模型试验与数值模拟对尾矿坝稳定性综合预测

为探析设计中的小打鹅尾矿坝在未来运行中的稳定性,遂以小打鹅尾矿库设计资料为依据,采用尾矿坝堆坝物理模型试验方法模拟了该尾矿坝堆积的全过程,探析尾矿颗粒在库内的分布与沉积特征、坝体浸润线的埋深及变化规律,在此基础上运用ANsYS非线性软件对该尾矿坝在正常运行和洪水运行两种工况条件下进行数值模拟,综合预测了尾矿坝在未来运行中的稳定性.结果表明:堆坝初期干滩面较短;堆坝中后期浸润线埋深基本保持在6～10 cm下相对稳定的位置;水流对尾矿的分选作用不很明显,在库水位置尾矿出现明显细化现象;正常运行下坝体是稳定的,洪水情况下坝体浸润线偏高、受力较大,相对比较危险,必须采取相应排渗措施.     

某尾矿坝稳定性分析

为保证尾矿库的安全生产,需对尾矿坝进行中期的系统稳定性评价.对尾矿坝进行二维稳定渗流分析来计算其浸润线,再对尾矿库坝体在三种荷载组合下进行稳定性分析,最后对该尾矿坝进行压坡处理,并对处理后的坝坡稳定性进行评价.结果表明:浸润线没有从坝坡出溢,水力坡降不大,渗流稳定.在现状正常运行和洪水运行条件下,该尾矿坝的稳定性系数均大于规范要求的最小安全系数,是安全稳定的.经过计算,特殊运行条件下(最高洪水位+坝体自重+地震的荷载组合),尾矿坝的坝体稳定性系数小于规范要求的最小安全系数,该尾矿坝的稳定性在特殊情况下运行是不稳定的.因此针对该尾矿坝进行压坡处理,并对处理后的坝坡稳定性进行了重新评价,评价结果显示该加固处理措施是有效的.     

地震作用下者拉母箐尾矿坝稳定性分析

尾矿库堆积坝是矿山生产设施的重要组成部分,坝体稳定性不足引起的溃坝事件是尾矿库的一种严重病患。采用不排水有效应力法对者拉母箐尾矿坝进行了地震响应分析,计算了尾矿坝在地震作用下的安全系数。分析得出安全系数满足规范要求,者拉母箐尾矿坝在8度地震作用下是稳定的。这种分析方法也为尾矿坝的稳定性评价提供了参考。     

尾矿坝加高渗流和液化稳定性分析

 尾矿库加高扩容,需对尾矿坝进行稳定性评价。依钻孔资料,结合加高设计方案,建立尾矿坝地质模型。对洪水及地震作用双重工况下,应用强度折减法进行了尾矿坝渗流稳定性、静力稳定性和动力液化稳定性计算。结果表明,浸润线没有从坝坡出溢,渗流稳定。从坝体动力反应及液化结果得出该坝是动力稳定的,安全系数满足规范要求。本研究基于有效应力原理,结果对尾矿坝渗流、静力及动力稳定性评价方面有一定的借鉴意义。     

基于ANSYS软件的尾矿坝稳定性有限元分析

确保尾矿坝稳定对安全生产和防治地质灾害具有重要意义。针对瑞昌铜岭遗址尾矿库,在查明工程地质特性的基础上,采用有限元软件Ansys建立地质模型,对尾矿坝的稳定性进行模拟计算。模型结果表明现阶段坝体正常运行和洪水运行时稳定系数分别为1.38和1.09,均处于稳定状态。从塑性变形云图来看,坝体稳定性破坏模式为坝体底部塑性应变贯通导致坝体滑移失稳,应适当加强尾矿坝底部护坡。     

尾矿坝稳定性分析

为了尾矿库的安全生产,需对尾矿坝进行中期的系统稳定性评价,采用数值方法针对具体工程实例进行渗流稳定性、静力稳定性和动力稳定性计算,结果表明:浸润线没有从坝坡出溢,水力坡降不大,渗流稳定.安全系数满足规范要求,坝体是静力稳定的.从坝体动力反应及液化结果得出该坝是动力稳定的.同时提供了一条稳定性评价的完整路线,用数值模拟方式对尾矿坝的计算有一定参考价值和指导意义.     

某铜矿尾矿砂力学特性和尾矿坝变形稳定性分析

以云南某铜矿拟建中线法尾矿坝为研究对象,对底流、溢流2种尾矿砂进行了物理力学特性试验,获得了其物理力学指标并应用于尾矿坝数值分析。得到了尾矿坝的应力变形特性,不同堆积高程、不同工况下尾矿坝的安全稳定性。结果表明,底流、溢流2种尾矿砂无明显剪胀;坝体内以压应力为主;高堆积高程,地震荷载作用下坝体稳定安全储备不足;浸润线降低明显提高坝体稳定性。分析结果可为尾矿坝设计提供参考。     

小打鹅尾矿库尾矿堆积坝稳定性研究

由于小打鹅尾矿库区地形条件限制,使得该尾矿库存在"两高一快"的特殊性.为了确保尾矿库工程安全可靠,在尾矿库初步设计完成后,采用物理模型实验、数值模拟和理论分析方法,分析和研究了尾矿堆积坝的稳定性,获得了尾矿堆积坝的结构组成、设置坝体排渗设施与不设排渗设施条件下尾矿坝渗流场的变化规律,以及不同工况下尾矿坝的稳定性等成果.这些研究成果为该尾矿库的设计和安全生产管理提供了科学依据.至今该尾矿库已安全运行五年多,一切正常.     

基于灰色关联度和变权理论的地震条件下铀尾矿库群坝安全评价研究

为了解决在极端条件(地震)下尾矿库坝体稳定性的安全评价问题,提出灰色关联度与变权理论相结合的评价模型。以南方某铀尾矿库为例,将10个坝体依据尾矿堆坝坡、抗剪切强度、孔隙度、含水量四个方面进行指标取值;最后,利用灰色关联度与变权理论计算出各坝体稳定性关联度指标并进行排序,结果表明:在南方某铀尾矿库的10个坝中,第一拦水坝(1~#坝)的稳定性最好,初期坝(6~#坝)和战斗坝(5~#坝)的稳定性排在末位。     

某尾矿库的渗流与稳定数值计算分析

运用有限元数值分析方法,对某尾矿库的渗流与稳定进行模拟计算,得到在正常水位运行和洪水水位运行两种工况下库区地下渗流的分布规律、浸润线的位置和尾矿坝的安全系数,根据渗流与稳定的计算结果,对该尾矿库的安全稳定性进行了评价。     

急降雨对尾矿堆积子坝溃坝影响的试验研究

为探究尾矿堆积子坝在不同降雨量作用下的溃坝反应,以湖南某尾矿堆积子坝中尾砂为试验材料,采用自制的尾矿子坝溃决破坏试验装置,探究尾矿在下游运移的长度和淹没高度与降雨的关系.试验结果表明:1)不同降雨工况下,尾砂下游运移长度和淹没高度呈现不同状态.在距离原子坝较远处,随降雨量的增加,溃坝运移距离和淹没高度都相应增加.2)试验中降雨强度取0、20、40、60和80 mm/h,近坝体部位降雨强度为60 mm/h时对子坝危害最严重,较远处降雨强度为80 mm/h时对下游危害严重.3)近坝体处,降雨强度为0和20 mm/h时淹没高度较接近,降雨强度为40 mm/h和80 mm/h较接近;稍远处降雨强度60 mm/h和80 mm/h较接近.研究成果为急降雨导致尾矿子坝呈现不同的破坏状态,进而溃坝这一灾害的演进提供参考,对加强子坝防护,增加坝体整体安全等级措施方面提供依据.     

尾矿库溃坝事故风险因素分析

针对尾矿库溃坝事故,选用国内外历史尾矿库溃坝事故数据,利用非线性回归分析方法,通过建立一系列的关系函数,对影响尾矿库溃坝后果的主要因素进行分析,确定了尾矿库溃坝事故的风险因素为尾矿库的坝高和容积.在尾矿库的建设、运行过程中,要重点加强对尾矿库的坝高和容积的限制,减少尾矿库潜在溃坝风险.     

ANSYS软件在尾矿坝浸润线中的应用

针对尾矿坝的安全现状,特别是由于水的原因引起坝体产生渗流而导致的失稳溃坝.为了得到尾矿坝的浸润线位置以及安全控制范围,运用大型软件Ansys分析了尾矿坝不同标高时的浸润线位置及变化情况,采用水上和水下不同的物理力学参数来分别计算.结果表明:该尾矿坝溢出点均在初期坝坝顶,此处容易发生管涌导致垮塌事故,须采取相应排渗措施,来降低坝体浸润线,从而保证坝体的稳定性;分析结果为尾矿坝以后的设计和安全检测提供了一定的理论依据,具有重要的借鉴意义.     

铀尾矿砂基质吸力对铀尾矿坝力学性能影响试验探究

通过对某铀尾矿库坝体材料现场取样和室内土工试验,进行应变直剪试验,得到铀尾矿砂不同含水率下最大剪应力的实验数据。结果表明:随着含水率的增大,非饱和铀尾矿砂的基质吸力在逐渐减小,黏聚力与内摩擦角随含水率的增大呈先增大后变小的变化规律。根据基质吸力对铀尾矿库坝体剪应力的变化规律,随着基质吸力的逐渐减小,剪应力先增大后减小。     

王家坪尾矿库库水顶托对栗西尾矿库渗流稳定性的影响

王家坪尾矿库位于栗西尾矿库下游,其运行后将淹没栗西尾矿库初期坝,进而对栗西尾矿库形成顶托作用,显著影响栗西尾矿库坝体渗流稳定性。基于三维渗流有限元理论,研究拟定排渗方案下,不同库水顶托作用对栗西尾矿库地下水埋深的影响。研究表明,顶托作用对栗西尾矿库主坝体内浸润线埋深影响很小,但对初期坝内水位影响很大。本文研究为其他类似工程的建设提供了有益的借鉴。     

攀钢马家田尾矿特性研究

从马家田尾矿堆积坝的岩土工程勘察、试验的大量数据出发，深入分析了堆积坝体水化学场和尾矿砂土性状、堆积特性及其变化规律，研究了马家田尾矿砂土的分布规律、物理力学性质变化规律，初步揭示了马家田尾矿砂土具有较高的抗剪强度。     

不同粒级与结构铁尾矿渗透破坏模式判别方法

渗透破坏是引起尾矿坝事故的重要原因。渗透破坏模式不同，影响也不尽相同。有必要对其判别方法进行研究，进而有效预判可能发生的尾矿坝渗透破坏形式，从而更为有效的保护尾矿坝下游人员的生命与财产安全。通过开展铁尾矿的渗透破坏试验，电镜扫描观测，显微镜观测，对细颗粒含量与结构影响下的铁尾矿渗透破坏模式进行了分析。研究表明：1）应用现行的一些渗透破坏模式判别方法对铁尾矿渗透破坏模式进行判别时，其准确性降低。2）以达西定律为基础，提出采用渗透系数对平均孔隙直径进行计算的方法，这种方法可以有效计算均匀尾矿的平均孔隙直径，沉积尾矿粗、细粒层的平均孔隙直径。为后续尾矿渗透破坏模式的判别提供有力依据。3）提出了适用于铁尾矿的渗透破坏模式判别方法。对不同粒级与结构铁尾矿的渗透破坏模式判别准确性较高。开展砂槽试验，在较大尺度范围上对提出的铁尾矿渗透破坏模式判别方法进行了验证，结果较为准确。研究成果对维持尾矿坝安全运行具有一定指导意义。     

尾矿坝变形细观力学机理的颗粒流数值模拟

以新建四川省盐源县平川铁矿黄草坪尾矿库为工程背景,通过堆坝模型试验与室内土工试验,获得尾矿坝干滩面几何特征、颗粒分布规律及尾矿力学性质。基于离散元理论,采用PFC2D数值模拟软件进行双轴试验,与土工试验结果对比,得到尾矿细观力学参数,并分析尾矿坝颗粒接触力分布、颗粒位移与坝体结构变形特征。结果显示:1)初期坝中颗粒间接触力较大,形成的力链大致呈45°倾斜向上;坝体尾矿颗粒接触力随着埋深的增加而增大,在基岩凸起处接触力较大且集中。2)初期坝颗粒位移不明显,堆积坝少数尾矿颗粒沿坡面向下滚动,具有较大位移;尾矿堆积坝存在较为典型的滑移面,滑移面上部区域颗粒位移较大。3)初期坝结构变化不明显,尾矿堆积坝中靠近初期坝内坡面附近结构变形显著。     

考虑弱化效应的加高扩容尾矿坝地震可靠度分析及风险评价

地震荷载下的坝体稳定性及溃坝风险始终是岩土工程界的研究重点之一。本文引入弱化系数考虑地震对尾矿坝筑坝材料的弱化效应，采用极限平衡拟静力法与光滑粒子流体动力学方法结合进行尾矿坝地震可靠度分析及风险评价。利用极限平衡拟静力法与蒙特卡罗方法寻求可能的失效样本，进而采用自主研发的SPH程序模拟失效样本下尾矿坝失稳过程以及最终堆积状态，引入临界位移值确定滑动面积以评估尾矿坝的失效后果。应用本文方法对云南某一加高扩容尾矿坝的稳定性及风险进行了评价，算例分析表明：随尾矿坝扩容高度的上升，旧坝的稳定性基本保持不变，而新坝的稳定性持续降低，扩容高度完成后，尾矿坝最小安全系数与规范要求值接近，需要重点关注其稳定性。可靠度分析结果表明：当尾矿坝筑坝材料变异系数为0.1时，其相应的失效概率为1%，该失效概率值的变异系数约为0.3。不考虑地震作用对筑坝材料的弱化效应，扩容尾矿坝的失稳风险为309.17m2，考虑弱化效应后，随弱化系数减小，扩容尾矿坝的失稳风险增大。随着弱化系数的减小，临界位移值对失稳风险的影响逐渐减弱，弱化系数大于0.5时，临界位移值对扩容尾矿坝的失稳风险影响显著。