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。     

地震作用下某尾矿坝三维动力稳定性分析

应用Fortran语言进行ABAQUS二次开发,编写邓肯-张E-υ模型和等效黏弹性的Umat子程序。在此基础上,采用有效应力法对尾矿坝进行三维动力反应及液化分析,计算了正常运行工况下辽宁省北票某尾矿坝在水平地震波影响下的加速度、动剪应力、动孔压增长模式及液化区的发展趋势。结果表明:尾矿坝沿坝轴方向加速度最大值出现在距坝底3/4高度处的堆积坝坡面上,放大系数为1.82;坝体最大动剪应力呈层状分布,由坡内向坡外逐渐减小,且数值不是很大;动孔压增长为不规则曲线上升模式,在2～6 s的强震区起伏变化较大,之后趋于平缓;液化区主要集中在沉积滩浅层区域和坝体顶部浸润面以下区域,未贯穿整个坝体。     

地震作用下某上游式尾矿坝动力响应分析

尾矿坝特殊的筑坝方式和筑坝材料,使得坝体在地震作用下容易失稳破坏,对下游居民的生命和财产造成威胁。针对尾矿坝动力响应问题,基于有限元分析方法,运用等效线性原理进行尾矿坝动力响应分析。分析计算了在地震荷载作用下某上游式尾矿坝的动位移、响应加速度、动应力以及库区液化的分布情况。计算结果表明：在静力作用下,尾矿坝处于稳定状态。顺河向加速度放大系数最大值出现在3 h/4坝高节点处;堆积坝最大主应力和最小主应力均为压应力;坝体顺河向、垂直向最大动位移较小。通过MATLAB语言编写后处理程序,生成不同地震时程下的坝体液化区域,结果显示液化区主要集中在浸润线以下的沉积滩浅层区域,未贯穿整个坝体。     

某尾矿坝动力响应及稳定性分析

采用等效线性法对某尾矿坝现状及堆积终期坝体的动力响应及稳定性进行了分析。研究表明：尾矿坝现状坝体和1 375 m标高坝体的加速度、位移分布规律基本一致,加速度及位移响应极值出现在坝顶区域,尾矿坝堆积标高对坝体加速度和动位移影响较小;动剪应力极值出现在建基面附近,向坝坡及坝顶方向逐渐减小,随着堆积坝标高的上升,坝体剪应力极值增大;在动力作用下,尾矿库现状坝体和1 375 m标高坝体没有出现贯通性液化区域,1 375 m标高坝体动力稳定安全系数较现状坝体安全系数有所降低,但均能满足抗滑稳定要求,尾矿库扩大放矿规模后坝体整体是安全可靠的。     

基于坝体深部双向多点位移监测的尾矿坝稳定性分析

在尾矿堆积过程中,尾矿坝处在重力、外部荷载、水力渗流等多重复杂应力环境下,坝体稳定性受到严重影响,常规的监测手段无法适应兰亭尾矿坝监测区域广、含水量高、位移变化大的特点。基于此,研发了新型的"大量程-防冲击"坝体深部双向多点位移监测装置,对尾矿堆积过程中的尾矿坝的变形进行了实时监测,从局部和整体对坝体的稳定性进行了分析,并提出了工程建议。     

尾矿坝地震反应分析及抗震措施研究

采用动力非线性有限元法, 分析了尾矿坝地震反应、超孔隙水压力的发展过程和变形特征, 研究了土工织物减小尾矿坝地震变形的效果。分析结果表明, 坝顶加速度峰值相对于输入加速度峰值放大1.4倍, 地震变形主要集中于下游坡。坝体中超孔隙水压力开始时段迅速增大, 随后趋向平稳。从坝坡表面往下, 超孔隙水压力比逐渐减小, 且上游坡的超孔隙水压力比大于下游坡的。下游坡子坝区铺设土工织物有效地减小了坝体地震变形。最后提出了一种尾矿坝综合抗震措施, 即在子坝区铺设土工织物, 初期坝外坡施加反压体, 初期坝坝基易液化土层被夯实, 计算结果说明综合抗震措施起到了较好的抗震效果, 可为尾矿坝抗震设计提供参考。     

尾矿坝抗滑稳定性及影响因素敏感度分析研究

根据尾矿坝抗滑稳定性与坝体材料特性之间的变化关系,采用瑞典圆弧法对某尾矿坝进行抗滑稳定性计算,并对影响坝体稳定性的材料特性进行了敏感度分析。分析结果表明,坝体抗滑稳定性对坝体材料的摩擦角、内聚力和库内浸润线最为敏感,且敏感程度大小不一,为尾矿坝体设计提供了依据。     

子坝高度对膏体尾矿初期坝坝体稳定性的影响

由于尾矿排放量的急剧增加,有必要在一些尾矿库上筑建子坝,扩大库容,但随着坝体高度的增大,在一定程度上影响了坝体稳定性。为此,以内蒙古某尾矿库为例,首先基于太沙基地基极限承载力公式计算了膏体尾矿沉积固结后具有的承载力以及不同高度的子坝对基底产生的应力;然后利用Geo-studio软件的slope模块分析了膏体尾矿沉积固结后在其上建5,7,9 m高度子坝的坝体稳定性,结果表明,坝体安全系数虽有所降低,但大于1.2,满足现有规范。研究表明:(1)膏体尾矿沉积固结后在垂直方向总体呈现上软下硬的特征,在水平方向呈坝前硬、向库内逐渐变软的特征;(2)子坝越高,在基底产生的应力越大,故该膏体尾矿库所筑的子坝高度不宜超过9 m;(3)待膏体尾矿入库固结后,可在库上继续筑子坝,子坝的高度需经计算方可确定,但膏体尾矿的上部固结速度较慢,若需赶工期,则需进行坝基处理,以达到筑子坝的地基承载力要求;(4)膏体尾矿在未固结之前,应视为软土地基,而膏体尾矿软基处理技术仍需进一步研究。     

高尾矿堆积坝动力稳定计算分析

高尾矿堆积坝的坝体稳定问题尤其是动力稳定问题越来越受到行业和监管部门的重视,并取得一定发展。以正在运行的某200 m高尾矿坝为例,运用Geo-Studio软件的Quake模块建立高尾矿堆积坝的动力反应计算分析有限元模型,对坝体进行动力稳定性模拟分析。在静力有限元计算结果的基础上,计算随时程变化的坝体最小安全系数以及坝体永久变形,确定了地震波作用下的尾矿坝液化区域,提出了提高尾矿坝抗震液化的相关建议,为确保尾矿坝的安全运行提供了理论依据,可作为类似工程的参考。     

基于渗流与应力耦合的尾矿坝稳定性分析

针对尾矿库坝体加高影响其稳定性的问题,基于有限差分法采用渗流与应力耦合模型,对某尾矿坝在4种不同工况下进行渗流场和静力场分析。渗流场计算结果表明:加高坝体在洪水位工况下,坝体内自由面比现状坝洪水位工况升高很多,浸润线最小埋深为5.88 m,小于规范规定的最小埋置深度6~8m,加高坝体在洪水位工况是不安全的,需采取加固措施。应力场计算结果表明:加高坝体洪水位工况下,初期坝坝脚外坡处应力水平值为0.8,坝坡靠近堆积坝坝顶处应力水平值为0.75,应力水平过大,需采取加固和排渗措施,分析结果与渗流场分析结果一致。     

坝体防排渗工艺在青山尾矿库的应用

青山尾矿库2#副坝采用上游法筑坝,初期坝为透水堆石坝,坝基埋在强风化花岗闪长岩中,该岩石埋深大、遇水易软化,导致清基工程量大,制约坝体的安全堆筑。根据坝基工程地质情况,结合坝基防渗帷幕、坝基HDPE土工膜全防渗、尾矿堆积坝水平垂直联合排渗等施工工艺、优化了坝基基础开挖设计方案,实施了坝体防排渗系统,消除了坝体渗流的不利影响,极大地降低了筑坝清基工程量和工程建设费用,确保了坝体的安全堆筑。     

某上游法尾矿高堆坝液化及地震永久变形分析

采用有效应力动力分析方法,结合抗液化剪应力法基本理论和地震永久变形理论,运用大型岩土分析软件Geo-Studio,对某典型上游法尾矿高堆坝进行了地震动力分析,计算出了在8度地震作用下尾矿堆积坝的液化范围和永久变形,并给出了相应的加固措施,为该尾矿坝在高烈度地震区的设计及管理提供参考,同时可为类似工程提供借鉴。     

玲珑金矿尾矿坝Duncan-Chang非线性静力计算分析

介绍了利用Duncan-Chang双曲线E-模型,对尾矿坝初始静力状态进行非线性计算分析的基本原理和计算过程.根据工程地质环境、土体物理力学特性,以主坝中心为剖面建立几何模型.采用GeoStudio软件Duncan-Chang双曲线E-模型,对玲珑金矿尾矿坝进行了非线性静力计算,得到了静力状态下坝内最大主应力、最小主应力、水平和垂直位移、应力水平、最大剪应力和剪应变、最大XY方向剪应力和剪应变,并结合计算结果,对玲珑金矿尾矿坝静力状态稳定性进行了细致分析.     

基于Geo-studio的尾矿坝渗流及地震动力响应研究

利用Geo-studio软件, 对尾矿坝的稳态渗流和地震动力响应进行了计算。结果表明, 2个计算断面在正常水位和洪水位运行时的浸润线埋深均较浅, 坝体自由面较高, 水力坡降值在初期坝下游靠近坝基部位最大, 超过规范值, 水从初期坝坝面溢出, 可能发生流土或管涌; 动力加速度在2个断面均未呈现明显放大, 动应力只在局部区域出现较大值, 坝体整体动力稳定性较高; 地震响应下, 最终坝高不发生液化, 二级子坝库区局部发生液化, 坝体整体不会出现液化造成的动力破坏。鉴于初期坝下游坝基水力坡降较大, 建议采取坝体深部排水措施(如水平排水管、辐射井等), 降低坝体的自由面, 提高坝体稳定性, 有效杜绝渗透破坏乃至溃坝事件。     

基于QUAKE/W模型的尾矿库地震动力响应研究

为研究尾矿库地震动力响应,以我国广东某山谷型尾矿库为对象,运用GEO-studio软件中QUAKE/W模块,建立本构模型研究坝体在初始稳定状态和动力响应状态的变化情况并根据震后液化区判断坝体是否会发生液化,提出应对措施。结果表明:在库区地震设防烈度6度工况下,发生地震前后总应力、有效应力、剪应力没有明显变化;尾矿库不同位置孔隙水压力均有升高,相对升高值与地震时间呈线性关系;液化出现在大坝坡脚处,应力集中,发生液化会对坝体稳定性产生很大影响。建议增强两侧坝基和坡脚的稳定性,为尾矿坝安全运行增加保障。     

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。     

尾矿坝稳定性物理模型试验研究

以西石门铁矿生产的尾矿砂作为试验材料,通过自行研制的尾矿坝物理模型试验装置,按照室内小比尺堆积尾矿坝模型。加压试验导致坝体内产生高孔隙水压力,而浸润线上升幅度及影响范围较小,表明由于坝体继续堆高引起尾砂液化从而导致坝体失稳的风险不大。坝体位移监测结果表明尾矿坝中部变形最大,该区域为尾矿坝体失稳及采取工程措施的关键部位,坝体稳定存在1个临界高度,当超过其高度会使变形急剧增大,引起坝体失稳。因此在实际工程中应充分重视这一临界高度,并采取相应的工程措施。     

基于QUAKE/W的尾矿库地震动力响应研究

为研究尾矿库地震动力响应，以我国广东某山谷型尾矿库为对象，运用GEO-studio软件中QUAKE/W模块，建立本构模型研究坝体在初始稳定状态和动力响应状态的变化情况并根据震后液化区判断坝体是否会发生液化，提出应对措施。结果表明：在库区地震设防烈度6度工况下，发生地震前后总应力、有效应力、剪应力没有明显变化；尾矿库不同位置孔隙水压力均有升高相对升高值与地震时间呈线性关系；液化出现在大坝坡脚处，应力集中，发生液化会对坝体稳定性产生很大影响。建议增强两侧坝基和坡脚的稳定性，为此尾矿坝安全运行增加保障。     

鞍钢齐大山尾矿坝动力响应分析

针对尾矿坝的动力响应问题, 基于完全非线性动力分析理论, 利用有限差分软件FLAC^3D, 分析计算了尾矿坝地震响应, 获得了尾矿坝在地震作用下的加速度放大系数、动位移、有效应力及库区液化的动力响应特性。结果表明, 在静力作用下, 尾矿坝整体处于稳定状态, 稳定性系数为1.71。在动力荷载作用下, 竖直方向和水平方向加速度放大系数分别为2.86和2.1, 有效应力不大, 具有较大的安全储备; 坝体水平向位移变化不大, 且液化范围较小, 不影响尾矿坝的整体稳定性。     

超细粒尾矿堆积坝动力反应分析

以陕西省汉中市某超细粒尾矿后期子坝为例,利用Geo-Studio软件的quake模块建立了细粒尾矿高堆坝的动力反应分析模型,并对坝体动力稳定性进行了数值模拟。对坝体中不同部位的地震反应加速度、位移随时间的变化情况进行了分析,计算了坝体永久变形,确定了尾矿坝液化区域,在此基础上提出了防止细粒尾矿坝液化的相关建议,为确保尾矿坝的正常运行和稳定性提供了理论依据,也为类似工程提供参考。