工织物两种加筋方式均会使尾 矿砂渗透系数减小;土工织物加筋在渗流时会阻挡细粒组运移,有效避免细粒组随渗透 水流出,从而降低试件渗透系数;土工格栅则通过横肋对尾矿砂颗粒的嵌锁作用阻滞颗 粒运移,致使渗流过程中孔隙扩展变弱,最终达到降低渗透系数的作用。研究成果加深 了对加筋尾矿坝渗透规律的认识,为研究加筋尾矿坝的稳定性提供了新的思路。     

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。     

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。     

尾矿库安全评价中的科学问题及评价方法探讨

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的实践经验，探讨了尾矿库安全评价中应该涉及的科学问题，并对其相应的评价方法进行了探讨，指出了尾矿库安全评价应该采用的基于有限元理论的定量评价方法。本文认为排水不良和地震液化是影响尾矿坝稳定性的重要因素，应该在评价过程中给予重点的关注和研究。此外，在尾矿库的安全评价中，应更多地采用有限元数值计算方法研究上述科学问题。     

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。     

尾矿坝浸润线的坝面快速观测方法研究

在尾矿砂含水率和电阻率关系研究的基础上,提出了在坝体表面进行高密度电法测量的方法获得电阻率剖面。该方法通过室内实验,可判断浸润线位置,具有可需钻孔施工,机动灵活,工程量小,误差小,测点多,分辨率高等优点,通过实际工程应用,证明该方法能够快速准确地对尾矿坝浸润线实施观测。