地震作用下高堆尾矿坝永久变形与稳定性分析

综合采用时程分析法、整体变形分析法(等效节点力法和软化模量法)、极限平衡法等方法,以小打鹅尾矿库为例,分析了该高堆尾矿坝的永久变形和动力稳定性。分析了干滩面长度、尾矿堆积坝高度、设计地震加速度等影响因素对尾矿坝的安全系数和永久变形的影响,以及地震作用下尾矿坝安全系数的时程变化规律。结果表明:尾矿坝的地震永久变形与一般土石坝的存在差异,其水平方向的永久变形大于竖直方向的永久变形,且永久变形与坝高不一定呈单调递增关系;地震中尾矿坝的最小安全系数与各影响因素大体呈线性关系,而坝顶处的震陷与各影响因素之间呈非线性关系;地震过程中尾矿坝瞬时安全系数具有波动降低的特点,为此,完善了地震作用下尾矿坝最小平均安全系数的计算方法。该研究表明小打鹅尾矿库坝体的抗震性能能够满足相应抗震设防要求。

云南某铜尾矿库不同堆坝速率稳定性分析

根据云南某铜尾矿库地勘和设计施工资料,按照尾矿库比例和现场堆坝形式,进行了大型堆坝模型试验,通过对三级子坝采样并进行颗粒级配分析,获取了模型尾矿库内颗粒级配分布。根据得到的颗粒分布确定组成尾矿库的2类尾矿样,对其采用常规土工试验获得常规土力学参数。在专用岩土数值模拟软件Geo-slope中建模并代入2种尾矿土物理力学参数,进行正常工况下的稳定性计算,得到3种堆积坝高下不同筑坝速度的安全系数(其中,4级子坝在堆坝速度5 m/a情况下,安全系数为2.173,为最大值;10级子坝在堆坝速度15 m/a情况下,安全系数为1.252,为最小值)。结果表明:在相同堆积速率下尾矿库越高安全系数越低;随着筑坝速率提高,相同坝高尾矿库坝体稳定性下降。在尾矿库设计建设时,有必要考虑尾矿库堆坝速率进行稳定性分析。

考虑土性空间变异的尾矿坝失稳概率分析

本文依托马鞍坪小打鹅尾矿库扩容工程项目,考虑尾矿坝内土性的空间变异,运用Monte-Carlo和敏感性分析的方法,得到了洪水工况下该尾矿坝的失稳概率、可靠性指标和敏感性曲线,并讨论了概率方法在工程上运用的优势。这些研究成果,对现场尾矿库安全施工与管理具有一定指导意义。

不同应力下剪切速率对尾矿砂强度特性影响研究

尾矿库的运行稳定性很大程度上取决于尾矿砂的强度特性。为了分析应力及剪切速率对尾矿砂抗剪强度的影响,利用室内三轴仪对云南某铁矿尾矿库内原尾矿砂进行了不同围压及剪切速率条件下的固结不排水(CU)试验,并对试验后的颗粒破碎进行分析。试验结果表明:尾矿砂的抗剪强度在低应力下(小于500 k Pa)基本符合线性摩尔库伦准则,但在高应力下(大于500 k Pa)符合幂函数强度准则。尾矿砂的抗剪强度及内摩擦角在各围压下均随着剪切速率的增加而减小,其减小速率在剪切速率0.08~2 mm/min范围内先增加后减小。试验尾矿砂在各围压下剪切后颗粒均有破碎,且在高应力下固结过程也会造成颗粒破碎,但相对整过剪切过程中的破碎量比值很小。颗粒破碎主要集中在构成骨架结构的粗颗粒段(粒径大于0.25 mm),粒径小于0.074 mm的细颗粒基本不破碎,且颗粒破碎与剪切速率成负相关,但颗粒破碎在围压低于400 k Pa时很少受剪切速率的影响。

铜尾矿压缩固结系数的试验研究

选取四川凉山矿业拉拉铜矿排放到小打鹅尾矿库的铜尾矿为试样,利用固结仪和改造的三轴仪,研究分析铜尾矿的固结系数及其变化规律。结果表明,固结压力对三种粒级铜尾矿固结系数的影响规律基本一致,随固结压力增大,固结系数先增加,且增速较快,达到峰值后再下降,下降速率越来越小,最后趋于一个稳定值。随着尾矿颗粒粒径变小,固结系数峰值变小,达到峰值时所对应的固结压力则呈增大趋势。铜尾矿渗透系数与孔隙比之间呈指数关系,固结系数随固结应力变化的关系式为Cv=[(1+e0)ln10×nk010m(e-e0)×σ']/(γwCc)。

磷石膏的动力学特性试验研究

利用带有弯曲元模块的GDS振动三轴试验仪,对磷石膏的动力学特性进行了系统研究。获得了磷石膏的动强度、动剪切模量Gd、阻尼比λ和动孔隙水压力μd等动力参数及其变化规律。结果表明:磷石膏的动强度曲线呈幂函数形式,不同围压下的动强度曲线归一性较差;初始动剪切模量Gd0与有效固结围压σ′0呈幂函数关系;采用Davidenkov模型对动剪切模量比Gd/Gd0进行拟合,不同围压下磷石膏的动剪切模量比归一性较好;随着干密度及围压的增加,磷石膏的孔压发展曲线由"双S"型向"单S"型变化;以Seed孔压模型为基础,建立了磷石膏的动孔压模型。

小打鹅尾矿库筑坝尾矿的动力学特性试验研究

以小打鹅尾矿库筑坝尾矿为研究对象,对尾粉砂和尾粉土2种尾矿,在自然固结和机械碾压2种密度条件下,进行动三轴试验的对比研究,获得2种尾矿的动力学特性。在动三轴试验前,对试验试样的粒度大小和颗粒形貌等进行详细测试,使研究成果更有针对性。结果显示:尾矿中黏粒组分非黏土矿物,黏粒组分的增多不能提高尾矿的动强度。不同围压下的2种尾矿的动剪应力比τ_d/σ_(3c)归一性均较好。破坏时的动孔隙水压力比μ_d/σ_(3c)随破坏振次N_f增大而增大,动应力对其的影响较小。动内摩擦角φ_d随破坏振次N_f的增加而降低,有效动内摩擦角φ'_d的变化受动孔隙水压力μ_d的影响。最大动弹性模量E_(d0)随围压和固结比的增大而增大,而最大阻尼比λ_(max)随围压和固结比的增大而有所减小。相比于尾粉砂,尾粉土的动强度与动弹性模量明显较低。机械压密后,2种尾矿的动力学特性均有所提高,且尾粉土的提高效果更为显著。

尾矿库加高扩容坝体动力反应与抗震性能分析

地震是引起尾矿坝事故的主要原因之一,对尾矿坝抗震性能的准确评估对于预防尾矿坝震害具有重要意义。尾矿坝的抗震性能包括液化可能性、动力稳定性和永久变形3个方面。以云南省狮子山铜矿的大沙河尾矿库加高扩容工程为背景,基于有限元时程分析法,对该尾矿坝在现状条件下、直接加高后和加高中增设排渗措施3种条件下的动力反应和抗震性能进行了计算和分析。结果表明,浸润线对尾矿坝的抗震性能有至关重要的影响。尾矿库加高扩容后,浸润线有明显抬升,在地震作用下会导致下游坡面发生液化,产生较大的永久变形,安全系数降低至规范值以下;采取增设坝体排渗设施后,有效地降低浸润线的埋深,能显著提升坝体抗震性能,使其满足相应抗震设防要求。另外,地震作用下尾矿坝的加速度放大系数相对较小,与坝高并非呈单调关系,这些特点与土石坝有差别。采用滑动位移分析法、等效节点力法和简化弹塑性分析法对尾矿坝的永久变形进行了计算,尽管具体量值和表现形式有明显差别,但均表现出永久变形随总坝高增高而增大、随浸润线降低而减小的趋势。

基于时程分析法的尾矿坝动力稳定性研究

以云南省狮子山铜矿的大沙河尾矿库加高扩容工程为背景,为对其扩容前后坝体动力反应和稳定性进行系统研究和合理评估.采用动三轴试验,对库内3种尾矿(尾细砂、尾粉砂和尾粉土)的动强度和动模量与阻尼比进行了测试;综合运用时程分析法、剪应力对比法、有限元极限平衡法和软化模量法,对扩容前后尾矿坝的液化范围、安全系数和坝顶震陷等进行了定量分析,并对常规极限平衡法的局限性和适用条件进行了探讨.研究结果表明:1)尾矿的动剪应力比随围压的增大而有所降低,破坏时动孔隙水压力比随着破坏振次的增加而增大;2)在设置有效的排渗措施的情况下,尾矿坝的液化区域主要位于尾水覆盖区域表层;3)永久变形表现为坝坡上部沉降、下部向下游方向挤出的形式,且加高后坝顶震陷量和震陷率均有所增大.扩容后大沙河尾矿库坝体的动力稳定性有所降低,但仍能满足相关安全控制标准的要求.

尾矿坝内透镜体对浸润线影响的数值模拟

应用数值模拟方法,研究泥夹层透镜体对尾矿坝浸润线的影响。结果显示:透镜体位于浸润线及其以下附近区域才会对浸润线的埋深和形状产生影响,分布在浸润线以上或远离浸润线均不会对浸润线产生影响,但会改变透镜体及其周边局部范围的渗流场。透镜体的尺度沿水平方向增大时,对坝体的稳定性影响极大。透镜体的尺度沿垂直方向增大时,浸润线的形状逐渐变成"S"型。这些研究发现,对尾矿库的安全生产会有一定指导意义。

某铜尾矿库子坝坝体变形与沉降量数值模拟

针对尾矿库的沉降监测问题,采用岩土数值模拟软件SIGMA/W,根据四川凉山某铜尾矿库的地勘和设计施工资料,对其施工工期至闭库后多年的沉降量进行了模拟计算分析,结果表明,随着子坝的升高,沉降量逐渐增加,沉降量在最高的十二级子坝及库内离坝顶最近处达到最大;另外随着子坝堆积增高,下层子坝会受到库内尾矿土压力,导致尾矿库子坝侧向位移,甚至出现隆起现象。