地震作用下高堆尾礦壩動力穩(wěn)定性研究.pdf

1、尾礦庫是通過堆筑尾礦壩攔截尾礦和尾水而形成，不僅占用大量土地，而且是一個具有高勢能的人造泥石流物源區(qū)。尾礦壩一旦潰決，不僅會淹沒和沖擊下游生活生產(chǎn)設(shè)施，還可能造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。對尾礦壩事故的統(tǒng)計資料表明，地震是導(dǎo)致尾礦壩失事的第二大自然因素。我國是一個礦業(yè)大國，也是一個地震多發(fā)的國家，且有不少礦產(chǎn)資源蘊藏于地震帶分布地區(qū)。尾礦庫是金屬非金屬礦產(chǎn)資源開采必需的生產(chǎn)設(shè)施，且要求在這些礦產(chǎn)資源開采的同時必須修建尾礦庫。由于多方面原因，我國尾

2、礦庫多采用抗震性能相對較差的上游式堆壩法，堆壩高度越來越高、入庫尾礦粒徑也越來越細(xì)，使位于地震區(qū)的尾礦庫的安全生產(chǎn)形勢日趨嚴(yán)峻。
　　尾礦堆積壩的結(jié)構(gòu)具有明顯的各向異性、非均質(zhì)性和時空變異性，地震具有隨機(jī)性、突發(fā)性和強破壞性，使得尾礦庫的抗震問題十分復(fù)雜。本文以涼山礦業(yè)公司正在運行的小打鵝尾礦庫與云南黃金集團(tuán)新建核桃箐尾礦庫為工程背景，采用理論分析、室內(nèi)試驗、數(shù)值模擬與工程實例相結(jié)合的綜合性研究方法，對尾礦的動力特性、尾礦壩動力穩(wěn)

3、定性的分析方法、高堆尾礦壩地震反應(yīng)特征、尾礦壩抗震措施與效果等方面進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，進(jìn)一步探求尾礦壩地震反應(yīng)特征與破壞機(jī)理，研究成果不僅可為實際工程的設(shè)計和施工提供指導(dǎo)，也可為改善位于地震區(qū)的尾礦庫的安全形勢提供技術(shù)支撐。論文主要研究成果如下：
　?、僖晕驳V庫中最常見的且受地震作用影響較大的堆壩材料——尾粉砂和尾粉土為研究對象，采用動三軸試驗對它們在兩種不同密度條件下的動力特性進(jìn)行了測試和對比分析，獲得了尾粉砂和尾粉土的動力特

4、性及密度對它們的影響。
　　②利用GDS動三軸試驗系統(tǒng)，研究了尾粉砂和尾粉土在二次液化中的動力特性以及第一次液化后孔壓消散對它們的動力特性的影響，獲得了二次液化中尾粉砂和尾粉土的動孔壓、動變形和動強度的變化規(guī)律以及孔壓消散對這些規(guī)律的影響，為進(jìn)一步認(rèn)識地震多發(fā)地區(qū)以及大地震后余震對尾礦壩穩(wěn)定性的影響提供理論基礎(chǔ)。
　　③考慮到尾礦壩在地震中的破壞分為液化流動破壞和非液化變形破壞兩個方面，提出了綜合考慮液化范圍、安全系數(shù)時程變

5、化和永久變形3項判斷指標(biāo)的尾礦壩動力穩(wěn)定性分析方法。對不同抗震設(shè)防烈度對應(yīng)的地震震級、地震波的時長、等效循環(huán)數(shù)和剪應(yīng)力比的校正系數(shù)等參數(shù)的取值進(jìn)行了歸納和梳理。構(gòu)建了一套較完整的、實用的尾礦壩動力穩(wěn)定性計算方法。
　?、軐ι嫌问礁叨盐驳V壩地震反應(yīng)特征和穩(wěn)定性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，結(jié)果顯示，尾礦壩在加速度反應(yīng)和永久變形等方面的地震反應(yīng)特征與一般土石壩的存在差異：1）初期壩（土石壩）內(nèi)峰值加速度隨壩高的增大而增大，尾礦堆積壩內(nèi)峰值加速度與

6、壩體高度的關(guān)系不太顯著；2）尾礦堆積壩內(nèi)水平方向的永久變形大于豎直方向的，且永久變形與壩高亦未呈單調(diào)遞增關(guān)系。通過分析干灘面長度、尾礦堆積壩高度、地震波加速度和豎向地震作用等因素對尾礦壩的安全系數(shù)和永久變形的影響，發(fā)現(xiàn)尾礦壩在地震中的最小安全系數(shù)與各影響因素大體呈線性關(guān)系，而地震導(dǎo)致壩頂處的震陷與各影響因素之間呈非線性關(guān)系。
　?、輰Φ卣鹱饔孟挛驳V壩安全系數(shù)時程變化規(guī)律進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)地震過程中尾礦壩瞬時安全系數(shù)具有波動降低的特點

7、，為此，完善了定量表征地震作用下尾礦壩安全儲備的最小平均安全系數(shù)和平均小安全系數(shù)的計算方法，能有效的提高地震作用下尾礦壩風(fēng)險評估的可靠性。
　　⑥以震前安全裕度相同為標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了的上游式、下游式和中線式三種高堆尾礦壩的計算模型，分析了地震作用對三種高堆尾礦壩動力穩(wěn)定性的影響，定量地論證了上游式高堆尾礦壩動力穩(wěn)定性較差這一觀點。對可用于上游式尾礦壩的多種抗震措施（放緩坡比、提升初期壩高度、增大干灘面長度和增設(shè)水平排滲）的效果進(jìn)行了對