基于动力离心模型试验的弱透水夹层尾矿库地震响应研究

尾矿库是具有高势能的泥石流灾害源,一旦发生溃坝会对下游人员和设施造成极大威胁。本文基于离心机振动台,针对含弱透水夹层的上游法堆石尾矿坝开展了动力离心模型试验,模拟了典型尾矿库在地震作用下的破坏过程。重点探究了尾矿库内部孔隙水压力变化规律、地震作用下尾矿液化的形成和发展规律以及库内弱透水层对液化破坏过程的影响。试验结果表明:尾矿坝受地震荷载作用时,初期坝的安全程度较高,不易发生破坏,溃坝则主要是由于尾矿库内部孔压升高造成局部发生液化,进而导致尾矿坝发生变形和破坏。尾矿坝发生变形前期,主要以尾矿水平向下游流动为主,未发生液化的部分则以相对完整的整体发生位移;尾矿库内部的弱透水层会影响内部孔压积累的过程,同时会加速附近土体的液化过程。     

尾矿库水位变化下的溃坝试验研究

使用自行设计的尾矿库溃坝模拟实验装置,开展了在库水位变动下的尾矿库漫顶溃坝实验,观测了尾矿库的漫顶溃坝过程和溃口的形态发展过程,并对坝体的溃决模式进行了探讨。研究结果表明:在库内水位的上升过程中,坝体下沉密实,坝体自重增加,降低了尾矿砂的强度和尾矿坝的稳定性。在溃坝过程中,溃口的发展主要包括由水流冲刷引起的连续下切加深和溃口边坡失稳坍塌形成的横向展宽。在库内水流漫顶前,坝体因浸润线过高而出现尾砂渗流现象,并且局部出现失稳垮塌,形成溯源冲刷型破坏模式。库内水流漫顶后,水流漫过坝顶不断冲刷坝体而导致坝体溃决,类似于溢流冲刷型破坏模式。研究成果可以为我们对尾矿库溃坝提供更多的认识。     

地震作用下加高扩容尾矿库的动力稳定性研究

以周家沟尾矿库为工程背景构建二维数值模型,研究随着堆积坝坝顶标高的增大地震作用对 坝体稳定性影响。根据库区场地情况选用实测波ＥｌＣｅｎｔｒｏ波和Ｔａｆｔ地震波合成人工地震波时程对尾矿 库进行动力稳定性分析,分析了随着尾矿坝坝体加高时尾矿库的最大动剪应力分布、坝顶水平加速度反 应、尾矿库的残余变形及库区的液化区域变化趋势。结果表明随着坝体的加高,最大剪应力集中在坝顶 底部区域且随着坝体的加高由初期坝向坝顶方向扩展;坝顶最大加速度及放大系数减小;尾矿库的最大 残余变形增大,较大部位出现在坝顶附近;坝顶的加高尾矿库液化区将发生变化。工程中要注意坝顶加 高后尾矿坝部分区域发生的液化对尾矿坝稳定性影响。     

某上游式尾矿坝抗震有限元分析

为了分析某上游式尾矿坝的抗震安全性,采用等价黏弹性理论、Seed液化理论和Newmark滑动变形理论,对尾矿坝的地震动位移、加速度、液化区域、坝坡抗震稳定性及地震永久变形进行计算分析。结果表明：尾矿坝在Ⅶ度设防地震作用下,坝体动位移和加速度分布规律合理,其中水平向和竖向动位移极值分别为6.39和0.72 cm,水平向和竖向动加速度极值分别为4.06和2.64 m/s²;地震液化区域出现在尾水覆盖的滩面浅表层,未影响到整个坝体;地震时坝坡抗滑稳定安全系数最小值为1.09,地震结束后累计永久变形为11.95 cm。除远离坝坡的浅表层坝体出现小范围液化区外,大坝整体抗震安全性能较好,不会出现重大安全问题。     

基于三维动力有限元分析大坝安全性态

地震作用下水库大坝的坝坡失稳、坝体填土及坝基液化是大坝安全分析的重点。通过拟静力法对大坝抗滑稳定性进行复核计算,用三维动力有限元分析坝体和覆盖层液化可能性。研究结果表明:坝体最小抗滑稳定系数均大于1.2,抗滑稳定系数符合规定要求;坝基覆盖层动孔压力和液化度极值分别为394.08 k Pa和51.8%,坝基不存在液化问题。7度地震时,面板出现最大压应力为16.56 MPa(面板中部),面板开裂可能性较小。     

基于渗流理论的尾矿坝坝体稳定性分析研究

尾矿坝安全现状令人堪忧,尤其以渗流引起的坝体失稳事件屡屡出现,为了获取尾矿坝因渗流引起失稳的相关技术参数,对尾矿坝坝体稳定性进行了分析研究;在总结尾矿坝溃坝原因的基础上,分析了浸润线的影响因素并给出了计算方法,以山东玲珑尾矿坝为例,采用瑞典圆弧法和毕肖普法,对尾矿坝的整体稳定性进行计算;得到了玲珑尾矿坝相关的力学参数及计算成果,并从设计和管理两个方面讨论了尾矿坝安全稳定的防范措施;分析结果对于尾矿坝今后的设计和安全监测管理有重要的借鉴意义。     

尾矿库漫顶溃坝模型研究

本文利用尾矿库模型设计方法建立了尾矿库物理模型,并利用三维地形观测装置、表面流场测量装置和自动水位测量仪等仪器,对尾矿坝溃口及坝体崩塌变化过程、下泄洪水演化过程等进行了观测。试验结果表明,尾矿坝因为块体坍塌的不确定性而使崩塌量呈锯齿状,流量过程也具有一定的波动性;溃坝洪水输移尾矿是包括一般挟沙和高含沙运动以及高强度推移质运动的复杂输沙过程。在根据模型试验获得的尾矿库漫顶溃坝物理图形基础上,采用边岸侵蚀和崩塌模式模拟溃口展宽过程,引入非平衡输沙理论及河流动力学输沙公式计算溃口通道的冲淤变形,建立了尾矿库漫顶溃坝洪水预测数学模型。利用本文试验资料的检验结果表明,本文建立的数学模型计算结果同测量资料颇为符合,可以预测尾矿库漫顶溃坝洪水流量及溃口变化过程。     

基于无人机航空摄影的尾矿库溃坝数值模拟

基于无人机航测生成的高精度数字高程模型(DEM)数据,采用深度积分的Massflow数值分析方法,开展了新疆某山区尾矿库溃坝数值模拟研究。结果显示了该尾矿库溃坝后矿砂运动过程,分析数值模拟结果得出:(1)溃坝后矿砂最终堆积呈现两部分,一部分在尾矿库库区下游,平均厚度约13 m,另一部分则堆积于环保库和下游河道附近,平均厚度达25 m,其中堆积厚度最深处在初期坝坝底正对的河流处,约29 m。(2)尾矿库溃坝整个运动过程可分为失稳启动、加速下滑以及减速堆积三个阶段,该尾矿库溃坝从启动到最终静止整个过程约3 000 s,最大运动速度介于21～29 m/s之间,其中失稳启动和加速下滑阶段均在短时间内迅速完成,减速堆积阶段时间占整个过程的93.33%,表明尾矿库溃坝初期矿砂流速较快,具有较强的破坏性。研究成果可用于分析尾矿库矿砂运动路径、淹没区域及沿程堆积情况等,对降低尾矿库溃坝风险和应急响应有重要指导意义。     

尾矿坝溃决机理与溃坝过程研究进展

尾矿库是维持矿山生产的重要设施,同时也是矿山的重大危险源,开展尾矿坝溃决机理与溃坝过程研究对于提升我国尾矿库防灾减灾水平具有重要意义。分析比较了尾矿坝与挡水土石坝在溃决机理与溃坝致灾过程方面的区别和联系,总结了尾矿坝在坝体形式、填筑方式、坝料组成和溃决机制等方面的特点,对近年来我国在尾矿坝溃坝机理与溃坝致灾过程方面的研究工作进行了较为系统的总结,指出当前我国尾矿坝工程理论研究中存在的问题,并对该领域今后需深入开展的研究工作提出建议。     

漫顶条件下尾矿库溃坝模型试验及灾害预测

矿山开采中尾矿库对下游人员的生命、财产安全与生态都是一个潜在危险源,由此而引起的工程事故也屡见不鲜。为研究尾矿库的溃坝过程及对下游的影响情况,以拟建尾矿库为对象,通过模型试验系统研究了整个溃坝过程中的坝体失稳的形态变化、水砂流向下游的演进过程、水砂流的淹没范围,以及溃坝流场的演进过程。研究结果表明,模型试验中整个溃坝过程共历时30min,下游上地村居民点完全被淹没,时州村居民点左岸部分高程较大房屋未被淹没,坝脚区域尾砂淤积量约为总溃泄量的36%,水砂流的流速受地形、地势及流经长度影响较大,研究成果可为尾矿库及类似尾矿库的工程论证与方案设计提供依据。     

尾矿库溃坝模型设计及试验方法

在简要回顾前人有关模拟方法研究成果的基础上,分析了尾矿库溃坝及其模型试验的特点,理清了设计思路,提出了模型相似条件,然后以预备试验为依托,通过模型尾沙选择与要求、模型制作、测验手段等环节的研究,进一步论述了尾矿库溃坝模型的设计方法与试验方法。尾矿库溃坝模型设计应遵循水流重力相似、水流阻力相似、水流挟沙相似、尾沙悬移相似、河床变形相似及尾沙起动相似等条件;模型沙可选择容重适中、化学性质稳定的拟焦沙;模型试验的工作步骤:给出尾矿库最可能的溃坝方式及对下游影响最大的典型情况,确定尾矿库最终高程,选配合适的模型沙,设计溃坝模型,测出尾矿库溃坝坝址流量、水位过程线和冲沙率以及向下游的洪水演进情况,提出可行的下游保护方案、工程措施及综合防治对策,确定尾矿库最终堆积标高。     

尾矿库土石坝稳定性分析研究

本文根据简布(N.Janbu)法,从公式推演到迭代计算程序流程的实现,对某塌溃后重建的尾矿坝进行了安全稳定性分析计算,给出了相应结果和建议。     

震区加高扩容尾矿坝的渗流稳定分析

早期建设的尾矿坝大多已达到或接近最初设计高度而需要加高扩容,加高扩容后尾矿坝的渗流稳定是人们最为关心的问题。重点分析了尾矿坝与普通土坝的不同地震反应特征,采用简化的常量动态分布系数确定尾矿坝坝体的地震惯性力。详细给出了震区的一座拟加高扩容尾矿坝的渗流与稳定分析,并对该尾矿坝的加高扩容提出了建议。     

陶家沟尾矿坝三维静力和动力稳定性分析

尾矿坝是金属矿山和非金属矿山重要的生产设施,同时又是重大的危险源,为了保证尾矿库的生产安全,需对尾矿库进行系统稳定性评价。采用邓肯-张模型对陶家沟尾矿坝进行了三维静力和动力有限元分析。得到坝坡的静力稳定最小安全系数为1.26,地震反应结束时的动力边坡稳定安全系数为1.16。分析结果表明,陶家沟尾矿坝在静力状态下是稳定的,在动力作用下尾矿坝的边坡仍然是稳定的,此研究可为尾矿坝施工设计提供参考。     

磷石膏尾矿坝帷幕灌浆中的抗酸材料研究

为了满足湖北大峪口磷石膏矿的尾矿坝基础帷幕灌浆材料应具有抗酸性侵蚀的性能要求 ,进行了浆材配比及相关性能试验 ,获得了具有抗酸性腐蚀、可灌性好的防渗材料 ,实际应用表明达到了设计目的     

某尾矿坝三维有限元渗流分析

利用大型有限元软件SEEP-3D对某尾矿坝进行渗流稳定性计算,分别得出有无水平排渗管两种工况下的浸润面和水头等势线,并对此进行对比分析。计算结果表明,此尾矿坝在无任何排渗设施的情况下浸润面在坝坡溢流,而在加设水平排渗管后,浸润面明显下降到坝面以下,处于安全状态,故建议加设排渗设施。     

尾矿坝地震液化稳定的简化分析

简要介绍尾矿坝抗震设计规范中液化分析方法的简化过程，依据抗液化度与孔压比的关系，提出了尾矿坝超静孔压的简化计算式，并应用于拟静力法稳定分析中。结合某尾矿坝实例，用简化方法计算滩长为130m时初期坝淤堵，以及滩长分别为70、130、和200m时初期坝正常排水共计四种工况的液化与稳定。通过计算分析得出，上游坡面水边线附近区域最易液化，其次在初期坝附近。滩长对尾矿坝地震液化稳定有很大影响，滩长越长，液化区越小，稳定性越高。如果初期坝排水设施失效，将导致初期坝附近孔压增大，坝体安全系数降低。因此，保证合理的滩长、初期坝排水设施的有效性对尾矿坝地震稳定非常重要。     

基于强度折减法的拦渣坝坝坡稳定性分析研究

 以石窑店煤矿拦渣坝为例,应用有限元强度折减法原理,结合数值仿真分析方法,从拦渣坝力学稳定和受力破环的角度,按坝体仅受自重和坝体受设计堆渣量压力作用下两种工况,应用有限元软件对石窑店煤矿拦渣坝坝体的应力场和位移场进行了稳定性仿真分析,得出拦渣坝相应的安全系数分别为2.24和1.39;给出了坝体受设计堆渣量压力作用下,强度参数折减1.39,坝坡濒临破坏时的最大应力和位移分布区域。研究结果能为拦渣坝的安全稳定设计提供参考依据。     

尾矿坝浸润线干滩监测预警值的计算

为了更全面的发挥尾矿坝在线监测系统的各项功能,需要给该系统提供各监测指标的预警值。其中浸润线和干滩预警值可以在渗流理论和极限平衡理论的基础上得出,其计算过程通过geo-studio2007的相关模块实现。采用SEEP/W模块计算出浸润线,根据SIGMA/W模块计算出原位应力,在SLOPE/W模块中计算出坝体的安全系数,将计算出的安全系数与标准值对比来判断是否需要预警,这是一个循环搜索的计算过程。安全系数的标准值通过《尾矿库安全技术规程》(AQ2006-2005)和《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)这两个文件来确定,各监测指标以三级预警为宜。通过该方法计算出的某五等尾矿坝的浸润线干滩预警值,目前使用效果良好。