鱼祖乍尾矿坝稳定性数值模拟与分析

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尾矿堆积坝的稳定性问题一直倍受国内外工程技术人员的关注。在国内,由于对矿产资源需求日趋旺盛,使得矿业发展突飞猛进,由此,越来越多矿山的尾矿库提前达到尾矿坝的原设计高度,矿山面临新建尾矿库或在原尾矿库基础加高扩容的决策。另外,由于尾矿库受到地震等自然灾害因素的影响,使得尾矿库排水系统和结构物出现安全隐患甚至发生局部破坏,从而导致尾矿堆积坝体浸润线过高甚至从坝坡面溢出,使得坝坡面局部地方出现坍塌、管涌等不良现象,使得尾矿库成为危库、险库、病库。如果对这些安全隐患不及时治理,致使尾矿库处于带病运行状态,不仅会影响企业自身的生产要求,还会对库区下游人民的生命财产带来灾难。尾矿堆积坝是尾矿库的主要构筑物,针对尾矿堆积坝的稳定性进行分析研究,不仅在尾矿库工程设计阶段非常必要,而且在尾矿库的生产使用阶段也是非常重要的。就尾矿库使用阶段的稳定性进行全面的研究与分析,以便综合评价尾矿库的安全状态,对出现的问题采取有效的、科学的治理措施,使尾矿库的运行始终处于安全状态,以达到建立平安和谐矿山的目的。本文研究的对象为云南的鱼祖乍尾矿库,该尾矿库建于1976年。由于受当地地震作用的影响,尾矿坝坝坡面出现渗漏,经初步鉴定为病库类。因此,为了满足矿山生产的需要,矿山计划在原设计的坝高基础上,进行加高,以解决尾矿堆存问题。所以,为了对该尾矿库的安全隐患进行有效治理,以及满足加高扩容设计的需要,必须对该尾矿库尾矿堆积坝的稳定性进行计算分析与研究。本论文的主要工作内容和取得的研究成果有:1.根据现场工程地质勘探所获得的尾矿堆积坝的结构、尾矿分层情况等地质资料,以及拟加高扩容初步设计资料等,建立三维尾矿库的仿真几何模型。在此基础上,针对目前坝顶标高+1922m(高98m)以及最终设计坝顶标高+1934m(高110m)情况下,考虑多种降雨时间条件下,对尾矿坝的渗流场进行模拟计算,获得了尾矿坝在两种高度、不同降雨条件下,坝体渗流场的分布规律以及变化特征。2.在上述渗流场的计算结果基础上,分别对两种坝高下的尾矿坝在7级设防抗震作用下的动力响应进行分析,获得了坝体动应力的分布规律,以及潜在的尾矿液化区,就此对坝体的稳定性进行评价。具体为:(a)对于现状坝高下的坝体地应力场进行静、动力条件的模拟计算,获得了坝体的塑性区、屈服区的分布以及关键点的动力响应特征。并按照规范要求对结果进行分析评估。(b)针对设计的拟加高扩容的最终坝高,启用ABAQUS中的网格生死技术,按照坝体逐级加高的实际情况进行模拟计算,获得了最终加高后的坝体地应力场的分布规律。3.采用强度折减法分别对两种坝高下的尾矿坝的稳定性进行计算,获取坝体的安全系数Fs。并通过极限平衡法,采用Slide软件对该稳定性结果进行验算比对,两者基本一致。以上取得的计算成果和结论,可为设计部门进行加高扩容和矿山企业在尾矿库安全生产管理中所借鉴,为建立平安和谐矿山服务。
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