流固耦合-强度折减法在尾矿坝稳定性分析中的应用

基于流固耦合理论,采用有限元强度折减法对某尾矿库坝体的渗流稳定性进行了分析,计算出尾矿坝的抗滑安全系数并与尾矿坝相关规范推荐的瑞典条分法和Bishop方法计算结果进行了对比。结果表明：采用瑞典条分法和Bishop方法得出的临界滑动面与强度折减法得出的等效塑性应变贯通区的位置大致相同;采用强度折减法计算出的安全系数与以上2种极限平衡法的计算结果基本吻合。这说明采用有限元强度折减法求解尾矿坝抗滑安全系数是可行的;此外,有限元强度折减法得出的塑性贯通区位置可以为极限平衡法搜索临界滑移面提供初始滑动面,便于准确搜索临界滑移面的位置,同时大大减少了搜索工作量。     

尾矿坝浸润线预警研究

运用Geo-Studio软件,对某尾矿库不同水位工况下尾矿坝的浸润线及安全稳定性系数进行计算。根据计算出的结果,并结合《尾矿库安全技术规程》中的相关规定,对尾矿坝浸润线进行预警,得到该尾矿坝浸润线的三级预警值,为尾矿坝浸润线的预警提供理论依据,具有重要的借鉴意义。     

不同降雨量对尾矿坝稳定性的影响规律分析

降雨量的多少会影响尾矿坝的浸润线,尾矿坝浸润线的高低也是影响其稳定性的主要指标之一,因此研究尾矿坝稳定性就应该在研究浸润线影响的同时研究降雨量对尾矿坝稳定性的影响。在考虑尾矿坝原有浸润线的基础上,分别对2个尾矿坝剖面在正常水位、20 a一遇24 h最大降雨量、50 a一遇24 h最大降雨量和100 a一遇24 h最大降雨量的4种不同降雨工况下,采用极限平衡法中的瑞典圆弧法、毕肖普法和简布法3种不同的计算方法与渗流同步计算尾矿坝的稳定性,得出尾矿坝的最小安全系数与降雨量呈线性相关的关系,降雨量越大,尾矿坝最小安全系数就越小,尾矿坝越不稳定;尾矿坝面积越大,受降雨影响越大。     

爆破作用下坝体浸润线变化对尾矿坝稳定性的影响

基于矿山采场爆破振动实测数据和实际运行尾矿库,建立爆破振动作用下浸润线对尾矿坝稳定性影响的有限元计算模型,通过设计尾矿坝体内不同浸润线高程和采场爆破振动强度,研究采场爆破振动对尾矿坝抗滑安全系数的影响。研究表明：尾矿坝体内浸润线位置对尾矿坝抗滑稳定系数影响十分显著,浸润线越高,抗滑稳定系数越低。对于浸润线水位正常的尾矿坝,爆破振动加速度在0~0333g时,尾矿坝抗滑稳定系数随着振动强度的增加而增加;当爆破振动强度大于0333g时,尾矿坝的抗滑稳定系数则呈现几乎直线下降。运用Matlab拟合函数公式得到了爆破振动加速度与尾矿坝抗滑稳定系数间关系式。对于浸润线过高造成的病库和危库,在爆破振动作用下,浸润线对尾矿坝抗滑稳定稳定系数的影响则更加显著,尾矿坝抗滑稳定系数呈近乎直线下降。     

极限平衡法与强度折减法分析尾矿坝稳定性比较

传统的刚体极限平衡法是尾矿坝稳定性分析中普遍使用的方法。然而,近年来,有限元法逐渐成为一种强有力的尾矿坝边坡稳定性分析工具,其中以强度折减法为典型代表。尽管强度折减有限元法有很多优势,但是它并没有被广泛应用于坝体日常稳定性分析中。为了探索出较为合理的分析途径,深入剖析两种理论的异同点,结合某尾矿坝实际工程,比较分析正常、洪水运行下有限元强度折减法与极限平衡法在安全系数大小及滑动面形状和位置上的差异,分析产生差异的原因,并在安全系数的选用上提出建议,以期为尾矿坝的安全设计施工提供可靠依据和技术支撑。     

浸润线对上游法尾矿坝地震液化区影响

上游法尾矿库一般采用水力充填方式放矿,并利用库内沉积尾矿堆筑后期子坝,其库内尾砂在矿山生产期内长期处于欠固结状态,密实度较低,结构松散,坝体内部常年存在一定的稳定地下水线即浸润线,上游法尾矿坝的这种特殊结构形式,使得其对地震作用非常敏感,在地震作用下极易出现液化区,导致坝体失稳。本研究结合某一上游法尾矿库工程研究项目,分析坝体浸润线对尾矿坝地震液化反应的影响。     

浸润线对上游法尾矿坝地震液化区影响

上游法尾矿库一般采用水力充填方式放矿,并利用库内沉积尾矿堆筑后期子坝,其库内尾砂在矿山生产期内长期处于欠固结状态,密实度较低,结构松散,坝体内部常年存在一定的稳定地下水线即浸润线,上游法尾矿坝的这种特殊结构形式,使得其对地震作用非常敏感,在地震作用下极易出现液化区,导致坝体失稳。本研究结合某一上游法尾矿库工程研究项目,分析坝体浸润线对尾矿坝地震液化反应的影响。     

某尾矿库渗流计算数值模拟

根据尾矿库的具体工程地质条件,采用渗流分析软件对尾矿库进行渗流数值模拟计算.考虑尾矿库渗透水在尾矿堆积体内流动时做低雷诺数的层流运动,以线性达西定律为基础,模拟不同坝高在正常运行工况和洪水运行工况下的渗流数值计算.结果表明:在冲沟的位置有较大的速度矢量,对流沙的裹挟会使局部危害加剧;库内水位向下游尾矿堆积坝体的渗透过程中,总水头最大,浸润线在坝顶部逸出可能性最大,最容易发生渗流破坏.     

尾矿坝坝坡稳定分析的新思路及实例验证

尾矿库是具有高势能的重大危险源,一旦发生事故不仅造成财产损失,还会导致周边环境污染,尤其是"三边库"和"头顶库",更是时刻威胁着人民群众的生命财产安全。现行法规标准均采用基于极限平衡分析的边坡稳定方法,虽然方便操作,但难以准确把握尾矿坝坝坡的实际状况。为此提出在颗粒流理论基础上的强度折减法,定量计算尾矿坝坝坡的稳定性,模拟溃坝过程中坝体内部微观粒子的运动特性及溃坝演化规律,克服了极限平衡法各种假设的缺点。通过某一尾矿坝坝坡实例,计算了尾矿坝坝坡强度折减过程中微观粒子的相互作用过程,动态反映坝坡失稳状态,验证了该方法的适用性。     

尾矿库三维渗流模拟及排渗设施对渗流场影响

为分析排渗管和坝高对尾矿坝浸润线的影响程度,采用数值模拟方法对尾矿库不同工况下浸润线位置 进行研究。 采用 Midas-GTS 软件渗流分析模块对尾矿坝在增设排渗管前后、不同坝高、不同运行水位工况下渗流场分 布进行数值模拟,计算得出不同工况下浸润线位置。 结果表明:增设排渗管后,浸润线与实测浸润线耦合较好,相对误 差在合理范围内;坝高 100 m 时,每隔 7 m 高程差布设排渗管的方案可有效控制坝体内浸润线的埋深和分布,防止发 生渗透破坏,使尾矿库安全运行。 本次研究考虑了尾矿库的复杂性及排渗管对渗流场的直接影响,为尾矿库三维渗 流安全分析提供了一定的参考依据。     

尾矿库坝体三维渗流场的数值模拟与试验分析

本文以云南某尾矿库工程为研究背景,针对尾矿坝稳定性日渐变差等问题,采用三维数值模拟、堆坝模型试验的浸润线分析结果和室内渗透系数试验等方法,根据室内土工实验的尾矿体渗透系数实验结果,参考国内外尾矿坝渗流计算的渗透系数经验值,考虑到尾矿坝中尾矿体的各向异性问题,选取合理的计算参数,分析尾矿库在不同工况下尾矿坝浸润线的埋深与变化规律,研究表明：试验结果与三维数值模拟计算结果较吻合,能够反映真实情况。     

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.     

尾矿坝倾斜抬升超载安全度试验与数值模拟研究

针对近几年尾矿坝溃坝地质灾害频发的问题,有必要分析尾矿坝稳定状态。通过开展尾矿坝倾斜抬升超载安全度试验分析尾矿坝稳定性,并建立强度折减法数值分析模型,以极限应变判据验证倾斜抬升超载试验结果的准确性。结果表明:尾矿坝倾斜抬升超载破坏失稳是由初期坝坝脚处的点破坏向整体失稳破坏的演变过程;监测结果显示初期坝的位移大于子坝的位移,坝基的位移最小,试验尾矿坝的超载安全系数区间为1.35~1.38;超载安全度试验与数值模拟强度折减计算结果在安全系数和破坏形态两方面基本吻合,倾斜抬升超载试验方法适用于尾矿坝稳定性的研究。研究结果可为尾矿坝新建、运营、溃坝地质灾害防治提供指导。     

尾矿坝地下水位变化规律的试验研究

尾矿库是一种特殊的工业建筑,属于矿山三大控制性工程之一,亦是矿山最大的危险源.尾矿坝是尾矿库的主要构筑物,它的浸润线是尾矿库的生命线,是尾矿库稳定性评价的关键基础资料,也是尾矿库安全生产管理的重要依据之一.为此,我们利用室内物理模型试验,对不同库水位情况下尾矿坝地下水位的变化情况进行了研究,获得尾矿坝浸润线的变化规律.     

降雨条件下尾矿库稳定性计算分析

通过相关物理力学试验,分析了尾砂的物理力学性质,用Geo-Studio有限元软件计算和分析降雨条件下尾矿坝的浸润线。通过Slide软件,用极限平衡法中的简化Bishop法和瑞典法对降雨条件下尾矿坝的稳定性进行分析。结果表明,尾矿坝在现状高程下,其坝体在正常运行、洪水运行和饱和运行工况时计算的安全系数均能满足规范要求,计算得到的稳定性滑面大多是经过坝体最底部的深度滑弧面,且滑弧面范围较大。     

浸润线的地质雷达探测技术及其对尾矿坝稳定性的影响研究

采用地质雷达技术探测了尾矿库中浸润线的位置。首先优化得到了地质雷达现场探测频率范围35~73MHz、采样时窗范围0.54~1.13μs、雷达波的采样率范围210~438MHz及雷达天线最大移动速度1.3m/s,然后在江西省某矿山尾矿库进行了浸润线的地质雷达探测现场试验,采用高通滤波及高斯增益控制技术对雷达反射波进行了后处理,得到了清晰的浸润线反射波形图,浸润线位置的探测结果与观测井测试数据吻合较好,验证了浸润线的地质雷达探测技术的可行性及准确性,在此基础上采用四种极限平衡法分析了现阶段及尾砂全饱和时的尾矿坝的稳定性,结果表明现阶段尾矿坝的安全系数均大于2.5,尾砂全饱和时尾矿坝的安全系数均大于1.2,说明该矿山尾矿库能够安全运行。     

基于粗糙集与贝叶斯决策的尾矿坝浸润线预警

为支持尾矿库的现场安全监管与决策,根据粗糙集和贝叶斯决策理论,提出了基于不确定性的尾矿坝浸润线预警方法以确定合理的尾矿坝浸润线预警阈值。首先,根据尾矿渗透性与干滩长度的不确定性对坝体稳定性的影响,计算得到离散尾矿坝体安全系数对应的浸润线的多点位(埋深)数据;其次,以粗糙集属性重要度分析为前提,采用贝叶斯决策法建立坝体安全系数与浸润线埋深的多属性决策模型,以互信息熵表示安全系数对浸润线多点位埋深数据的依赖程度;最后,用条件概率量化浸润线重要点位对尾矿坝稳定性的影响,通过最大后验概率确定浸润线埋深预警阈值。通过对陕西某尾矿坝的实例研究,得出堆积坝标高1 220. 03、1 200. 03、1 180. 03、1 150. 03 m处的浸润线高于37. 33、19. 9、17. 6、11. 6 m时,尾矿坝存在潜在不稳定风险,应采取措施降低浸润线高度。结果表明,浸润线预警阈值能客观反映尾矿坝稳定性状况,完善了尾矿库的现场监测预警体系。     

尾矿库在线监测系统浸润线预警阈值计算方法研究

尾矿库堆积坝浸润线的埋深与坝坡安全直接相关,对照《尾矿设施设计规范》GB50863-2013中有关控制浸润线的要求,整理了浸润线预警阈值的计算方法和逻辑控制关系,并结合实际工程,建立了浸润线计算模型,研究了浸润线最小埋深与稳定性、渗流边界等的关系,为尾矿库在线监测系统浸润线预警阈值的设置提供了依据。     

尾矿坝二维渗流场的无单元模拟方法研究

坝坡浸润线是尾矿坝的生命线,它是直接影响坝体安全的一个非常重要的因素。将无单元Galerkin法应用于尾矿坝渗流场及坝体内自由面的模拟计算。详细介绍了无单元Galerkin法的基本理论、边界条件处理方法和自由面处理方法等。在此基础上采用IDL语言编制了二维无单元法的可视化计算软件EFM。最后以风水沟尾矿坝为例,采用无单元法计算了该尾矿坝渗流场分布,并和有限元计算结果进行了对比分析。计算结果表明,采用无单元法可以很好模拟有自由面的尾矿坝渗流场分布,为尾矿库的安全生产与管理提供一定的科学依据。     

某尾矿库三维渗流分析

针对某尾矿库具体条件,采用三维有限元模拟和渗流场分布计算,判明在概化模型理想条件下尾矿坝三维渗流浸润线埋深的特点;通过对各排渗结构参数的敏感性进行分析,确定影响坝体浸润线埋深主要因素。模拟结果表明：在各排渗结构功能正常的工况下,尾矿库浸润线在尾砂子坝段的埋深均在15 m以下,大于规范要求值。