铁矿尾矿料力学特性及坝体变形稳定性研究

尾矿料矿物成分复杂,物理力学特性区域差异性大。本文以西南地区某铁矿拟建尾矿库为研究对象,对粗、细两种尾矿料进行了系统的物理力学特性试验,获得了粗细尾矿料物理力学指标并应用到尾矿库坝数值分析,分析了该尾矿库坝的应力变形特性,对不同堆积高程、不同工况下尾矿库坝的安全稳定性进行计算分析。此外采用拟静力法对地震荷载作用下尾矿坝的稳定性进行分析。结果表明,粗尾矿料会呈现出剪胀和软化力学特性,而细尾矿料则无明显剪胀;尾矿坝坝体内以压应力为主,坝体表面出现小范围拉应力区;高堆积高程,坝体倾向于发生深层滑动,坝体最小安全稳定性系数较大;干滩长度增大明显提高坝体稳定性;最后对该尾矿库的安全运行提出了一些针对性措施及建议。     

高浓缩分级尾矿上游法堆坝及模型试验研究

针对传统上游法尾矿库堆坝方法的缺陷与不足,提出了改进的上游法堆坝方法,即高浓缩分级尾矿上游法堆坝方法。基于尾矿库堆坝模型试验,以高浓缩尾矿堆存技术为指导,分别进行传统上游法和改进上游法的高浓缩尾矿堆坝模型试验,演绎尾矿库堆坝过程,测试并得出了堆坝过程中滩面尾矿沉积情况、尾矿颗粒分布规律及浸润线变化规律,并采用极限平衡法计算不同堆坝方式下坝体的最小安全系数。结果显示：高浓缩尾矿堆坝使沉积滩颗粒分布均匀,颗粒分级不明显,减少了互层和细泥夹层的出现,改善了坝体内部结构;改进上游法堆坝可以形成有利于排渗防洪的良好沉积滩滩型;稳定性分析结果表明,改进上游法堆坝方法可以使尾矿坝的稳定性提高19%～33%,研究成果可为新建尾矿库工程提供试验技术支撑。     

高密度电阻率法在丹江口水源区尾矿坝监测中的应用

以丹江口水源区某铁矿尾矿库为例,采用高密度电阻率法对尾矿库进行了拟三维探测,针对出现的疑似渗流通道开展了尾矿坝二维精细剖面探测,查明了4处尾矿坝结构薄弱区;同时,鉴于渗漏主要由地下水运移作用导致,在雨季前后对尾矿坝进行了三次监测研究,得到了坝体电性结构的动态响应,确定了1处疑似泄露点,验证了高密度电阻率法在尾矿坝监测应用中的可行性,为尾矿坝稳定性研究提供了一种技术手段。     

基于数值模拟的赤泥堆场坝体渗漏特性分析

以某拟建赤泥堆场为研究区,选取合适的模拟计算参数及边界条件,在平面应变条件下,建立流体模型,利用FLAC~(3D)软件模拟坝体在无防渗、部分防渗、全部防渗设计条件下孔隙水压力分布、滤液渗流路径、渗漏量等,为该尾矿库的防渗设计提供技术依据。模拟结果表明:该软件能较好的模拟赤泥堆场尾矿坝渗漏情况,库区渗漏特性明显,因此为防止环境污染及保证尾矿坝的稳定性,应采用坝体和库区完全防渗措施,并应采用合适的防渗材料。此方法可为尾矿库安全防渗设计提供参考依据和指导施工。     

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。     

龙都尾矿库地下渗流场的数值模拟分析

利用2D-FLOW计算软件,对龙都尾矿库在不同条件下的渗流进行了模拟计算。其中,初期坝按透水和堵塞两种情况,干滩面长度分100,200,300 m三种情况考虑;同时,首次考虑了大气降雨对尾矿坝渗流场的影响,分别计算了50,100,200 mm/d三种雨型。通过计算,获得了龙都尾矿库在不同条件下地下渗流的变化规律。从计算结果中发现,如果初期坝被堵塞,则坝体浸润线会抬高,与尾矿堆积坝坝面相交,并从坝面溢出,对坝体的稳定性产生不利影响;干滩面距离的长短对坝体浸润线有影响,但均不会与堆积坝坝面相交,不会从坝面溢出;大气降雨对坝体的渗流影响较大,从模拟计算中可以看出,大气降雨越大,浸润线抬升越高,对坝体的稳定越不利。     

有限元分析在尾矿库渗流及抗滑稳定工程实践中的应用

某新建尾矿库初步设计拟采用一次性筑坝,坝型为碾压式土石坝,为评价设计方案的合理性以及尾矿库的安全性,采用有限元方法对尾矿库渗流稳定性和抗滑稳定性分析计算,结果表明,尾矿坝采用的渗控体系能够满足大坝的防渗要求,坝体上游侧的HDPE土工膜起到了较好的截渗效果,库内浸润线分布规律合理,下游设计排渗系统起到了较好的排渗效果;在正常蓄水位、最高洪水位和地震等3种工况下,尾矿坝下游边坡的抗滑稳定性均满足规范要求,设计方案合理可行。     

甘肃徽县通天坪金矿尾渣堆场变形原因分析

2008年"9.8"山西襄汾尾矿溃坝事故造成281人遇难的特大灾害给中国尾矿坝(库)的安全管理烙上了一次深刻的印记。据有关研究,尾矿溃坝事故造成灾害的主要原因是坝体的稳定性不足和违规建设等。笔者以通天坪金矿尾矿坝(库)为例,进行库坝稳定性、建设程序和安全防治措施分析,以增强对尾矿库建设安全和管理的重视。甘肃徽县通天坪金矿尾渣堆积坝地基土为强度很低的粉质黏土,承载力特征值为80~100kPa,高度20.0m,初期坝采用粉质黏土堆筑,后期的堆积坝以初期坝为基础,生产期间用压滤干尾砂采用上游式尾矿筑坝法堆筑。尾渣堆场地段地下水较丰富,地下水位埋深在地表附近呈溢出泉出露,坝基土和坝体均为持水性强、渗透性差的黏性土体,不仅地形呈约为10°的斜坡,坝基土体也呈5°~10°倾斜状分布。由于对软弱的地基土未做处理,坝基和坝体排水措施不力,导致投入运营不久坝体和坝前地表发生隆起、开裂、塌陷等变形破坏,严重影响了坝体的正常使用。经后期的补充勘察,提出的地基加固、坝体排水等补救措施实施后,经近2年的监测,坝体稳定,运行正常。     

大型高尾矿坝灾变机制与防控方法

大型高尾矿库隐患治理是"十三五"期间遏制重特大事故的重要任务和重点工程之一。高应力下尾矿材料的细观结构和宏观力学特性演化、大型尾矿坝沉积规律及复杂条件下高尾矿坝的劣化理论是其中的关键问题。为揭示尾矿细观结构特性,对尾矿材料进行了光学显微镜观察、电镜扫描和CT扫描处理,建立了尾矿材料的三维重构模型;为揭示高压下尾矿材料的力学特性,对尾矿进行了高应力三轴试验、高应力渗透固结联合试验,研究了高应力下尾矿材料的强度、渗透和固结特性;为揭示尾矿的沉积特性,进行了尾矿材料的大型模型试验,得到了矿浆流动、淤积形态、尾矿料物理力学性质的空间分布以及夹层结构在空间内的分布规律;为揭示高尾矿坝的失稳机制,通过理论分析与数值模拟,对高压下尾矿的强度准则进行了讨论,高尾矿坝的稳定性分析建议使用强度折减法;为揭示尾矿的排渗设施淤堵机制与服役性能,进行了尾矿-土工布渗透试验以及微观观测,发现细粒尾矿更容易产生物理淤堵,且化学淤堵程度与溶液中离子的种类和浓度有关;为了推进尾矿坝风险管控技术,搭建了尾矿库重大风险评估监测系统平台,以便实现尾矿库基础数据的提取、实时风险预警等智能化功能。通过以上坝体劣化理论研究、溃坝灾害评估与预警,提升了我国大型高尾矿库筑坝与灾害防控水平。     

铁岭柴河1#尾矿坝数值模拟及其稳定性分析

铁岭柴河1#尾矿坝位于辽宁省开原市靠山镇猴石社区的关门山沟内,由初期坝和尾矿堆积坝组成。本文在该尾矿坝现场勘察的基础上,将坝体实测主轴剖面进行合理地概化和延伸,建立有限差分数值模型,并以Duncan—Chang双曲线模型来反映尾矿坝岩土体应力—应变本构关系,对处于正常运行条件下的坝体进行数值分析,从而揭露坝体内部应力状态,同时在数值分析结果的基础上,采用基于极限平衡理论的条分法——Fellenius法和Biship法对尾矿坝的稳定性进行计算,从而实现对尾矿坝稳定性的定量分析,对尾矿库的安全生产具有重要指导意义。     

深基坑降水中不同的地质模型有限元应用研究

分析水-土耦合场相互作用时,将岩土视作弹塑性材料。在非线性本构关系下,考虑渗透作用,得出岩土体有限元方程,建立了基坑降水的三维水-土耦合的数学模型。对基坑降水中不同的地质模型潜水、承压水及有越流补给和实际工程条件井管、过滤管、止水帷幕分别进行了计算处理,并以武汉国际证券大厦降水工程为实例,对其降水过程进行了三维有限元计算。应用三维数值模拟方法,能很好地模拟基坑防渗帷幕、非均质和各向异性、承压-无压等一些解析法难以处理的实际工程条件和地质模型。     

三维有限元位移场插值问题的研究和应用

对三维有限元位移场的插值问题进行了研究,提出基于Delaunay三角剖分的二次细分网格法。该法首先建立2个模型--整体模型和局部二次细分模型,对整体模型进行有限元计算和反分析得到初始地应力场和位移场;然后,基于Delaunay三角剖分,对整体模型的三维有限元位移场进行插值,插值结果作为局部模型的边界位移,局部二次细分模型再在此基础上进行有限元分析。最后,将该方法应用于工程实践,证明能提高计算效率,是切实可行的。     

A finite element procedure for calculation of strain from interpolated displacements

Second-order universal kriging is proposed as an accurate model for interpolating displacements measured in the field to nodal points of a superimposed finite element mesh. These interpolated displacements are used in a modified finite element procedure to calculate strain. This model is compared to a local trend model to judge superiority. Interpolation models are tested by randomly sampling displacements obtained in a finite element analysis, then applying interpolation in attempts to reconstruct the original results.     

天津软土地区盾构掘进对上方建筑物影响分析

以天津地铁2号线下穿多层建筑物的盾构隧道为例,建立了盾构下穿空旷场地以及下穿建筑物的有限元模型,计算结果与现场实测数据进行了对比验证。在此基础上分析了在天津软土地区盾构隧道施工对地表沉降及多层砌体结构建筑物差异沉降的影响,并对采用小应变土体本构模型与硬化土本构模型的计算结果进行比较。结果表明,采用小应变本构模型的地表最大沉降和横向沉降槽宽度与实测数据吻合良好。盾构斜下穿砌体结构房屋时,建筑物有偏向隧道轴线方向的倾斜,采用小应变土体本构模型的计算结果可以更好地反映建筑物的倾斜斜率的变化。因此,研究软土地区盾构掘进对上方建筑物沉降影响的精细化分析时应考虑土体小应变的影响。     

岩体初始地应力场分析方法研究

初始地应力场是影响岩土工程稳定性的重要因素之一,如何合理地模拟初始地应力场一直是岩体力学中的重要研究课题。以国内某大型水利水电工程构筑区域实测空间地应力资料为基础,以边界位移为控制对象,采用有限元（无界元）方法对工程区大范围内的岩体初始地应力场进行了分析和研究。尝试在实际边界上满足无穷远处位移为0的模型边界上引入了无界单元,实测点上的应力拟合结果有较明显的改善,这表明所采用的方法是切实可行和有效的。     

多孔同段爆破漏斗形成机理的数值模拟研究

采用ANSYS/LS-DYNA非线性三维动力有限元软件,对岩石在多孔同段爆破作用下的应力分布与传播机制,进行了数值模拟。得到了不同时刻的应力分布云图和典型单元的应力-时间历程曲线, 根据结果分析研究了应力波传播规律与爆破漏斗的形成过程,探讨了影响爆破漏斗形成的相关因素,并通过现场试验加以验证,试验结果与数值模拟结果相吻合。     

绳索取心钻杆丝扣结构力学仿真分析

以饱89 mm绳索取心钻杆为分析研究对象,对其连接丝扣部分建立准三维模型,运用CAE有限元软件AN-SYS对其进行接触非线性力学分析,得出钻杆连接丝扣处等效应力及变形云图,结果显示最大等效应力出现的位置及变形状态与钻探现场钻杆常见断裂位置及形态完全一致,表明所采用的研究手段和方法切实可行。     

Stochastic finite element methods for the seismic response of soils

Some of the available stochastic finite element methods are adapted and evaluated for the analyses of response of soils with uncertain properties subjected to earthquake induced random ground motion. In this study, the dynamic response of a soil mass, with finite element discretization, is formulated in the frequency domain. The spectral density function of the response variables are obtained from which the evaluation of the root-mean-squared and the most probable extreme values of the response are made. The material non-linearities are incorporated by using strain compatible moduli and damping of soils using an equivalent linear model for stress–strain behaviour of soils and an iterative solution of the response. The spatial variability of the shear modulus is described through a random field model and the earthquake included motion is treated as a stochastic process. The available formulations of direct Monte-Carlo simulation, first-order perturbation method, a spectral decomposition method with Neumann expansion and a spectral decomposition method with Polynomial Chaos are used to develop stochastic finite element analyses of the seismic response of soils. The numerical results from these approaches are compared with respect to their accuracy and computational efficiency. © 1998 John Wiley & Sons Ltd.     

大岗山水电站地下厂房区初始地应力场Nelder-Mead优化反演研究

初始地应力是大型地下洞室群设计与施工所要考虑的重要因素之一。结合大岗山水电站工程地质条件以及实测地应力资料,分析了地下厂房区初始地应力的影响因素,建立了基于侧压力系数的三维地应力反演模型,提出Nelder-Mead法与有限元联合反演法,将有限元程序作为一个单独模块嵌入到Nelder-Mead算法程序中,对建立的地质概化模型进行计算,以实测点地应力值与计算应力值建立精确罚函数误差模型,进行优化逼近分析。通过实测点的计算应力值与现场实测值的比较,从而获得地下厂房区初始地应力场较为合理的分布规律,为水电站开挖模拟及长期稳定性分析提供了合理的初始条件。     

基坑装配式可回收支护和桩锚支护结构的受力与变形分析

基坑支护工程在我国城市化建设过程中具有重要的作用,一些新型支护形式的出现极大丰富了基坑支护的多样性。本文以衡水市现场基坑支护实验工程为背景,工程将装配式可回收支护结构和桩锚支护结构作为研究对象,通过室内土工试验数据确定本构模型参数,利用有限元软件PLAXIS3D建立三维有限元模型,模拟基坑开挖和支护的全过程,并分析基坑土体和支护结构的受力、变形特征。对比相同土体和开挖条件下装配式可回收支护结构和桩锚支护结构的稳定性,结果表明：装配式可回收深基坑支护形式能更好地控制土体隆起变形,更利于限制深层土体的位移,也可以更好地控制坑顶水平位移。装配式支护结构施工简单速度快,且能回收利用,符合我国绿色建筑理念。