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。     

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。     

某尾矿坝扩容抗滑稳定性分析

用瑞典圆弧法对某尾矿坝的抗滑稳定性进行了计算分析,得到了不同坝体高程和不同运行情况下尾矿坝的抗滑稳定性安全系数。结果表明浸润线对坝体稳定性的影响很大,当浸润线位置较高,坝体趋于饱和状态时,坝体稳定性降低很多。同时根据抗滑稳定性的计算分析结果,对尾矿坝的治理提出了一些建议。     

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。     

利用渗透试验浅谈尾矿坝稳定性

随着国内矿产资源大量开采和利用,在堆积尾矿废弃物时,尾矿库坝体的容积和高度在不断增加,对尾矿坝的稳定性有着很高的要求。因此,通过对矿区土样进行渗透试验,测定了不同干密度下的渗透系数,并探讨渗透试验在各种影响因素下对土体的渗透性的影响,以此判断其对坝体的稳定性。     

复杂地形尾矿坝的三维渗流分析

对于复杂地形的尾矿坝,由于二维模型不能充分反映复杂多变的渗流域,也不能考虑到三个方向渗流因素同时作用的影响,从而无法体现真正的渗流场。通过建立三维渗流数学模型,并考虑复杂断面概化和地形的简化,对实际工程进行了数值计算,其结果与试验结果吻合较好。结果表明,对复杂地形的尾矿坝渗流分析时必须采用三维模型,三维数值计算中对复杂地形进行适当的简化和概化对结果的影响较小,可以满足精度要求,因此大大减小了计算的复杂程度和难度。     

地下水对栾川炉场沟尾矿坝稳定性影响分析

据计算结果,栾川炉场沟尾矿坝在正常运行情况下是稳定的,地下水位(浸润线水位)是实测水位;在洪水运行情况下和特殊运行情况下是不稳定的,洪水运行情况下,预测地下水位(浸润线水位)距离坝顶 1 m,地下水位(浸润线水位)埋深较浅时尾矿坝不稳定,提出了相应的预防措施.     

金堆城尾矿坝加高方案数值模拟及稳定性分析

金堆城尾矿坝为了进行加高设计而对尾矿库区进行了地质钻孔勘探。基于实际钻孔勘探成果,最佳反演分析了各分区-尾矿砂和初期坝堆石体模型的渗透系数、物理力学指标和加高方案下的浸润面分布。结合加高设计方案,采用基于有效应力法的EFES-3D计算程序对该尾矿坝加高后的应力应变场进行了数值模拟和坝坡稳定性分析,得出应力应变场分布图和边坡安全系数。可以看出,在上游法加高方案下,尾矿坝坝坡有涌起抬高现象,安全系数有所降低,不利于尾矿坝的稳定安全和运行管理。为此提出了在加高方案设计中加强排渗设施建议。     

尾矿坝稳定性的可靠度分析

以极限平衡理论和传统的安全系数方法为基础,将可靠度理论引入尾矿坝稳定性分析中。通过敏感性分析和可靠度计算分析发现,尾矿材料的内摩擦角的变异性将显著地影响尾矿坝稳定性分析的可靠指标,重度的变异性对可靠指标的影响大于粘聚力的变异性的影响。简述了尾矿坝稳定性分析中利用可靠度理论的重要性,并建议在尾矿坝的可靠度分析中,将尾矿材料的抗剪强度指标c, 和重度 作为基本随机变量。     

尾矿坝-排土场联合堆排稳定性与边坡参数优化研究

尾矿坝和排土场作为矿山采选固废的堆存场所是矿山事故发生高频区域,其安全与否直接关系到矿山工程的正常生产。在分析国内尾矿坝-排土场联合堆坝所取得成果的基础上,结合湖南省某钨矿所属尾矿坝-排土场联合堆坝存在的问题,分析了尾矿坝-排土场联合堆排体三个剖面整体的稳定性,同时研究了各剖面边坡参数是否能有效拦截上方滚石,提出了各剖面外坡边坡角的优化参数,采用数值模拟方法对各剖面坡形优化后的外坡边坡角的稳定性进行了分析,根据计算结果对排土场外坡进行卸荷开采设计,卸荷后形成六级外坡平台,平台宽度为5.0 m,研究成果能够很好的指导尾矿坝-排土场联合堆排工程的治理设计。 更多还原     

尾矿坝渗透静力稳定分析

边坡稳定的条分法中,条间剪切力的作用效应根据分析方法的不同,对稳定系数的计算结果存在较大的差异。有效应力分析方法中依据渗流场的计算分析得到条间孔隙水压力。基于Bishop条间力的假定原理,提出一种新的条间孔隙水压力的分析方法,以确定边坡的最小稳定系数。实际工程计算反映出不同计算方法的差异及新方法的实用性。     

尾矿坝地震反应的拟静力稳定分析

《水工建筑物抗震设计规范》[1] 所建议的拟静力分析属于毕肖普总应力分析方法,由于没有考虑静态与动态条间孔隙水压力的影响,计算结果偏于不安全。根据渗流场的分析结果得到静态孔隙水压力分布,依据动力液化分析确定动态孔隙水压力增量,并应用于条间水压力分析之中,提出了拟静力分析的改进有效应力分析方法,应用于某一尾矿坝动力稳定分析中得到了较为满意的计算结果。     

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。     

土石坝溃决模拟及水流计算研究进展

对土石坝溃决模拟技术的最新研究成果进行了总结和评价,在此基础上对该研究领域今后的研究工作提出了若干建议,包括:应研究提出不同坝型溃决可能性分析评价方法;针对不同坝型开展溃坝离心模型试验,揭示在不同致灾因子作用下,土石坝溃决机理和溃口发展过程;开展土石坝初始管涌形成以后发展过程的试验研究,揭示孔流转变为堰流的控制条件;针对溃坝水流的流线曲率较大、溃坝水流大多是非恒定超临界流以及筑坝材料粒径级配范围变化大等特点,开展大型溃坝水工水力学模型试验,揭示不同坝型的溃口流量过程、泥沙输移及下游河道洪水演进规律。     

Quantitative dam break analysis on a reservoir earth dam

Mathematical simulations on dam break or failure using BOSS DAMBRK hydrodynamic flood routing dam break model were carried out to determine the extent of flooding downstream, flood travel times, flood water velocities and impacts on downstream affected residences, properties and environmental sensitive areas due to floodwaters released by failure of the dam structure. Computer simulations for one of the worse case scenarios on dam failure using BOSS DAMBRK software accounted for dam failure, storage effects, floodplains, over bank flow and flood wave attenuation. The simulated results reviewed a maximum flow velocity of 2.40 m/s with a discharge of approximately 242 mз /s occurred at 1.00 km downstream. The maximum discharge increased from 244 m³/s (flow velocity = 1.74 m/s occurred at 8^th. km) to 263 m³/s (flow velocity = 1.37 m/s occurred at 12^th. km); about a 39% drop in flow velocity over a distance of 4.00 km downstream. If the entire dam gives way instantly, some spots stretching from 0.00 km (at dam site) to approximately 3.40 km downstream of the dam may be categorized as “danger zone”, while downstream hazard and economic loss beyond 3.40 km downstream can be classified as “low” or “minimal” zones.     

Two-dimensional dam break flooding simulation: a GIS-embedded approach

In the twenty-first century, around 200 notable dam and reservoir failures happened worldwide causing massive fatalities and economic costs. In order to reduce the losses, managers usually define mitigation strategies identifying flooding area due to dam break by using standalone hydrodynamic models and then importing the results within a GIS to perform risk analysis. This two-step procedure is time expensive, error prone due to export/import requirements and not user friendly. For this reason with this work, a new numerical model for the solution of the two-dimensional dam break problem has been implemented in the GRASS GIS with a GIS-embedded approach. The model solves the conservative form of the 2D shallow water equations using a finite volume method; the intercell flux is computed by one-side upwind conservative scheme extended to a two-dimensional problem. The newly developed GIS module, among others outputs, allows to derive maximum intensity maps that can be directly used for risk assessment. Finally, the model has been (1) tested against two standard synthetic problems referenced in literature showing differences in estimated water depth of 2, 3 and 15% and (2) verified against official flooding map of an existing dam (Verzasca) detecting 75% of similarity. The problem formulation, the new GRASS module and its validation is presented.     

复杂条件下高拱坝应力及坝肩稳定分析

众所周知,研究复杂地质条件下的高拱坝应力和坝肩稳定对确保工程安全具有重要的意义。研究的江坪河高拱坝地质构造较复杂,坝基及坝肩岩体存在大量断层、软弱夹层、泥化夹层和卸荷、风化岩体等地质缺陷,引起两岸坝肩岩体变形不对称、压缩变形量增大以及坝肩局部岩体承载能力低,直接影响到拱坝正常运行和稳定性。因而,对各种工况下的坝体及坝肩岩体进行了三维有限元分析,研究了坝体及坝肩的应力和变形发展状态、可能失稳模式、破坏形态和破坏机制。研究成果表明,未加固时坝肩岩体不稳定,因此,通过研究采用合理的加固处理措施,右岸采用6个传力洞进行加固;左岸采用锚洞进行加固。采取加固措施以后对其进行三维有限元分析,其研究成果表明,加固有一定的效果,改善了两岸的受力状况和变形分布,提高了坝肩稳定性,但左岸坝肩仍不能完全满足规范要求,还需要进一步增加锚洞的面积。