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。     

大型尾矿坝加高过程三维渗流分析

采用三维有限元渗流和稳定性分析相结合的方法,对大型尾矿坝加高过程进行稳定性评价。分析结果表明:现状坝体的浸润线高度和渗流路线正常,稳定性系数满足要求,但安全储备量不大;加高坝体时浸润线高度变动不大,排渗设施对降低浸润线有重要作用。当坝高加高到100m坝高时,坝坡抗滑稳定安全系数稍小于规范值,继续增加坝高导致坝坡抗滑稳定系数与规定值差距较大,不满足规范要求。通过数值计算确定了尾矿坝加高限值为100m,并给出填筑过程的建议措施。     

基于Geo Studio的尾矿坝特殊运行条件下稳定性分析

汶川地震使得震区尾矿库发生不同程度破坏和溃坝事故,研究尾矿坝在特殊运行条件下稳定性尤为重要。在洪水位抬高坝体浸润线和地震的反复剪切破坏双重作用下,使得尾矿坝大面积发生液化,从而导致尾矿坝发生溃坝事故。首先,通过Seep/W模块对洪水位下尾矿坝渗流场进行分析;其次,Quake/W模块求解坝体初始应力状态;然后,Quake/W在输入汶川地震波进行地震动力响应分析;最后,运用Slope/W对坝体安全稳定性进行分析,求解出坝体潜在滑移面和最小安全系数。运用Geo Studio对坝体在特殊运行条件下进行数值分析,可掌握尾矿坝安全状况,得到的结果也符合实际情况。     

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。     

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.     

鑫洲铁矿尾矿坝稳定性分析

对中国黄金集团迁西鑫峪矿业鑫洲铁选场尾矿库进行了系统的稳定性评价,采用数值方法对渗流安全性能和坝体稳定性进行计算,结果表明:尾矿库浸润线最小埋深大于规程要求的深度,满足规程规定。初期坝体、终期坝体及副坝在各种工况条件下安全系数均高于规定要求,计算得出的抗滑稳定系数大于允许最小安全系数,能保证尾矿坝的稳定运行。     

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。     

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。     

綦江铁矿尾矿库加高扩容的稳定性研究

为研究尾矿库加高扩容以及浸润线升高对其稳定性的影响,以重庆綦江铁矿尾矿库为研究对象,利用瑞典条分法分别计算现有尾矿库及其加高扩容后在正常水位及洪水位状态下的安全系数。计算结果表明,现有尾矿库在正常水位及洪水位状态下安全系数分别为1.90、1.63,均大于规范所规定的最小安全系数1.1,洪水位状态下安全系数较正常水位降低14.21%;尾矿库加高扩容后在2种水位下安全系数分别为1.27、1.17,尾矿库加高扩容引起安全系数降低。尾矿库加高扩容及浸润线高度升高,导致尾矿库安全系数有较大降低,几乎没有安全储备,滑动面深度及滑体半径有显著增大。因此,建议尾矿库加高扩容后应控制尾矿库浸润线位置,同时增强保护措施,加强监测管理,规范运行,防止尾矿库发生垮塌事故。     

红河某尾矿库坝体渗流稳定性分析

我国以往尾矿库技术不足,许多尾矿库存在设计不当的问题,潜在危险高.对此以云南红河某尾矿库为研究对象,通过现场勘查并结合室内土工试验与力学试验得到尾矿体渗透系数及力学参数,基于Geo-studio软件,构建尾矿库数值分析模型,研究尾矿库的渗流规律并对尾矿库坝体稳定性进行计算分析.对结果分析得出:尾矿库坝体在正常运行、洪水...     

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...     

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。     

典型缺砂型中线式尾矿库砂量平衡分析及坝体安全研究北大核心

中线式尾矿库往往具有库容大、边坡稳定性高的优势,但由于对库内及库外砂量平衡关系有严格的要求,在我国工程应用相对较少。以某缺砂型中线式尾矿库为案例,结合尾砂旋流分级试验结果,分析了尾矿库总体筑坝砂量富裕与分阶段筑坝砂量存在欠缺之间的矛盾,采用改良坝轴线位置、下游废石填补、优化堆积坝外坡比等工艺技术措施,实现了尾砂中线式筑坝的顺利实施。在此基础上,对尾矿库进行了全面的空间渗流场模拟及坝体稳定性分析。结论表明:各工况下尾矿坝浸润线均相对较深,尾矿库具有较高的坝体本质安全度。     

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。     

长期运行尾矿库的排渗系统渗透特性的差异化反演分析

排渗系统是尾矿库的重要组成部分之一,对尾矿库的安全稳定有着重大影响.针对长期运行的上游式尾矿库排渗系统的渗透特性反演分析问题,考虑到系统不同位置排渗能力存在差异,提出了渗透特性差异化假定的反演分析.选取某已运行多年的上游式尾矿库,结合工程现状,建立三维有限元反演分析模型,基于可变容差法对排渗系统的渗透特性进行差异化反演...     

基于废石中线法的强震区高尾矿坝动力特性分析

为了解废石中线法应用于强震区高堆尾矿坝建设的动力特性及稳定情况,采用有限元方法对废石中线法尾矿坝体渗流、静力条件以及动力响应进行模拟。分析了坝体在地震荷载作用下的加速度响应、液化区范围及稳定性。计算结果表明,尾矿坝体浸润线低,9级地震设防条件下坝体液化区主要集中在库内,不能形成滑移通道;尾矿坝加速度反应较小,放大倍数为1.99;坝体动力时程最小安全系数为1.055,均能够满足相关规范要求。成果对于今后强震区高尾矿坝的设计、研究及抗震加固具有指导意义。     

排渗盲沟布置型式对某尾矿坝渗流稳定性影响的模拟分析

为探索不同排渗盲沟布置型式对尾矿坝渗流稳定性的影响,以某尾矿库为例,通过开展无盲沟、尾粉砂中布置水平向盲沟、尾粉砂中布置垂直向+水平向排渗盲沟、尾粉土中布置水平向盲沟、尾粉土中布置垂直向+水平向排渗盲沟5种布置型式下坝体渗流场、孔隙水压力及稳定性的模拟分析。研究结果表明：尾粉土中布置垂直向+水平向排渗盲沟对坝体浸润线埋深及安全系数影响最大,并给出了不同布置型式对尾矿坝渗流及稳定性影响的大小比较,为尾矿坝排渗设计提供参考依据。     

尾矿库堆积坝排渗设施在某尾矿库的应用

近些年受尾矿库选址及环境保护等政策的限制,新建尾矿库的工程投资明显增加,因此在原有堆坝高度上继续加高的工程增多,接近100～200 m级的高坝尾矿库大量涌现。为增加尾矿库的稳定性,以某尾矿库工程为例,坝体浸润线埋深较高,稳定计算不能满足相关规范要求。为有效降低浸润线,在堆积坝内采用大口辐射井和飘管相结合的排渗设施。经现场实际运行,排渗设施的应用对保证坝体稳定具有十分重要的作用。     

生态修复尾矿坝的边坡稳定性评价

当前的尾矿坝稳定性分析中，不考虑植物作用的影响，难以满足尾矿库综合治理的客观要求。以歪头山铁矿尾矿库为例，采集现场生态修复区的植物与根际土壤样品；制作灌木侧须根-土复合土，测定复合土的渗透系数和物理力学性质指标；测量植物生长参数，进行主根条拉伸实验；基于极限平衡法，计算在正常运行、洪水运行、特殊运行工况下，生态修复尾矿坝的浸润线及安全系数。结果表明：无植物体、植物侧须根加筋、植物侧须根加筋+主根锚固+自重等3种状态下，生态修复后尾矿坝的安全系数提高0.025~0.030，说明植物修复有利于坝体稳定，但影响仅限于表层，对整体稳定性影响有限；特殊工况比洪水工况的坝体安全系数略有降低，且随地震时程呈先减小后增加再减小的波动趋势；稳定性评价结果表明，该尾矿坝在3种运行工况下是安全稳定的。