基于CSMR的露天坑尾矿库水位设计研究

以山东三山岛仓上金矿露天坑尾矿库为研究对象,在高陡岩质边坡CSMR评分基础上,通过岩石力学饱水实验,对岩石力学参数进行弱化,对尾矿库边坡四个典型剖面处边坡在无水、-100m水位、-50m水位和-40m水位下的CSMR动态评分,将487和503剖面动态CSMR评分与矿坑库水位之间的关系进行指数函数拟合,研究其评分和矿坑库水位之间的动态关系。结果表明:边坡RMR值降低,直接致使CSMR值的降低;487和503剖面的CSMR评分相较于483和507对于水位的上升更为敏感,且487和503剖面在水位的上升过程中,CSMR评分率先跌破40分,使边坡处于不稳定状态;库水位在-48.302m时,边坡487和503剖面发生小规模滑动,与CSMR评分结果一致;边坡在当前-47.643m库水位工况下具有一定的安全性,并据此推算边坡的临界库水位在-42.37m~-40.62m之间。通过对露天矿坑库水位临界值的研究,为矿坑边坡的安全稳定性提供有力依据。     

尾矿库边坡时变分析模型及其应用

尾矿库边坡稳定性多以单一安全系数为评价指标,难以反映外界条件变化的过程中尾矿库边坡稳定性演化的全过程特征。针对这一问题,提出尾矿库稳定性的时变分析方法,以安全系数时程曲线分析尾矿库边坡稳定性。以尾矿库工程实例为研究对象,建立时变分析模型进行数值模拟。研究在不同降雨入渗、库水位变动以及二者耦合条件下边坡安全系数随时间变化的规律。研究结果表明,不同强度的均匀降雨影响下,6 h以后安全系数下降速率大致相当,6 h以内雨强越大,安全系数下降越快。降雨雨型将影响安全系数变化轨迹,研究较为广泛的均匀雨型并不是最危险雨型。边坡安全系数变化滞后于库水位变动,滞后效应随水位上涨速度的减慢、下降速度的加快和涨幅的减少而减弱。耦合条件下尾矿库边坡安全系数减小将加剧。研究成果对尾矿库设计和运营具有重要意义。     

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。     

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。     

三峡库区黄土坡滑坡浸润线动态变化规律研究

以三峡库区黄土坡滑坡为研究对象,结合滑坡体地下水位监测数据,分析库水涨落对滑坡地下水位的影响。建立了黄土坡滑坡渗流模拟的有限元计算模型,并确定了模型合理的水头边界条件。利用Geo-Studio软件的SEEP/W模块,对库水位涨落情况下滑坡暂态渗流场的变化进行模拟,并且分析浸润线的动态变化过程,确定了库水位涨落对滑坡前缘浸润线影响区在滑坡前缘300 m范围内,并对库水位上升和下降两种工况下滑体前缘浸润线位置进行了预测。最后,分析了库水位涨落下库岸滑坡浸润线变化对滑坡稳定性影响,为研究库水位涨落下库岸滑坡浸润线和滑坡稳定性提供了依据。     

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。     

基于非饱和土固结理论的有限元强度折减法

库水位下降使库岸坡体内产生饱和－非饱和非稳定渗流,非稳定渗流作用是边坡失稳的重要原因之一。为了分析非稳定渗流对边坡稳定性的影响,首先推导了固、液两相孔隙介质的固结方程,考虑了土体渗流与变形的耦合作用。在此基础上结合有限元强度折减法求解边坡稳定安全系数,将渗流、变形及稳定分析采用一套统一的有限元方法。并通过算例分析了库水位骤降情况下,坡体的渗透系数、水位降落比对稳定安全系数的影响,计算结果表明,所提的理论和方法是有效可行的,为饱和-非饱和非稳定渗流作用下边坡稳定问题的分析提供了实用工具。     

峰峰五矿底板突水数值模拟及涌水量预测

利用峰峰五矿的突水资料进行了矿区地下水数值模拟和矿井涌水量预测。首先,根据水文地质条件,建立矿区地下水渗流的数学模型。然后,运用突水资料对模型进行检验,模型检验中各观测孔的实测水位与模拟水位拟合较好。最后,利用所建模型进行矿坑涌水量预测,结果表明,-100m水平以下煤层的开采,矿坑涌水量大,开采成本较高。     

库区水位下降速度对库岸边坡稳定性的影响

水是影响边坡稳定的重要因素,库区水位下降引起坡体的渗流场变化进而影响坡体稳定性。以三峡库区某坡体为例,针对库水位下降的不同速度,利用二维有限元模拟软件Geo—Studio对坡体渗流场变化进行数值模拟和稳定性分析。研究表明,随着水位下降速度的增加,浸润线前缘总水头值不断减小,水平流速不断增加,滑坡的稳定性系数也随之下降。     

水位波动下非饱和心墙土坝体的渗流和稳定性

基于Richards方程,对坝体的饱和-非饱和渗流场进行了模拟,再根据饱和-非饱和渗流场和非饱和土抗剪强度公式,对坝体的稳定性进行了分析。结果表明,水位骤降过程中坝体的安全系数通常呈现先缓慢增加后迅速减小的变化过程,分析坝体失稳时塑性区和位移场发现,水位下降的初期,坝体左侧坡体的安全系数要低于坝体右侧坡体,但水位下降到一定程度,右侧坡体的安全系数迅速减小,并先于左侧坡体失稳;采用有限元强度折减法用于多坡面边坡稳定分析时,只能获得最小安全系数的包络线;心墙具有隔水防渗的作用,对水位变化渗流具有阻尼作用。     

库水位骤降后面板缺陷坝体渗漏量和坝坡稳定性分析

为研究库水位变动情况下面板不同缺陷的面板堆石坝渗透稳定特性,利用著名岩土分析软件Geo-studio的Seep/w与Slope/w模块,以浙江省临海市西部括苍镇境内某面板堆石坝为例,对不同土工膜缺陷及库水位变动工况的组合进行了渗流特性及稳定性的数值模拟分析,得到了浸润线,渗漏量及稳定性系数的变化曲线,计算结果表明:(1)面板一旦发生缺陷,静库水位下坝体的浸润线有一个明显的抬升,缺陷尺寸越大,浸润线高程越高,但是差异不大。库水位高程越高,静库水位下坝体内部的浸润线高程也就越高;(2)库水位水平越高,缺陷尺寸越大,坝体渗漏量也就越大;(3)库水位骤降下面板坝内部浸润线呈现先疏后密的规律,库水位下降速率越大,上游坝体浸润线疏的部分则越疏。在库水位骤降经过面板坝缺陷高程时,有一个浸润线突降的过程;(4)从整体上看,上游坝坡的稳定性系数要大于下游坝坡的稳定性系数;静库水位下,库水位水平越高,上游坝坡稳定性系数越大,而下游坝坡稳定性系数则越小,缺陷位置越高,稳定性系数越低;库水位骤降情况下上游坝坡稳定性系数随库水位下降呈现先下降后上升的趋势,下游坝坡则呈现一直上升的规律,一旦面板发生缺陷,稳定性系数较完整面板来说有一个较大幅度的下降,面板缺陷尺寸越大,稳定性系数整体上越小。     

水库岸坡的承压水模型研究

基于实际工程水库岸坡失稳资料和现有岸坡失稳模型,指出现有模型的局限性,提出了新的水库岸坡承压水模型。给出了承压水模型适用条件,推导了滑带底部承压水压力的理论计算公式。得到了考虑承压水时的岸坡安全系数计算公式,验证了承压水存在的合理性。研究结果表明,在考虑承压水情况下,岸坡稳定性受降雨入渗量和库水位变化的影响显著,且两个影响因素联合作用的效果比单个因素作用再叠加更明显。承压水岸坡渗透比在（10-5~10-2）区间时,岸坡稳定性最低,安全系数存在一个最小值,最易发生失稳。渗透比相同时,降雨入渗量越大,岸坡稳定性越低。     

降雨入渗条件下软岩边坡稳定性分析

降雨条件下软岩边坡的失稳模式是进行边坡处治的基本依据之一。为研究软岩边坡在降雨条件下的稳定性,提出了一种既能考虑渗流场对边坡稳定性的影响,又能体现岩石软化效应对边坡失稳所带来的不利作用的新方法。运用二维渗流数值计算方法,对降雨条件下的边坡孔隙水压力大小及暂态饱和区面积在空间及时间上的分布进行了模拟。并将渗流场计算结果与暂态饱和区岩石软化试验所得岩石物理力学参数随时间的取值相结合,采用强度折减法分析软岩边坡在降雨入渗条件下的稳定性。对算例边坡的研究表明：降雨入渗条件下软岩边坡的失稳在降雨初期表现为边坡表层局部分层垮塌。随着降雨历时的增长,失稳形式则表现为局部分层垮塌与整体滑移相结合。降雨停止后,边坡负孔隙水压力的消散,对软岩边坡安全系数的继续降低具有一定的延缓作用。     

水库滑坡地下水动态响应规律及浸润线计算模型

库水和降雨直接导致水库滑坡地下水变动,是诱发滑坡的主要因素。已有研究大多是基于监测数据探讨库水与降雨对滑坡变形的影响,未能揭示水库滑坡地下水响应规律,地下水浸润线计算模型没有同时考虑降雨和库水的影响,且模型边界条件与水库滑坡实际情况差别较大。为了揭示大型水库滑坡地下水动态响应规律,需要构建更接近实际情况的地下水位浸润线计算模型。通过三峡水库石榴树包滑坡地下水动态监测,揭示了库水水位变化和降雨条件下滑坡地下水水位动态响应规律,其地下水渗流场近似层流,滑坡前缘和中部的地下水水位与库水位几乎同步,滑坡后部的地下水水位主要受降雨影响,日降雨30 mm会引发地下水水位明显变动。在周期性库水位变化和随机降雨耦合条件下,建立了滑坡地下水非稳定渗流微分方程,解算出水库滑坡地下水位浸润线计算模型,并采用实际监测结果进行了验证。应用计算模型分析了不同工况条件下的滑坡渗流场,并得出滑坡内距前缘水平距离145 m内,库水对地下水有影响;引发地下水变动的降雨和库水位变化阈值分别为0.03,0.1 m/d,且不同的条件组合下降雨和库水位对地下水水位影响存在一定差异。     

Stability analysis of the slope around flood discharge tunnel under inner water exosmosis at Yangqu hydropower station

The stability of the slope around a flood discharge tunnel is influenced by the space topography, the geological structure, the seepage of the flood discharge tunnel, the rainfall and so on, which introduce complexity and uncertainty to the problem of slope engineering. For slope stability analysis at the outlet of a flood discharge tunnel affected by high interior hydraulic pressure, the inner water exosmosis (IWE) phenomenon will become obvious, the rock’s mechanical properties will be changed, and the seepage effects of the flood discharge tunnel should be focused on. In this paper, a complicated three-dimensional (3D) numerical simulation and safety assessment of the slope around the flood discharge tunnel at Yangqu hydropower station is implemented in FLAC^3D, and 3D slide arcs of good shape are obtained. When calculating the safety coefficient of slopes, the Shear Strength Reduction Technique (SSRT) is adopted, and a factor of safety (FOS) is then found. It is found that the FOS of the natural slope is 1.43 in its original condition, and in this case, the slope is in a stable state. The safety factor of the slope is 1.30 after the slope excavation without considering IWE. Under the condition of normal seepage from inside the tunnel to the outside, the safety factor is 1.29. For investigating the influence of IWE on the slope stability, we design three types of scenarios – minimal seepage, normal seepage and serious seepage – for the fluid–solid coupling calculation. Under the serious seepage condition, the safety factor of the slope is 1.26, and it is in a critical failure state. It should be pointed out that uncertainties in input parameters are not researched in this paper. There is not big difference among safety factors under different scenarios mainly because the maximum of inner water head of the flood discharge tunnel is only about 80 m. It still can be found that seepage action has an effect on the stability of the whole slope from calculation results. The stress concentrated region (SCR) near the surrounding rock grows from inside to outside as the seepage intensity increases. The surrounding rock will experience more water pressure and seepage pressure, and, at the same time, the area of the plastic zone grows. Suitable treatments and suggestions are discussed to eliminate the adverse effects of IWE. The research results in this paper can provide a reference for construction, reinforcement and drainage design of the slope in similar hydropower slope engineering scenarios.     

降雨入渗非饱和黏土边坡稳定性的极限平衡条分法研究

考虑非饱和黏土边坡的基质吸力和渗流力,根据水位线位于滑面上、下的临界平衡状态,分别建立了滑体条块极限平衡状态下力和力矩平衡式,获得了降雨条件下非饱和黏土边坡稳定性的极限平衡条分法计算式。通过试验、参量变换以及作用力的位置关系可以确定相关参量,并采用数值计算求解临界平衡状态下滑体条块的相互作用力系数和非饱和边坡安全系数。案例结果表明：考虑渗流力时的非饱和黏土边坡安全系数比不考虑渗流力的安全系数降低约13.8%,且考虑渗流力作用的条间力作用系数变化率明显大于不考虑渗流力的结果;当降雨强度超过一定值时,坡面径流很快形成,边坡出现不稳定的时间基本相同。     

四川会东老虎岩尾矿坝地震反应分析

应用有效应力有限元法研究了老虎岩尾矿坝在不同坝高时的应力水平、变形和孔隙水压力分布,以及遭到Ⅶ度地震作用时的反应.分析结果表明:在当前坝高情况下,无地震作用时尾矿坝处于稳定状态.在受烈度为Ⅶ度的地震作用下,尾矿堆积坝坝外坡和沉积滩面的堆积尾矿砂土在局部已经发生液化破坏;在封库坝高情况下,无地震作用时尾矿坝处于极限状态.在受烈度为Ⅶ度的地震作用下,尾矿坝坝外坡和沉积滩面的堆积尾矿砂土已发生大面积液化破坏.在地震作用下,老虎岩尾矿坝堆积尾矿产生液化破坏的主要原因是堆积坝体内浸润线的埋深较浅.对老虎岩尾矿坝必须加强排渗措施,使坝体内浸润线下移.     

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。     

融雪入渗条件下边坡渗流计算及稳定性分析

本文利用饱和非饱和渗流有限元方法,参考积雪厚度、温度变化与融雪入渗关系统计资料,对积雪深度、气温变化以及坡度等不同条件进行了边坡融雪入渗渗流计算及稳定性分析。本文条件下计算结果表明:同一坡度下融雪入渗系数和坡面一定范围内的含水量及压力水头随积雪深度增加而增加,积雪深度达1.0m时,融雪入渗垂直影响范围为30.0m,边坡暂态饱和水位升高13m;相同积雪深度条件下,坡度越大,融雪入渗系数越小,坡内压力水头及含水量变化越小,30°边坡融雪入渗垂直影响范围最大为30.0m;同一积雪深度和坡度下,融雪入渗系数及坡面附近压力水头均与气温变化幅度呈正相关关系。根据极限平衡计算,边坡的稳定系数随着融雪过程的持续而降低,积雪深度、边坡坡度或温度变化越大,安全系数降低幅度越大;其中,坡度因子对边坡安全系数的影响最为显著,60°边坡受融雪影响安全系数降幅达9.7%。