榆木沟尾矿库自流式辐射井排渗系统施工关键技术

浸润线过高导致的渗流状况不良已经成为许多尾矿库的主要安全隐患,是引起尾矿库溃坝事故的最直接原因之一。自流式辐射井排渗系统具有自流排水安全可靠、辐射式集渗管水平伸入坝体范围广、排水量大、水位下降快、成本低、使用寿命周期长、后期管理运行方便等优势。在榆木沟尾矿库2号大口辐射井工程中应用了自流式辐射井排渗系统,取得了良好的技术和经济效果。结合该工程实践,对自流式辐射井排渗系统在尾矿库排渗工程中的施工关键技术问题进行了研究和探讨,为今后类似工程提供了有益的经验。     

尾矿库排渗工程技术方法

为消除或减少尾矿库的安全风险,重要措施就是降低尾矿库坝体内的浸润线,而排渗工程技术方法是其主要手段。本文结合部分岩土工程技术在尾矿库排渗工程中的运用,并通过多项工程实践,系统讨论与总结尾矿库排渗工程技术方法中的盲沟排渗法、水平孔排渗法、辐射井排渗法、井点管抽水法、其它联合排渗措施的原理特点、施工方法与质量控制要点。     

上向弯曲双向槽孔排渗管技术在新厂沟尾矿库的应用

为了满足矿山生产需要,凉山矿业公司经过综合比较后,对即将达到原设计坝高的新厂沟尾矿库进行加高扩容改造,以延长尾矿库的服务年限。由于该尾矿库在使用过程中,坝体浸润线一直偏高,在堆积坝坡面上经常有水渗出,坝坡面出现沼泽化、局部坍塌等。现场勘察揭示坝体浸润线埋深较浅。因此,在实施加高扩容前,需要对坝体过高的浸润线进行治理。综合考量后,决定采用上向弯曲双向槽孔排渗管技术,分别在初期坝坝顶、第5级和第8级子坝处施工三排上向弯曲钻孔,孔内安置双向槽孔排渗管,实施坝体排渗加固。2009年底排渗工程竣工后,经过两年多时间的检验,经现场踏勘和坝体浸润线观测,结果表明,该项排渗工程效果显著,使该尾矿库能够满足加高扩容的要求。     

尾矿库浸润线解析解及适用性分析

目前求解尾矿库浸润线大多采用数值模拟和模型试验的方法,尚没有建立起完善的尾矿库浸润线的解析解。鉴于此,建立了尾矿库浸润线的理论模型,采用能量方程和达西渗透定律推导了尾矿库浸润线的微分方程,并建立了上下游边界条件方程。在此基础上,求解了尾矿库浸润线的解析解（由于在解析解的推导过程中引入了杜比假定,该解析解更适应于库底底坡较缓的尾矿库浸润线的预测）,并与数值模拟结果进行了对比分析,验证了解析解的正确性。考虑到尾矿库的复杂性,分析了尾矿砂各向异性、尾矿库地质分层和底坡地形对尾矿库浸润线分布的影响,探讨了所提出的解析解对复杂尾矿库浸润线求解的适应性,通过尾矿库实例验证了文中浸润线解析解的有效性。     

辐射井排渗在栗西尾矿坝的应用

辐射井排渗技术在降低尾矿坝浸润线，避免坝体内水溢出坝面，增强尾矿固结，提高坝体稳定性和渡汛能力的应用中，具有适应地层广，出水量大以及单井控制范围广等优点。不仅排渗效果好，还具有施工对坝体无破坏性的特点。结合我公司所完工的“陕西金堆城钼矿栗西尾矿坝辐射井排渗工程”实例，就辐射井排渗技术在尾矿坝排渗工程的工程设计、工程施工的方法和技术等问题作一探讨。     

向山硫铁矿尾矿库联合排渗施工技术

通过水平排渗钻孔、碎石桩及盲沟等联合排渗工艺在向山硫铁矿某尾矿库再利用工程中应用的成功经验,介绍水平排渗孔等工艺在尾矿库再利用工程中的施工过程以及该工艺在尾矿坝中应用的前景。     

露天矿坑岩质边坡浸润线及稳定性研究分析

浸润线是露天矿坑岩质边坡的生命线。针对山东三山岛露天矿坑尾矿库高陡岩质边坡非恒定渗流问题,依据同一条浸润线不同渗流截面的渗流量相等以及不同浸润线同一截面的渗流量差值为库水位的增量建立平衡方程,求解浸润线方程的解,运用Seep/W进行模拟,将理论计算结果与模拟值进行对比,验证浸润线方程的正确性;同时将浸润线方程应用到工程实际中,将库水位监测数据进行曲线拟合,与观测孔数据结合分析浸润线位置的变化,运用ABAQUS流固耦合模型对尾矿库边坡的塑性区和安全系数进行分析。研究结果表明:浸润线方程的解与模拟值最大误差为0.01%,满足实际要求;浸润线观测孔数据与理论计算数据基本吻合,误差最大为0.75m,进一步证明理论可靠性;尾矿库水位的上升增加了塑性区范围,安全系数与尾矿库水位变化曲线为"V"字形,库水位为100m时,安全系数最低为1.06,处于极限平衡状态,同时应将库水位设定在-45m以下,为后期库水位设计提供依据。     

尾矿库筑坝期三维渗流分析

尾矿库坝体的稳定性分析需充分考虑地形的复杂程度与边界的不规则程度,从而建立尾矿库的真实三维渗流场。利用SVOffice软件在不概化地形及边界的条件下构建尾矿库的真实渗流域,模拟了最后一期填筑在正常高水位（427.77 m）及汛期最高洪水位（434.50 m）两种工况下的三维瞬态渗流场。结果显示：两种工况下,尾矿最大日排水量均为6 100 m³,此时,堆积坝两侧浸润面均有溢出,远离排水井一侧的溢出范围更大,这主要是受渗流域的影响;库内初始水位对筑坝期渗流场的分布存在较大的影响,汛期洪水位筑坝初期浸润面位置最高。由模拟结果设计了5条排渗盲沟,保证了浸润面在堆积坝任何部位均未溢出。     

基于简化边界的尾矿坝浸润线解析解

浸润线的计算是尾矿坝安全状况评估的重要环节,对尾矿库安全起到至关重要的作用。为了能够用解析的方法得出浸润线,首先略掉无关紧要的部分,将尾矿坝的渗流分析区域简化为一个矩形,然后在矩形区域中选定两种符合工程实际的边界条件,最后求解渗流微分方程即求出这两种边界条件下的浸润线。求解中涉及到的偏微分方程无论是齐次还是非齐次的,都通过傅里叶级数法得到收敛的无穷级数解。该方法的突出特点就是得到的最终结果是解析解。实际应用时通过与实测浸润线数据拟合确定浸润线求解公式中的常数。通过对某尾矿坝浸润线的计算发现前面得到的公式可以用于实际浸润线的计算。     

湖南柿竹园野鸡尾尾矿库渗流与稳定性有限元分析

本文以柿竹园野鸡尾尾矿库为依托,采用有限元方法对其渗流及稳定性进行分析。利用热流与地下水渗流有限元实现环境的相似性,模拟尾矿库的渗流场并进行分析,确定渗流浸润线及水头分布情况;对浸润线上下的土体采用不同的容重,并考虑有效应力参数,建立有限元静力分析模型,并分别从应力、滑移面、塑性区等方面对尾矿库的静力稳定性做了简要分析,同时研究探讨库区水位变化对尾矿库稳定性的影响。结果表明:在给定的计算条件下,野鸡尾尾矿库在渗流下的稳定性良好,具有较高的安全储备,库区水位变化对于该尾矿库稳定性的影响并不大。     

基于浸润线矩阵的尾矿坝稳定性分析

由于尾矿坝的渗流边界条件极为复杂,采用的二维简化理论分析法的计算结果有可能与实测浸润线的结果相差较大,急需一种能较为准确预测尾矿坝浸润线位置的简易算法。在深入剖析尾矿坝浸润线影响因素的基础上,建立了浸润线叠加影响函数,归纳出与尾矿坝坝体特征相关的阶段影响因子,提出反映阶段影响因子的浸润线矩阵。运用多项式回归分析浸润线观测数据,拟合得出浸润线观测孔水位与库水位的函数曲线,求得尾矿坝浸润线矩阵。     

Dynamic characteristics of tailings reservoir under seismic load

Earthquake is one of the most important factors that leads to the liquefaction of tailings and to the instability of the tailings reservoir. Therefore, it is of great practical significance to study the instability mechanism of the tailings reservoir under seismic load. In this study, the dynamic characteristics of the tailings reservoir under seismic load were investigated by carrying out a model test on the dynamic characteristics of the tailings dam. A model test of tailings dam failure and the dynamic characteristics model of the tailings reservoir under seismic load were established. Additionally, the dynamic characteristics under a seismic load were investigated. Additionally, the correctness of the dynamic characteristics model of the tailings reservoir was verified by numerical calculation. Researches show that with the increase in input peak acceleration, pore water pressure, earth pressure, and the horizontal and vertical displacements of the dam monitoring points are gradually increased. However, the acceleration amplification factor shows a declining trend. In the process of increasing the input peak acceleration, the saturation line and the lifting speed increases gradually. There is no obvious slip surface in the failure of the tailings dam, and the overall sliding is shown by the failure mode. The tailings reach each of the downstream sections. The mud height increases to the peak value, and then decreases gradually until stagnation. The results of this study can provide the theoretical basis and reference values for the stability analysis of a tailings reservoir under a seismic load, and the results are of great significance for controlling the risk factors in the operation of tailings reservoir, reducing the risk of tailings production safety, preventing the occurrence of tailing pond accidents, protecting the property safety of the downstream residents and enterprises, maintaining social stability around the reservoir area and creating a good ecological environment.     

渣场的一种新渗流排防体系研究

通过对多个磷石膏渣场工程资料的理论分析,提出了一个新的渣场防渗排渗设计方案。该方案不同于常规方案之处是在磷石膏渣场下游的底部设置了排渗棱体,改善了磷石膏底部的排水条件,使磷石膏渣场的浸润线大幅下降。新方案不仅提高了磷石膏渣坝的安全性,还大幅度降低了渣场的运行费用,并在实际工程中得到了应用,取得了良好的效果。它不仅为磷石膏渣场的防渗排渗设计提供了切实有效的理论依据,而且对其他利用尾矿筑坝的渣场的防渗排渗设计有着重要的指导意义。     

基于流固耦合理论某尾矿坝失稳特性及稳定性分析

选用典型的尾矿库工程实例,采用流固耦合和强度折减法相结合对其尾矿坝进行稳定性分析,确定尾矿库渗流场分布及浸润线的位置,该浸润线位置与实测浸润线位置吻合较好。建议强度折减过程中尾矿坝的失稳准则,计算安全系数,确定潜在滑裂面的位置,并与极限平衡法计算出的安全系数及临界滑裂面位置进行比较,表明强度折减法得出的结果与Bishop法结果接近,流固耦合-强度折减法在尾矿库稳定性分析的可行性。在该基础上研究尾矿坝潜在的失稳模式,将尾矿坝潜在的失稳模式分为局部失稳和整体性失稳两种,局部失稳为尾矿坝的部分坝面发生滑移,整体失稳为整个尾矿坝坝体发生失稳,并分析导致该尾矿坝两种失稳模式的主要因素,认为浸润线埋深过浅是导致局部失稳的主要原因。     

基于流固耦合作用的某尾矿坝渗流稳定性分析

尾矿坝是矿山重要设施之一,其内部含有大量的水和尾矿,一旦失稳造成的损失不可估量。尾矿坝失稳有众多因素影响,但是坝内浸润线是最活跃的影响因素。本文基于流固耦合理论,建立某尾矿坝有限元计算模型,考虑坝内排水井的存在。模拟坝内不同工况下浸润线分布,对其静力稳定性及流固耦合作用下尾矿坝应力应变场进行分析,并将浸润线模拟位置与实际监测结果进行对比。揭示库内不同工况下浸润线变化规律以及与坝体稳定性之间的关系,并分析评价不同工况下尾矿坝的稳定性。最后,将渗流场与应力场进行流固耦合,模拟出365 d坝内应力位移分布,为尾矿坝施工及安全运行提供可靠的依据及技术支持。     

温庄尾矿库堆坝模型试验及坝体稳定性分析

以温庄尾矿库为工程背景,通过室内堆坝模型试验,获得到了在坝体堆积过程中尾矿颗粒在库内沉积分布特征、浸润线的变化规律等基础资料。在此基础上,以多孔介质有效应力理论为依据,建立了多孔介质流-固耦合数学模型,利用有限元软件ABAQUS对该库尾矿坝的应力场与渗流场进行了分析,获得了坝体内的应力场及孔隙压力的分布规律,研究成果可为尾矿库的设计、施工和安全生产提供技术支撑。     

尾矿坝垮塌机制与溃决模式试验研究

基于云南拉拉铜矿小打鹅尾矿库工程设计资料,采用现场排放尾矿砂为试验材料,进行了尾矿堆积坝在洪水情况下发生垮塌破坏的模型试验。通过水流控制系统模拟尾矿坝遭遇洪水情况,采用侧面示踪点、水位测压管、应力传感器以及数码摄像机等设备获得了尾矿坝溃决过程中坝坡的位移矢量演化、浸润线与应力的变化特性以及坝体破坏发展过程,揭示了洪水作用下尾矿坝的垮塌机制和溃决模式。试验结果发现：尾矿堆积坝的浸润线变化存在滞后性;在洪水入库致库区最高设计洪水水位过程中,靠近坝坡中部处水平方向的总应力增量较垂向总应力增量大,增大的水平应力是坝体产生破坏的重要因素之一;洪水导致坝坡尾矿砂所受的渗透力、上浮力、重力以及孔隙水压力增大,削弱了坝体材料的黏聚力,并加大了自身荷载,降低了坝体的稳定性;尾矿坝溃决模式一般为逆流渐进型,破坏先是从坡脚处发生,继而向上游发展,呈现牵引式发展,破坏的滑动面由多个弧形滑移面构成。研究成果加深了对尾矿堆积坝垮塌机制和溃决模式的认识,并在洪水灾害的预防和控制方面作了一些新的探索