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尾矿库是维持矿山正常生产的必要条件,也是保证金属矿山与非金属矿山安全生产的重要环节。尾矿库在生产运营中存在一定的溃坝危险,若发生溃坝事故将对下游人民的生命财产安全造成重大威胁,对环境产生巨大影响。尾矿坝事故数量和伤亡人数在我国矿山行业安全生产领域的事故中占较大比重,因此对尾矿坝的稳定性进行研究与分析是具有实际意义的。
本文从计算理论出发,通过FLAC3D数值模拟软件模拟尾矿物理参数对尾矿坝的稳定性的影响,并且采用风水沟尾矿坝作为工程实例进行渗流分析、静力分析和动力分析。经过数值模拟研究主要取得以下成果。
(1)本文首先介绍了尾矿库、尾矿坝的定义、类型和筑坝方法,在此基础上又介绍了国内外尾矿库(坝)的发展情况和国内尾矿坝安全生产存在的问题。经过对比发现国内尾矿坝仍然存在勘察设计不规范,施工队伍无专业技术人员,有些关键施工环节被忽视等现象。
(2)前处理方面是FLAC3D的软弱环节,但可以通过其他数值模拟或建模软件进行辅助建模。本文介绍了Surfer和Hypermesh软件进行前处理建模的方法,以及这两种方法的适用性和优缺点。
(3)通过FLAC3D软件模拟尾矿坝干滩长度,堆积坝外坡比变化以及尾矿的内聚力、内摩擦角变化对尾矿坝安全系数的影响。
(4)对风水沟尾矿坝进行渗流分析,得出了在正常水位下和洪水水位下该尾矿库地下水浸润线的变化规律。
(5)对风水沟尾矿坝进行静力分析,分别分析其在正常水位下和洪水位下尾矿坝的内力分布情况,计算两种情况下尾矿坝的安全系数,由结果可以看出该尾矿坝静力条件下是稳定的。
(6)对风水沟尾矿坝进行动力分析,计算其在正常水位和洪水位条件下的动力反应,并分别提取液化反应强烈的点,对其进行孔隙水压力时程分析,研究尾矿坝在动力反应后的变形情况,得出该尾矿库在7度地震条件下是稳定的。