泥夹层透镜体力学特性及其对尾矿坝稳定性影响分析
我国有12000多座尾矿库，其中有85％采用上游法筑坝。尾矿库为非煤矿山最大的危险源之一。尾矿坝是尾矿库的主要构筑物，因尾矿坝失稳垮塌造成的灾害事故屡见不鲜。因此，从国家层面上进一步加大了尾矿库方面的科技投入，以提高尾矿库的安全管理水平。在上游法筑坝过程中，尾矿自然沉积形成的尾矿坝里会出现许多泥夹层透镜体，这些透镜体不仅会影响尾矿坝的渗流场，也会影响到尾矿坝的稳定性。 本文以土力学、流体力学、岩土工程等多学科为基础，采用理论分析、室内试验、数值模拟和工程案例相结合的综合性研究方法，研究了泥夹层透镜体的物理力学性质、透镜体对尾矿坝渗流场和稳定性的影响。本文完成的主要工作和取得的科研成果如下: （1）通过室内试验测试泥夹层透镜体物理力学性质，获得的成果有： ①固结压缩性：在100~200kPa压力下，随着泥夹层厚度增加，试件的压缩系数增大，压缩模量则变小；初始阶段，孔隙比递减较大，e-p曲线较陡，然后逐渐趋近泥夹层（尾粉土）的e-p曲线。泥夹层厚度相同情况下，压缩系数的大小排列为：尾中砂<尾细砂<尾粉砂，压缩模量则相反。 ②渗透性：泥夹层的存在，大大降低了尾矿试件的渗透系数，且达到2个数量级的影响。泥夹层厚度相同情况下，泥夹层试件的渗透性：尾粉砂<尾细砂<尾中砂。 ③抗剪强度：泥夹层厚度相同条件下，试件颗粒粒径由粗变细，内聚力与内摩擦角的变化规律不明显。但泥夹层厚度的增大，尾矿试件的内聚力增大，内摩擦角减小。 （2）泥夹层透镜体对尾矿坝渗流场的影响： ①透镜体的影响区域：当透镜体位于浸润线及其以下附近区域才会对浸润线的埋深和形状产生影响，分布在浸润线以上或远离浸润线，均不会对浸润线产生影响，但会对透镜体及其周边局部范围的渗流场有影响。 ②透镜体位置的改变：随着透镜体位置由坝顶沿着浸润线往初期坝方向下移时，透镜体对浸润线埋深的影响范围逐渐增加，使位于透镜体上部的浸润线位置整体逐渐抬升，对坝体稳定性极为不利。 ③透镜体的尺度：随着水平方向尺度的增大，不仅对位于透镜体上部的浸润线埋深影响加大，对透镜体附近及其下部的浸润线亦有较大影响，使浸润线整体抬升，高度增加，对坝体的稳定性影响非常严重；随着垂直方向尺度的增大，浸润线的形状逐渐变成“S”型，对位于透镜体上部的浸润线埋深影响非常大，浸润线的位置会抬升，甚至接触到坝坡面，产生坝坡渗水，对坝体稳定性极为不利；对透镜体下部的浸润线亦有影响，使浸润线的埋深降低，对坝体的稳定性有利。 ④多个透镜体的影响：多个透镜体沿着浸润线均匀分布，则浸润线的形状由于透镜体的存在呈阶梯型，且透镜体上部的浸润线位置会抬升，影响坝体稳定性；多个透镜体随机分布时，只要透镜体位于浸润线附近就会对浸润线产生影响，远离浸润线，则对浸润线没有影响。 （3）泥夹层透镜体对尾矿坝稳定性的影响： ①含透镜体的尾矿坝坝体变形明显，在SRF为1.4时，坝顶干滩面样点位移突变，达到局部破坏。在 SRF为1.6时，中下部开始出现部分屈服区域，之后，快速扩展贯通整个坝体引发失稳破坏。 ②无透镜体情况下，尾矿坝随着尾矿的内摩擦角和内聚力的折减，坝体的安全系数逐渐降低，且靠近初期坝的坝体部分安全系数下降较显著。 ③含透镜体情况下，在强度折减后，折减因子为1.2时，抗滑力最大值下降了500 kPa，为不含透镜体尾矿坝的25倍，说明泥夹层透镜体的存在对尾矿坝稳定性存在较大影响。 ④含有透镜体的尾矿坝，随着SRF的增大，安全系数不断减小，下降梯度比不含透镜体的要大。
尾矿坝;透镜体;数值模拟;渗流场;稳定性;泥夹层
重庆大学
硕士
采矿工程
尹光志;魏作安
2014
中文
TV649
102
2015-07-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）