基于DIC的含水尾砂堆积坝振动破坏研究

为探讨含水率对尾砂堆积坝振动破坏的影响,在室内直剪试验的基础上开展堆积坝模型振动台试验,结合数字图像相关技术(Digital Image Correlation Technology,DIC)研究了含水尾砂堆积坝的振动破坏规律、局部变形及损伤演化特征。试验结果表明:尾砂的黏聚力随含水率增大呈现先增大后减小趋势,并得到c-ω拟合公式,而内摩擦角变化较小,在30.03°～33.44°范围内波动;黏聚力对尾砂堆积坝稳定性和起裂时刻具有重要影响;坝体含水率对堆积坝破裂形态及破坏模式影响显著,高含水率16.0%坝体呈"局部单一式"拉伸破坏,低含水率5.6%坝体发生"交错溃散式"张拉—剪切复合型破坏,随着含水率增加,尾砂堆积坝振动破坏模式由拉剪破坏向张拉破坏主导过渡;基于局部应变场统计分析提出损伤因子定量表征坝面损伤,含水5.6%坝面损伤因子呈突发式增长趋势,呈现为脆性破坏,含水13.0%与16.0%堆积坝后期损伤因子增长缓慢,向延性破坏过渡。     

基于有限元强度折减法的尾矿坝稳定性分析

本文在分析有限元强度折减法基本原理的基础上,采用Midas GTS NX软件,建立基于Mohr-Coulomb准则的有限元模型,进行尾矿坝模型计算,探讨尾矿坝的稳定性;同时,分析尾矿堆积体的黏聚力、内摩擦角以及尾矿类型对尾矿坝稳定性影响的特征和规律。结果表明:1)通过改变尾矿坝中土体的力学参数,研究尾矿土体强度指标变化对尾矿坝稳定性的影响,得出黏聚力c值对尾矿坝稳定性系数影响较小,而尾矿坝稳定性系数对内摩擦角φ值变化较敏感;2)通过改变尾矿坝中尾矿物质属性,得出当尾矿库坝的组成土体为尾矿中砂层、尾矿细砂层、尾矿粉砂层、尾矿粉土层、尾矿粉质黏土层或尾矿黏土层中的一种时,尾矿坝稳定性系数整体上逐渐降低;3)为保证尾矿坝的安全稳定,需要选择合适的尾矿排矿方式和尾矿浆液质量分数,做好尾矿库坝的排水措施,使尾矿堆积坝排水固结后能成为具有可靠力学强度的尾矿堆积体。     

池填法在背阴山冲尾矿库筑坝中的应用

尾矿坝是尾矿库重要的安全设施,根据尾矿库的溃坝事故来看,坝体的稳定性主要取决于后期子坝堆筑方式。池填法尾矿筑坝是上游式筑坝的一种,主要应用于尾矿库的后期子坝堆积。在坝前构筑围埝形成池,池内放矿尾砂沉积、固结后,人工修整形成子坝,坝体稳定性高,操作维护简单,成本低,运用范围广,适宜于不同粒度的尾砂筑坝,特别是对于尾矿上升速度较快,存在干滩长度与回水质量矛盾的尾矿库,选用池填法筑坝具有很好的适用性。     

某新建尾矿库的最大安全堆坝速率研究

尾矿砂堆坝速率对尾矿坝安全运行有重大影响。为探讨某新建尾矿库的最大安全堆坝速率。通过有限元流固耦合法分析不同堆坝速率对尾矿坝的安全影响机理,确定合理的堆坝速率。研究表明,随尾砂堆坝速度增大,尾矿粒间有效应力增长速度趋缓,孔隙水压力增长速度趋陡,抬升浸润线埋深,增大下滑力。同时,降低固结度,降低尾砂力学强度,减小抗滑力,从而降低尾矿坝稳定性。综合抗滑稳定系数、最小浸润线埋深以及固结度确定某新建尾矿库的最大安全堆坝速率为15m/a。尾矿安全极限堆坝速率随弹性模量、渗透系数、粘聚力、内摩擦角增大而线性增大,随堆积坝高度增大而线性减小,随干密度、堆积坝坡比先升后降,呈抛物线型关系,存在堆坝速率最大值。     

尾矿堆积坝排渗加固方法及其适用条件探讨

尾矿堆积坝是由尾矿堆积而成的散粒坝体,在渗流作用下,坝体可能发生管涌、流土等渗透破坏现象,影响尾矿堆积坝体的静力稳定性和动力稳定性。尾矿坝堆积的复杂程度是合理选用相应方法对其进行排渗加固的重要依据,通过分析和归纳,建立了尾矿堆积坝体复杂程度划分标准。在解析我国当前尾矿堆积坝主要排渗加固方法特点的基础上,通过分析和归纳,建立了尾矿堆积坝排渗加固设计方法及其适用条件对应关系。     

富贵鸟1号尾矿库坝体稳定性数值模拟

基于富贵鸟1号尾矿库现有岩土工程地质条件,采用有限元法对该尾矿坝进行渗流稳定性及静力有限元数值模拟分析.结果表明坝体在正常运行工况以及洪水运行工况下,尾矿堆积坝坝坡浸润线埋深满足规范规定.坝体浸润线沿初期坝坝坡出逸,系透水堆石坝正常排水现象,不会对坝坡产生如管涌、流沙和表面沼泽化等渗流破坏.并在此基础上,采用毕肖普法和瑞典圆弧法对坝体进行正常水位工况、洪水位工况和洪水位及地震作用工况下的稳定性计算,得到尾矿坝坝体内部应力应变关系,以及坝体最小稳定性系数.结果表明坝体的稳定性系数大于规范要求的最细小安全系数,坝体是安全稳固的.     

尾矿堆积坝渗透系数比对浸润线的影响分析

浸润线是影响尾矿坝稳定性的主要因素之一,采用seep/w有限元渗流分析软件计算出不同渗透系数比的尾矿堆积坝浸润线。结果表明,当上下层尾砂的渗透系数比大于100时,下层尾砂显现出较强的阻水作用,浸润线得到抬升,为优化尾砂渗透系数比提供了依据。     

降雨持续时间对某加高扩容尾矿坝渗流稳定性影响分析

持续降雨对尾矿坝渗流稳定性存在一定影响.以某加高扩容尾矿坝为研究对象,考虑降雨总量或降雨强度一定的情况,基于饱和-非饱和渗流理论对尾矿坝开展随降雨历时变化的渗流分析,得到了坝坡表层和坝体纵深的孔隙水压力变化规律,在渗流分析基础之上采用极限平衡法对尾矿坝开展坝坡稳定性分析.计算结果表明,随着降雨时间的推移,坝坡表层孔隙水...     

上游式尾矿堆积坝外坡坡比设计的探讨

在上游式尾矿堆积坝外坡设计时,不可只追求缓坡,适当陡的坡比配备较大的排洪系统,不但可以提高地形的库容利用率,也可以加强坝体稳定性,尤其是坝体抗风险的能力,便于尾矿库管理人员的安全管理。     

尾矿坝中尾砂的强度特性试验研究

通过尾砂的三轴固结排水试验（CD试验）和压缩试验,对尾矿坝中尾砂的力学特性进行研究,讨论了2种试验中尾砂在不同密实程度条件下的强度特性和应力应变关系。三轴试验结果表明,随着尾砂相对密实度的增加（由0.47增加到0.73）,尾矿砂的强度指标（黏聚力和内摩擦角）均有所增加;压缩试验表明,同一孔隙比的尾砂,随着竖向压力的增大（从100 kPa增加到400 kPa）,尾砂的压缩系数减小、压缩模量增大,但是压缩指数几乎保持不变。随着尾矿料孔隙比的增大,砂的压缩系数、压缩指数增大,压缩模量减小,从而尾砂的抗压强度也随之增加。因此,在实际工程中增加尾矿坝坝体中尾砂的密实度,可以提高坝体的强度,增强坝体的稳定性。     

Effects of Nonhomogenity of Permeability on Tailings Dams

This paper has the objective of showing the influence of the permeability gradient during the construction of tailings dams, built by the upstream method, using the hydraulic fill technique. During the hydraulic disposition, two mechanisms affect the tailings permeability: the hydraulic segregation and the consolidation due the staged construction procedure. These mechanisms influence considerably the permeability distribution along the fill and, consequently, the behaviour of the dam. Results show that the pore pressure immediately after deposition may reach quite high values (532 kPa), but dissipates in a short period of time (1 to 10 days). Then, this effect should be taken into account in a short-term stability analysis of tailings dams. On the other hand, after pore pressure dissipation, there is a gain in the shear strength (13 %), which should also be considered, but in a long-term stability analysis of tailings dams.     

添加物增强土质尾矿坝边坡稳定性试验研究

土质边坡尾矿坝稳定性直接关系到下游人民生命与财产安全。把不同的添加物添加到尾砂中,对比分析不同添加物条件下尾砂的性质和强度,对研究土质边坡的稳定性具有非常重要的作用。首先,对尾砂进行无任何添加物条件下的三轴剪切试验,获得相关的强度参数;其次,设计水泥和碎石的掺量均为15%,执行同等条件下的抗剪强度试验,与无添加物的试验结果进行对比分析;第三,以碎编织袋为添加物,采用应变控制式三轴仪对尾矿砂进行实验室强度试验,研究不同添加物对尾矿砂强度的影响;最后,在不同添加物条件下采用瑞典圆弧法和简化Bishop法计算了尾矿坝边坡的最小安全系数,从结果得到添加碎编织袋增强土质边坡稳定性具有较好的可行和适用性。该研究结果对提高尾矿坝边坡的稳定性具有重要的工程指导意义和借鉴价值。     

尾砂分级综合利用对尾矿库安全稳定的影响

开展尾砂分级综合利用是当下矿山资源综合利用的趋势。研究尾矿分级粒径的选取对尾矿库安全稳定的影响问题,并阐明获得科学合理的尾矿分级粒径取值的技术路径。结果表明：尾矿分级取走一定数量的粗粒尾矿对尾矿堆积筑坝及尾矿库排洪的安全稳定性产生一定的影响,如果尾砂分级粒径选取不合理,取走的粗粒尾矿数量超过安全范围,造成细粒(包括黏性)尾砂占比增加,可能导致尾矿堆积坝出现渗透变形破坏,严重时甚至会造成尾矿坝坍滑失稳;同时可能导致尾矿沉积滩面坡度变缓,减少尾矿库的调洪库容,降低尾矿库的排洪安全性。研究获得安全合理的尾矿分级粒径取值对于尾矿库的安全稳定性至关重要。为了实现这一目标,必须以尾矿库的安全(包括尾矿坝的稳定安全和尾矿库的排洪安全)为中心展开一系列的研究论证工作,才能确保尾砂分级粒径取值的科学、合理。主要研究内容包括：研究分级后的尾矿物理力学特性变化情况、尾矿沉积滩平均坡度变化情况,以及尾砂粒径改变之后,对尾矿坝沉积分布规律产生的影响;基于多种工况条件,重新进行尾矿坝渗流分析计算、尾矿库调洪演算和尾矿坝稳定分析计算,必要时还需要进行尾矿库溃坝试验研究。研究成果可指导国内外尾矿分级综合利用工程技术实...     

连续降雨下尾矿库失稳溃坝数学模型研究与应用

针对连续降雨导致的尾矿库失稳溃决,基于饱和-非饱和渗流理论和水砂混合物非平衡连续方程和动量方程,建立了一个尾矿库边坡失稳溃坝数学模型。该模型可考虑连续降雨条件下尾矿库的渗流场和应力场变化、溃口和底床变化对溃坝下泄物流量过程影响。应用该模型对某尾矿库进行了连续降雨条件下失稳溃坝过程的模拟分析,计算结果表明：连续降雨入渗使尾矿库浸润线不断抬升,进而导致尾矿库边坡发生失稳,失稳后坝体受力条件急剧恶化,在上游荷载作用下发生剪切破坏导致漫顶溃决。     

Reliability-based approach to the geotechnical design of tailings dams

Mine tailings dams are geotechnical structures that are designed to provide adequate and safe storage of tailings materials both during and after the end of mine life. The design of such structures is thus of utmost importance not only to the success of the mining operation, but more importantly to the safety of the surrounding environment such as freshwater resources, wildlife and community developments. This paper presents a reliability-based approach for the geotechnical design of mine tailings dams through a real life case study of a water retention tailings dam. The stability analysis is conducted with a hydromechanical, elasto-plastic finite difference model. The reliability analysis is carried out for three stochastic parameters namely the cohesion and friction angle of the dam core material as well as its hydraulic conductivity. The results are presented in the form of probability distribution functions of the generated factor of safety. The generated reliability indices are compared to target reliability indices to help evaluate the geotechnical design of the dam.     

How to Prevent Flow Failures in Tailings Dams

Based on research carried out at 67 tailings dams in Spain: (1) tailings dams contain alternating sedimentary layers with contractive and dilative geomechanical behaviours; (2) tailings saturate quickly but drain more than 10 times slower due to the high-suction capacity of the porous sediments (2–300 MPa); and (3) over the long-term, a stationary flow regime is attained within a tailings basin. Four temporal and spatial conditions must all be present for a tailing dams flow failure to occur: (1) the tailings must experience contractive behaviour; (2) the tailings must be fully saturated; (3) the effective stress due to static or dynamic load must approach zero; and (4) the shear stress must exceed the tailings residual shear stress. Our results also indicate that the degree of saturation (S_r) is the most influential factor controlling dam stability. The pore-pressure coefficient controls geotechnical stability: when it exceeds 0.5 (S_r = 0.7), the safety factor decreases dramatically. Therefore, controlling the degree of tailings saturation is instrumental to preventing dam failures, and can be achieved using a double drainage system, one for the unconsolidated foundation materials and another for the overlying tailings.

     

上游式尾矿坝的沉积规律

上游式尾矿坝的设计建造和安全管理中常用到一些基本参数。如初期坝高度、堆积坝外坡比、沉积滩长度、尾矿颗粒沿滩面的分布规律等。目前常用的断面概化方法是勘察和筑坝实验方法,都有一定的局限性。本文研究了分散排矿条件下常见尾矿的冲填沉积规律,推荐了一个上游式尾矿坝计算断面的概化方法。     

细粒尾矿堆积坝物理模型试验研究

以龙都尾矿库的设计尾矿坝为依据,按照一定的比尺堆积坝体模型,进行细粒尾矿堆积坝稳定性模型试验。通过试验验证了坝体加筋加固的作用效果,获得了加筋坝体与未加筋坝体的破坏模式,揭示出土工织物、土工格栅、土工网等3种加筋材料的加筋效果,为细粒尾矿堆积坝的稳定性研究及加固作一些新的探索。