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。     

某铜矿尾矿砂力学特性研究和稳定性分析

在揭示某铜矿尾矿坝坝体材料空间分布状态及其力学特性的基础上,利用自动搜索的电算程序STED,分析计算了尾矿坝的整体与局部稳定性,得出一些结论,可为治理方案提供科学依据和技术指导。     

尾矿坝坝料的动力特性研究

尾矿坝坝料是一种特殊性土,其动力特性直接影响着尾矿坝的安全与稳定。基于GDS试验系统,对某尾矿坝坝料动力特性进行动三轴试验研究。分析坝料动弹性模量、动阻尼、动强度随动应变及围压的变化规律;讨论不同应变标准下,动强度及动强度指标的变化规律。结果表明：动弹性模量随动应变的增大而减小,随围压的增大而增大。阻尼比随弹性应变的增大而增大,随围压的增大而略微减小。不同应变标准下,动强度随应变标准的增大而增大,同一应变标准下,动强度随围压的增大而线性增大;坝料的动强度指标较低,随应变标准的增大而增大,其粘聚力的变化幅值大于摩擦角变化幅值,与其静强度相比,其粘聚力与内摩擦角均有所减小。     

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。     

青藏高原典型冰碛土的物理力学特性研究

在被称为世界屋脊的青藏高原,更新世全球冰河期发生了多次冰川作用,留下了大量冰川遗迹。作为冰川遗迹之一的冰碛土,属于特殊的工程岩土,具有成分复杂、结构混杂、物理力学性质变化大的特点,容易和坡积物、残积物等第四系堆积物混淆。在建的亚丁机场位于稻城海子山,场址地基土为稻城冰帽消融所形成的冰碛土,具有青藏高原冰碛土的典型性。为了掌握冰碛土的特殊物理力学性质,揭示其和冰川演化之间的关系,通过对亚丁机场场道地基的勘察,完成了典型冰碛土粒度成分分析、现场及室内物理力学性质测试,以及冰碛土ESR测年。研究表明,亚丁机场场址的冰碛土形成于375ka B.P. ; 由于大小混杂、颗粒级配良好(Cu=8.05,Cc=1.09),在后期多次冰川的压实作用下,表现出密度高、空隙比小、地基变形模量和承载力高的特性,平均前期固结压力达到290kPa,可作为高原重大工程的天然良好地基。     

某大型尾矿库坝体勘察新技术及尾矿砂土工程特性初步研究

通过对某大型尾矿库坝体勘察新技术、新工艺和尾矿砂土沉积环境、固结特征分析以及对尾矿砂土的静力、动力物理力学性质进行大量的试验研究,分区研究了淋滤固结、化学固结作用的特征,建立了3种固结作用在尾矿砂土静力抗剪强度(T值)中权重分配的计算式,揭示了尾矿砂土的静力、动力基本特性.在岩土工程理论研究及实践应用上具有较重要的意义.     

类砂岩物理力学特性的试验研究

介绍了鱼潭电站坝基围岩的奇异特征现象．通过室内外多参数物理力学特性试验，弄清了产生奇异性的原因，为工程设计提供了可靠依据     

基于有限元极限平衡法的尾矿坝坝体稳定分析

在平面应变条件下,采用基于弹塑性应力应变分析的有限元极限平衡法对尾矿坝坝体的稳定性进行研究。该方法可较好地结合极限平衡分析方法和有限元应力分析方法的特点。通过弹塑性有限元分析,合理准确地考虑结构整体应力场的影响,进而结合Hooke-Jeeves法优化搜索最危险滑动面的位置及其对应的最小安全系数。以某尾矿坝实际工程为例,比较分析了考虑正常、洪水以及特殊工况运行下有限元极限平衡法与极限平衡条分法和有限元强度折减法在安全系数大小及滑动面形状和位置的差异,重点运用有限元极限平衡法对尾矿坝坝体的稳定性进行验算并作出安全评价,为尾矿坝的安全设计施工提供可靠依据和技术支撑。     

基于不同溃口形态的尾矿坝溃决泥浆流动特性试验研究

以云南玉溪矿业有限公司秧田箐尾矿库设计资料为依托,依据相似原则,采用重庆大学自行研制开发的尾矿坝溃决破坏模拟试验台,基于尾矿坝溃决的口门形态,探索了坝体在1/4、1/2以及全部瞬间溃决3种情况下的下泄泥浆流动特性。试验结果表明：（1）溃坝口门形态对下泄泥浆的冲击力、淹没范围以及演进规律有较大的影响;（2）泥浆在下游各特征过流断面处的演进规律具有较明显的龙头衰减过程,龙头速度较大,泥深以及泥浆冲击力呈现小-大-小的分布,具有较长的拖尾衰减现象;（3）随着溃口逐渐加大,泥浆在下游同一过流断面处的冲击力和泥深呈明显增大趋势,其增大趋势表现为非线性;（4）泥浆流态在下游90°弯道处发生强烈扰动,在弯道内侧出现涡流现象,而在外侧出现反射现象,瞬间全溃下泄泥浆形成的涡流范围和反射波强度较坝体1/2和1/4溃决情况明显;（5）受溃口形态影响,下泄泥浆龙头到达同一过流断面的时间也不同,全溃泥浆龙头到达下游同一过流断面处的时间远小于坝体1/2和1/4溃决情况。同时,随着溃口的不断减小,同一断面处泥浆冲击力峰值呈减弱趋势,到达峰值的时间也相应推迟。研究成果为不同溃坝口门形态下的尾矿坝溃决泥浆流动特性的深入认识提供了参考。同时,对指导矿山企业的防灾减灾工作具有重要的现实意义。     

尾矿堆积坝透镜体分布状态研究

尾矿堆积坝中尾砂透镜体具有复杂的分布状态，对坝体的稳定状况有极大影响。根据工程地质勘察所揭露出的透镜体长度信息，定义了一个分布系数米描述透镜体分布状态，并对德兴铜矿2^#尾矿坝、永平铜矿1^#尾矿坝、安徽某铜矿尾矿坝及银山铅锌矿尾矿坝主剖面进行了分析。结果表明，分布系数能较好地反映出尾矿堆积坝的沉积状况，即分布系数值越大，尾矿坝的沉积状况越好：分布系数与尾矿土的不均匀系数成正相关，与粉砂不均匀系数有定量的关系。这些结果对尾矿坝工程地质勘察资料的分析及尾砂沉积规律的认识可能会有重要意义。     

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。     

米箭沟尾矿坝加高方案渗流场数值分析

米箭沟尾矿坝为了进行加高设计而进行了尾矿库区的地质钻孔勘探。基于实际钻孔勘探成果的最佳反演分析各分区-尾矿砂、风化岩体和初期坝堆石体的模型渗透参数和加高设计方案,采用三维有限元数值计算方法,应用自主开发的3D-Seepage-Stress程序进行了该尾矿坝加高后渗流场数值分析,得出渗流场各要素分布图。可以看出,在此加高方案下,尾矿坝库区浸润线和溢出点都很高,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设计的初步方案与建议。     

基于灰色算子的尾矿坝浸润线混沌研究

对于尾矿坝浸润线时间序列，通过建立一个灰色算子，来弱化坝体高度、库内水位等因素所带来的确定性影响，突出混沌特性，形成新的时间序列，对该序列进行相空间重构后，求取关联维。德兴铜矿2#尾矿坝浸润线观测数据的分析结果表明，灰色算子能较好地处理混沌问题，浸润线时间序列存在着非整数维，是一个混沌系统：对于尾矿坝安全不能进行长期预测，而需要长期监测。     

某铀尾矿库区地下水238^U迁移模拟

将铀尾矿库核素迁移问题概括为均质多孔介质中稳定的二维水流条件下的三维溶质迁移问题,利用Visual Modflow软件（MT3D）采用全隐式差分法对某铀尾矿库放射性核素迁移进行了模拟研究,模拟值结果与浓度实测值较吻合,揭示了尾矿库放射性核素时空迁移规律。     

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。     

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。     

含水率影响下尾矿砂内摩擦角随标贯击数变化研究

尾矿砂样品在运输和存放过程中均存在易扰动的特点,但考虑到工程造价以及人力资源等因素,目前在大部分上游式尾矿坝的工程地质勘察中难以建立现场试验室,所得抗剪强度指标与实际情况存在一定误差。针对这种现状,结合某铅锌矿尾矿坝现场试验结果,从现场简易试验获得的含水率和标准贯入击数进行分析,并对基于含水率影响下尾矿砂内摩擦角随标准贯入击数变化规律进行了研究,提出了考虑上覆压力作用下标准贯入击数的修正公式,并推出了用标准贯入击数估算尾矿砂内摩擦角的方法。通过几个实例验证：除当修正后的标准贯入击数N1>8（5%< <20%）情况下以外,该方法均能够有效地估算尾矿砂内摩擦角。研究结果表明,该方法在以后的上游式尾矿堆积坝的工程地质勘察工作中具有较强的应用价值。     

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。     

Experimental study on height simulation of capillary fringe

In this paper, the plexiglass experimental column was used to analyze the capillary fringe thickness of three kinds of lithologies-silty sand, silt and silty clay-providing a basis for defining the interface in the study of hydrodynamics at the water table between vandose water and groundwater. The capillary fringe generally refers to the subsurface layer in which the groundwater seeps up to the air-entry suction value due to capillary action, and is nearly saturated with water. The thickness of the capillary fringe varies with different lithologies. In this experiment, self-made stable water supply devices were used to study the height of capillary rise, capillary water volume and capillary fringe thickness of the three lithologies through capillary experiment and numerical simulation. Experimental results show as follows:(1) Rising height of capillary water is related to time, particle radius, volume, etc., and the relationship between height and time is in line with the Hill model.(2) The smaller the particle radius, the more water the pores contain, and the ratio of the unsaturated portion of capillary water to the total water content gradually rises. Experimental results obtained by numerical simulation, segmentation and actual measurement are consistent.(3) The thickness of the capillary zone is related to the lithology. The larger the particle size, the smaller the thickness of the capillary fringe, and vice versa. In silty sand, the thickness measures about 13 cm. The figure rises to 16 cm in silt, and 37 cm in silty clay. This work studies the law of soil water transport at saturated-unsaturated interface. Experimental results are of great significance to the study of soil water and salt transport and soil salinization control in unsaturated zone.