渗流-应力耦合作用下尾矿库稳定性的三维数值分析

尾矿坝稳定性分析对尾矿库运行具有重要的意义,数值模型的建立是尾矿库稳定性分析的关键因素之一。根据某尾矿库工程实际,利用3Dmine与Midas/GTS软件建立了三维数值模型,基于渗流-应力耦合机理,研究了干滩长度对尾矿库坝体稳定性的影响机理。结果表明:1)渗流作用对尾矿库稳定性影响较大;2)在渗流-应力耦合作用下,随干滩长度减小,尾矿坝孔隙水压力逐渐增大,而整体位移量逐渐减小,最大位移区域从尾黏土层逐渐扩大到尾粉土层,尾矿库安全系数逐渐减小;3)得出了适用于该尾矿库的干滩长度与安全系数之间的函数关系。数值模拟结果显示,洪水工况下尾矿库安全系数为1.112 5,小于《尾矿库安全技术规程》规定的二等坝安全系数1.15。因此,应加强尾矿库的安全管理,以保障尾矿库后期的安全运行。     

富家坞尾矿初期坝坝体稳定性分析及其灾害防治研究

尾矿初期坝的安全运行是保证尾矿库稳定的前提条件。针对富家坞尾矿初期坝局部已出现喷射状渗流并伴有尾矿外泄现象,基于现场调查,分析了尾矿初期坝坝体的组成结构、开展了不同工况下的坝体稳定性研究,并探讨了坝体的灾害防治措施。研究结果表明:尾矿初期坝坝体上部碎石含量少,岩土体强度较高,但其漏水现象较明显;而其下部块石堆砌杂乱,岩土体强度相对较低;针对尾矿初期坝坝体建造质量差,部分已出现贯穿性渗流的坝体宜采用注浆方式进行加固,但其注浆压力不宜超过0.2 MPa。研究成果能为富家坞尾矿库的灾害防治提供理论依据。     

某尾矿坝稳定性数值分析

基于某尾矿库目前标高和最终标高的概化模型,在正常水位和洪水位两种工况下,采用GeoStudio软件中的SEEP/W模块进行渗流场模拟,并应用SLOPE/W模块对每种条件下尾矿坝的稳定性进行数值计算,得到最危险滑动面和最小抗滑稳定系数。结果表明,在排渗设施正常工作的情况下,尾矿坝边坡稳定性均满足规范要求的最小安全系数,但终高洪水位时坝体安全系数的富余不是很大。同时验证了尾矿坝安全系数随着库内水位的上升以及浸润线深度的变化规律。     

基于FLAC~(3D)尾矿坝几何尺寸对渗流场的影响分析

针对尾矿坝几何尺寸对渗流场的影响,基于FLAC~(3D)显式有限差分法对不同尾矿堆坝坝高、尾矿砂分层线及初期坝坝高等17种不同工况对坝体内浸润线的影响作了系统的分析。结果表明:尾矿堆坝坝高对坝体上游浸润线影响不明显,对坝体下游浸润线的位置影响较大,在尾矿坝运行中后期,随堆坝高度的增加尾矿砂分层线对坝体下游浸润线的位置影响较大,所以合理的放矿工艺可以有效降低浸润线的高度;随着初期坝的升高,浸润线在初期坝上游坡面的逸出点逐渐降低,且浸润线在坝坡处的最小埋置深度逐渐增大,其计算结果可为初期坝的设计提供参考依据。     

某铀尾矿库坝体渗透破坏力学因素分析及试验探究

由于铀尾矿库坝体尾矿砂的碎散性和多相性,渗流作用下相互接触的土颗粒组成的"土骨架"出现的变形或破坏一直受到高度重视,但对其渗透破坏的影响参数试验研究较少。铀尾矿坝体的粗粒土粒径级配不均匀系数、含水率不同的抗剪强度等是影响临界水力坡降的主要因素。在试验的基础上,通过分析得出铀尾矿砂颗粒均匀且级配良好、含水率为26%～34%的粗粒土渗透破坏坡降,比颗粒不均匀、含水率不佳的粗粒土渗透破坏坡降明显提高的结论。     

降雨条件下尾矿坝饱和-半饱和渗流模拟分析

降雨条件下,由于渗透压力的存在,降低了尾矿坝坝坡的整体稳定性,可能产生坝体自身的变形和破坏,甚至导致尾矿库溃坝发生.针对某尾矿库,分析了降雨条件下对尾矿坝渗流及稳定的影响,运用饱和-非饱和渗流理论及降雨入渗理论,分析了尾矿坝渗流场的变化过程,根据计算出来的瞬态渗流场,利用非饱和尾砂抗剪强度理论,对尾矿坝的瞬态稳定性进行了分析.研究成果对于提高尾矿坝降雨条件下安全运行,降低尾矿库溃坝事故发生率具有重要意义.     

基于GeoStudio的某加高扩容尾矿坝稳定性分析

模拟正常水位工况、特大暴雨工况和特殊工况3种条件,采用GeoStudio中的渗流和地震计算模块在不同设计工况下进行数值计算,建立某加高改造扩容后的尾矿库模型,并计算其相应的安全系数。分析结果表明:3种工况下的尾矿坝坝体均处于稳定状态,满足规范要求,特大暴雨工况时的浸润线位置随着降雨明显抬高;但在特大暴雨工况+地震工况时,尾矿坝坝体安全储备不是很大。根据建立的加高扩容尾矿坝模型对尾矿库安全运行提出了相应的建议。     

某高尾矿坝设计期渗流与稳定分析

针对某上游式高尾矿坝，采用经验类推方法概化了尾矿坝沉积地层分布。根据经验及相关勘察报告估计了尾矿坝不同分区渗透系数，采用二维及三维有限元方法计算了尾矿坝在汛期和正常运行期不同干滩长度条件下渗流场分布，分别对堆积坝分段变坡及初期坝外甩尾碎石所形成的大型反压平台对渗流场及抗滑稳定的影响做了评估，给出了尾矿坝在不同工况下的渗透稳定性评估结果及抗滑稳定安全系数，为尾矿坝设计提供了依据。     

尾矿库初期坝稳定性的合成孔径雷达干涉变形检测与流固耦合数值模拟分析

某尾矿库初期坝采用分段施工,可能产生不均匀沉降,影响坝体的稳定性。采用孔径雷达干涉技术对尾矿库初期坝进行了短期变形速率观测,得出坝体右侧的后期填筑区域整体上与主体仍能够基本保持同步沉降。建立了三维流固耦合模型,分析了尾矿库初期坝的静力稳定性和渗流稳定性,结果表明:初期坝体的水平位移和竖向位移都在安全范围之内,考虑水和尾砂的共同作用,后期堆积坝堆积至1765m高程时,坝体顶部和后期回填区域,存在小量位移变形,静态稳定性安全系数达到2.25,初期坝能够保持稳定。     

降雨条件下尾矿边坡稳定性规律模拟研究

以四川省盐源县平川铁矿黄草坪尾矿库为研究对象,以圆弧形滑动面为计算模型,采用Bishop法和瑞典法,应用SLIDE软件对四川省盐源县平川铁矿黄草坪尾矿库进行静力稳定性数值分析,得出黄草坪尾矿库在不同坝高的坡面条件下,正常工况、洪水工况及特殊工况下的稳定安全系数,并且对黄草坪尾矿库在不同降雨条件下,不同坝高的稳定安全系数规律进行总结,该稳定性规律可为尾矿坝设计与安全建设提供技术支撑。     

尾矿砂介质渗流过程诱发声发射信号特征试验研究*

为了对渗流状态进行预测预报,从而预防渗透破坏事故的发生,基于地下水位上升、不同尾矿砂粒径以及渗流速度诱发的弹性波信号,采用声发射技术对尾矿砂介质的渗流状态进行监测。由800,1 100,1 400 mm 3种不同水头高度（流速）下的水流分别渗入0.1~0.25,0.25~0.5,0.5~1 mm以及混合粒径的尾矿砂介质中,模拟尾矿坝渗流,监测渗流过程的AE信号,分析液面上升、不同粒径尾矿砂颗粒以及不同流速下的渗流AE信号特征。结果表明:在试验所选用的几组粒径中,流速相同时,粒径较大的尾矿砂渗流产生的AE事件数量多、幅值大,即粒径越大,尾矿砂渗流过程的AE信号越强;同一粒径下,流速越小,渗流产生的AE信号幅值越小,AE事件数越少,即流速越小,尾矿砂渗流过程的AE信号越弱;液面上升过程中,在液面位置处产生的AE信号最强,且AE信号随液面位置与传感器距离而变化,越接近传感器AE信号越强,这表明AE技术能够较为准确地监测渗流过程中液面上升。研究结果可为尾矿坝渗流监测提供理论与技术支持。     

吊水壶尾矿坝渗流特性三维有限元分析

本文结合工程实例,以吊水壶尾矿坝为背景,建立现状尾矿坝三维模型,利用三维有限元法反演分析现状尾矿坝的渗流场,将计算结果与勘察的浸润面对比分析,验证模型的可靠性和合理性。基于此模型建立加高后的尾矿坝三维模型,计算正常蓄水位和设计洪水位两种工况下的渗流场,分析坝体浸润面埋深、滩长、渗流坡降等,结果表明,不设排渗措施时,尾矿坝干滩长度、浸润面埋深均能满足规范要求,而且尖流性态良好,满足渗透稳定。提出该尾矿坎可通过加高工程来进行渗流控制的建议。     

尾矿坝静力稳定分析的探讨与建议

尾矿坝不同于传统水库土石坝,不应完全按照传统土石坝的稳定分析方法。探讨了上游式尾矿坝静力稳定分析中的常见问题,分析了尾矿坝中孔隙水压力与超孔隙水压力来源,提出dp不大于005mm的尾矿坝年上升速率应不大于20m/a,对于上升速度过快的尾矿坝内应增设排水设施,以利于超孔隙水压力及时消散。在抗滑稳定分析方面,依据土力学的基本原理,明确了有效应力与总应力稳定分析方法的适用条件,将尾矿坝生命周期初期坝施工结束期、堆坝期、退役期等三个阶段,分别采用不同的稳定分析方法与强度参数。还讨论了尾矿坝中的两种特殊材料饱和松     

不同筋料对尾矿坝渗透特性影响规律研究

铺设加筋材料作为一种普遍使用的提高土体或坝体稳定性的工程措施,在提高坝 体力学强度的同时,在筋带处形成的混合体也改变了尾矿砂自身的渗透特性。采用理论 分析、渗透试验和数值模拟相结合的研究手段,探析了不同筋带密度下土工格栅与土工 织物对尾矿砂渗透系数的影响。结果表明:土工格栅与土工织物两种加筋方式均会使尾 矿砂渗透系数减小;土工织物加筋在渗流时会阻挡细粒组运移,有效避免细粒组随渗透 水流出,从而降低试件渗透系数;土工格栅则通过横肋对尾矿砂颗粒的嵌锁作用阻滞颗 粒运移,致使渗流过程中孔隙扩展变弱,最终达到降低渗透系数的作用。研究成果加深 了对加筋尾矿坝渗透规律的认识,为研究加筋尾矿坝的稳定性提供了新的思路。     

基于无人机建模的尾矿库溃坝事故推演*

为诠释尾矿库溃坝后水砂演进过程,提升尾矿库事故灾害应急处置能力,采用无人机倾斜摄影技术获取尾矿库全息影像,建立尾矿库三维数字高程模型,导入三维流体计算软件对尾矿库进行溃坝事故推演。结果表明:尾矿库实景三维模型能高精度还原尾矿库实际情况,尾矿库溃坝将淹没库区临时厂房建筑及下游村落;其中,上游沟谷临时厂房建筑水位高程最大达8 m,尾砂淤积厚度最高达10.5 m,下游沟谷村落水位高程最大达10 m,尾砂淤积厚度最高达2.5 m;通过对库区下游布设监测点,得出各监测点处水位高程和尾砂淤积厚度变化规律,分析溃坝主要影响区域。研究结果可为尾矿库风险防控、应急响应工作提供借鉴。     

浅谈尾矿坝削坡

尾矿库的安全稳定在矿山安全生产和环境保护中具有十分重要的意义,而尾矿坝的不利因素是导致安全事故的原因之一。通过对尾矿坝的分析,探讨了尾矿坝坡度对坝体稳定性的影响。结合相关案例,指出了存在的安全问题并提出了解决方案。     

尾矿库地震液化机理及抗震评估指标体系研究

2008年"5.12"汶川大地震中,四川、陕西和甘肃三省尾矿库均受到不同程度的破坏和影响。本文针对四川汶川地震造成灾区尾矿库排洪系统失效,坝基沉降,坝体滑坡、垮塌、开裂等现状,对尾矿库地震溃坝机理进行了分析,研究了地震作用机理和地震液化的影响因素;在此基础上,建立起用于评估尾矿库抗震能力和地震溃坝可能性的指标体系,指标体系考虑了地震强度、防洪、抗滑、抗渗透和安全管理五个方面,能够较为全面的分析和评估尾矿库在抗震方面的基本特性,并通过研究给出了各个指标的分级方法。该体系的建立为尾矿库抗震能力评估、避免特殊工况下尾矿库溃坝事故的发生具有一定应用价值,可为尾矿库运行期的安全管理提供依据。     

中线式尾矿库洪水漫顶溃坝演化规律模拟研究

为了解中线式尾矿库洪水漫顶溃坝的过程和机理,并提出可行的工程措施,以某中线式尾矿库及下游周边环境为研究对象,采用物理模型试验和数值模拟法对中线式与上游式尾矿库安全性进行对比研究。研究结果表明:由于中线式尾矿库外坝坡堆积粗尾砂的渗透系数偏大,其较上游式尾矿库溃口发展的速率更快,溃坝过程持续时间约14.5 h,坝顶被泄流冲刷形成的溃口宽约289 m,尾矿库下游沟道研究范围内尾矿淤积约871万m3,大量的尾矿仍滞留在库内;采用数值模拟得出的演化趋势与物理模型试验基本一致,但数值模拟计算的尾砂流动速度较快;在拦砂坝下游修建应急拦砂坝工程,物理模型试验表明拦滞尾矿洪水时间约38 min,数值模拟结果表明拦滞尾矿洪水时间约16 min,因此应急拦砂坝措施可有效延长应急逃生时间,减轻溃坝对下游居民的影响。     

流-固耦合作用下某尾矿库稳定性数值模拟研究

以南方某铀尾矿库为对象,利用COMSOL有限元软件开展某尾矿库在不同降雨强度下的稳定性分析。结果表明:在不同的降雨条件下,尾矿坝最先可能发生溃坝的是基岩与尾矿坝接触的尾端,其次是尾矿坝与基岩接触的地方。同时,随着降雨强度的增大,尾矿坝的稳定性也会随之下降,位移量会增大,溃坝的可能性也会变大。     

尾矿坝稳定性精细化评价方法的研究

尾矿库安全与否关系到下游居民生命财产与矿山生产的安全,必须确保其安全运行,因此,需要实时了解和掌握尾矿坝生产期间稳定性的动态演变特性及其安全性。针对现有评价方法的不足,借鉴边坡稳定性评价中精细化评价理论,结合尾矿坝体、基底及其筑坝特点,建立了尾矿坝精细化评价方法。并结合具体工程实例将新方法的评价结果与传统分析结果进行了对比与分析, 结果表明,精细化评价方法的评价结果具有更高的可靠性与精度高的特点,更加接近稳定状态的真值,从而为尾矿坝的安全评价与设计提供了决策依据。