复杂库型条件下高堆上游法尾矿坝三维渗流场分析

高堆上游法尾矿库由于水头高,渗径偏短,同时受复杂地形的夹持影响,在遭遇排渗设施失效或库水位升高等特殊工况时,坝体浸润线将抬升明显,进而影响到高坝运行安全。以国内典型的200m级上游法高堆尾矿坝为工程实例,针对该尾矿库利用三条沟谷同时堆坝这一特殊建库条件,开展尾矿坝空间渗流场研究工作,分析复杂地形下多沟谷渗流场的相互影响规律,揭示高坝浸润线易升高的关键区域及其抬升原因,并提出渗流控制措施。研究结果表明:1)受多区域渗水汇集、沟谷转角大、坝轴线收窄等复杂库型条件的综合影响,高坝渗流场的空间分布特征明显;局部浸润线相比周边区域抬高4~6m以上;2)坝体浸润线在堆积坝下半段往往贴近坝前水平排渗层内边缘通过;坝前排渗措施的有效设置对控制坝体浸润线十分关键;3)高堆尾矿坝坝体浸润线受库水位变化影响敏感,日常管理中应形成足够的库区干滩,确保尾矿坝安全运行。     

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。     

尾矿坝浸润线在线监测回归分析

运用统计回归理论建立了尾矿坝浸润线埋深统计回归模型,分析了影响浸润线埋深的因素,并结合十八河尾矿库在线监测数据,采用逐步回归分析方法对实测资料进行建模分析,得到了浸润线埋深的统计回归模型,较好地反映了尾矿坝渗压变化规律,为评价尾矿坝安全性态和预测浸润线变化趋势提供了有效手段。     

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。     

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.     

强降雨作用下山谷型尾矿坝浸润线演化规律

强降雨常导致山谷型尾矿库水位快速涨落,揭示强降雨作用下降雨过程与雨停后浸润线变化规律对保证该类尾矿坝安全运行至关重要。以某山谷型尾矿坝为依托,建立了相应的有限单元网格数值模型,基于非稳定非饱和渗流理论系统研究了库水涨落全过程降雨与库水涨落共同作用下坝体浸润线位置的变化规律。计算结果表明：①降雨初期只有初期坝附近浸润线升高;②降雨继续一段时间后,浸润线全面升高,干滩长度不断变小;③降雨停止不久,浸润线会持续全面抬升并达到最高位置,干滩长度达到最短;④降雨停止一段时间后,浸润线逐渐全面下降直至回归初始位置,且浸润线回位时刻远滞后于雨停时刻。因此,为保障山谷型尾矿坝遭遇强降雨时的安全,建议根据坝体浸润线演化特点分期突出重点进行监测,特别要重视雨后几天浸润线的监测工作。     

尾矿坝渗流-应力耦合场的有限元分析

尾矿坝作为典型颗粒堆积多孔介质,其安全稳定运行对矿山的生产关系重大。建立了尾矿坝渗流与应力耦合的数学模型,以金山店锡冶山尾矿坝为例,分析了正常运行的工况下渗流与应力场的耦合特性,得出浸润线、变形场及应力场等尾矿坝的重要指标。通过模拟分析发现,考虑耦合情况比不考虑耦合场的渗流量增加约2%,且渗流对应力场的影响较大,由渗流所产生的渗流体积力占总应力的10%~20%。据此可全面直观地了解尾矿坝在各运行工况下的信息,为尾矿坝的稳定性分析及日常维护提供了理论依据。     

尾矿坝渗流-应力耦合场的有限元分析

尾矿坝作为典型颗粒堆积多孔介质,其安全稳定运行对矿山的生产关系重大。建立了尾矿坝渗流与应力耦合的数学模型,以金山店锡冶山尾矿坝为例,分析了正常运行的工况下渗流与应力场的耦合特性,得出浸润线、变形场及应力场等尾矿坝的重要指标。通过模拟分析发现,考虑耦合情况比不考虑耦合场的渗流量增加约2%,且渗流对应力场的影响较大,由渗流所产生的渗流体积力占总应力的10%~20%。据此可全面直观地了解尾矿坝在各运行工况下的信息,为尾矿坝的稳定性分析及日常维护提供了理论依据。     

尾矿坝辐射井降水模型

尾矿坝浸润线过高是金属矿山企业面临的一大安全隐患,在尾矿坝建立辐射井是降低坝体浸润线的有效手段,渗流浸润线的确定与排渗量的计算是尾矿坝辐射井设计和布设需要解决的关键问题。分析了现场实测浸润线数据,发现尾矿坝辐射井作用下的降水曲线有如下特征：辐射管长度范围内浸润线形状为下凹的指数函数曲线;辐射管长度范围外浸润线形状为上凸的对数函数曲线。推导了尾矿坝辐射井的降水曲线模型和排渗量模型,对比模型计算数据和现场实测数据并进行误差分析,计算结果显示：该模型中浸润线、排渗量的计算值与现场实测数据较为接近,可用于辐射井浸润线位置和排渗量的预测。     

矿山废石对尾矿坝浸润线的影响机理研究

浸润线是衡量尾矿坝稳定性的关键指标,研究浸润线埋深变化对于提高尾矿坝的稳定性有重要意义。以斋家冲尾矿坝为工程背景,利用矿山废石与尾矿砂联合堆筑的方法建立了与原型相似的含废石柱尾矿坝的试验模型,分析废石柱的颗粒级配和间距对尾矿坝不同工况下的坝体单位时间渗流量和浸润线埋深的影响,并利用Geo-studio软件中SEEP/W研究了正常工况下的坝体渗流流态。结果表明:随着废石柱细颗粒含量的降低,坝体单位时间渗流量增加,浸润线埋深则降低;随着废石柱间距的增大,尾矿坝的单位时间渗流量减小,初期坝坝前坡脚处截面流量增大,孔隙水压力线与坝基的水平夹角减小,浸润线埋深随之抬高。研究结果可为类似尾矿坝的设计与施工提供参考,有利于减少废石对生态环境的影响。     

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。     

基于ELM的尾矿坝浸润线预测

为了进行尾矿坝浸润线预测,提出一种极限学习机(ELM)方法。ELM网络能够很好地描述浸润线与其影响因素的非线性关系,将最小干滩长度、库水位、渗流量、竖直位移、水平位移5个主要因素作为ELM网络的输入,浸润线埋深作为网络的输出。为了提高ELM的预测准确性,利用均方误差指标选取归一化方法、激活函数、隐含层节点个数,最终确定最大值归一化方法预处理数据,输入5-9-1ELM网络,选取激活函数为sin型函数进行浸润线预测。同时选取BP神经网络,采用相同的归一化方法和网络形式进行对比。结果表明ELM模型在浸润线短期预测中可行性更高,预测精度佳。     

尾矿坝动力数值模拟与永久变形

根据地形图建立尾矿坝模型,在三维渗流分析的基础上,确定浸润线,建立合理的材料分区。利用ABAQUS软件建立等效线性粘弹性模型,进行地震响应分析,重点分析坝体的反应加速度、动位移、动剪应力、动剪应变和残余变形等动力反应情况。根据残余变形情况,确定尾矿坝的永久变形。结果表明:坝体在地震作用下的响应不强烈,坝体的永久变形不是很大,震陷率满足设计要求。     

多策略PSO-BP算法在尾矿坝监测系统中的应用

BP网络能较好地解决尾矿坝监测系统的预报问题,但容易陷入局部极小值;PSO算法具有全局优化的特点,对PSO算法改进后更加突出了这一特性,将改进后的PSO算法与BP网络结合弥补BP网络的缺陷,从而得到全局最优解。把多策略PSO-BP算法用在尾矿坝的监测系统中,通过以往收集的数据,对尾矿坝体上各个测点的水位规律进行模拟,了解坝体浸润线规律,并预测下一级坝体的浸润线情况,为尾矿坝的稳定性提供依据。以齐大山尾矿库为例,证明了该算法应用在尾矿坝的监测系统上能取得较好的效果。     

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。     

多策略灰狼算法优化SVM的尾矿坝地下水位预测

为实现尾矿坝地下水位预测及预报预警,以尾矿坝地下水位为研究对象,将库水位、最小干滩长度等5个变量作为影响参数,尾矿坝地下水位为输出变量,建立支持向量机(SVM)预测模型.引入多策略改进的灰狼优化算法(MGWO)确定SVM模型参数,并以工程实例进行仿真预测.结果表明,MGWO?SVM模型平均相对误差0.24％,平均绝对误...     

尾矿坝渗流浸润线计算的实用方法

本文根据尾矿坝渗流特点,简化出无因次渗流浸润线计算公式,方法简单实用,无论是尾矿库水位上升还是下降、以及推求稳定渗流时间都可采用。同时探讨了干坡段、竖井、坝基底坡等因素对渗流浸润线的影响。     

某高尾矿坝考虑渗流作用下的抗震性能分析

渗流作用和地震作用是影响尾矿坝稳定的主要因素。以云南省某尾矿坝为研究背景,基于Geo-studio软件考虑初始渗流场的影响,研究尾矿坝渗流作用下的稳定性,以及地震作用下的动位移与加速度、液化区域与震时的关系、坝坡抗震稳定性、震后永久位移及地震作用下浸润线的变化。计算结果表明：尾矿坝在渗流-应力分析中处于稳定状态。在地震作用下,尾矿坝的水平位移沿着坝高向上不断增大,最大水平位移分布在堆积坝顶部。初期坝顶和堆积坝顶加速度放大倍数分别为1.67和1.87倍。液化区域主要分布于堆积坝浅层区域。尾矿坝震后永久变形量较小,不会发生整体滑塌,但震后浸润线位置较震前显著提高,考虑增设排渗措施防止发生渗流破坏。     

赵家沟尾矿坝稳定安全系数预测研究

针对某尾矿库在实际运行管理中需要快速判断库体稳定的实际需要,在仔细分析尾矿坝失稳原因的基础上结合赵家沟的工程实际情况确定了浸润线埋深、退坡距离、干滩长度、粘聚力、摩擦力等5个主要的影响因素,通过正交试验设计方法设计了不同的试验组合,利用GEO-Slope边坡稳定计算分析软件计算得到各因素组合下安全系数作为样本数据。根据改进的神经网络原理建立了影响因素与安全系数间的非线性映射网络模型,通过对样本数据的训练得到预测模型,并将该模型用于安全系数的预测,通过实际值与预测值的对比表明所建立的预测模型具有较高的精确度,可以用于尾矿坝坝坡稳定预测。利用本文所建立的尾矿坝坝坡稳定预测模型,通过给定影响因素值,可快速得到坝坡稳定安全系数,计算方便,可用于指导尾矿坝填筑单位在实际生产运行过程中对堆积坝填筑的控制,保障尾矿坝安全。     

库水位变化下尾矿坝的滑坡机理及稳定性分析

以歪头山尾矿库为实例,用强度折减法分析库内水位 变化对尾矿坝稳定性的影响,剖析相应滑坡机理,并与极限 平衡法计算结果进行对比,提出强度折减法的规范安全系数 标准。研究表明:尾矿坝内部浸润线随着库内水位上升而抬 高,正常水位下的浸润线最低;库内水位从正常水位上升到 洪水位和漫顶水位,尾矿坝失稳滑移方式由推移式滑坡转变 为牵引式滑坡;三维强度折减法与二维极限平衡法计算结果 较为接近,利用类比法推算出强度折减法的规范安全系数为 1.20,1.30,1.40。模拟结果可为完善尾矿库技术规范提供参 考,为矿山防灾减灾提供依据。