锡冶山尾矿坝坝体变形分析及安全监测方法研究

摘要

尾矿库作为一种高势能人造泥石流危险源，一旦溃坝，后果不堪设想。尾矿库溃坝主要原因为坝体失稳，最直观的反映为坝体变形。因此，对尾矿坝坝体变形的分析和监测可以有效地把握坝体的运行状态，坝体变形分析和安全监测方法的研究也成为尾矿库工程的重要研究课题之一。
　　尾矿材料是一种多孔介质材料，浸润线的高低直接关系尾矿坝的稳定性，水的渗流作用对坝体变形影响不可忽视;尾矿坝坝体变形监测工作的关键是位移监测点的布置，通常采用的专家经验法和工程类比法等位移监测点布置方法，存在较强的主观性。锡冶山尾矿坝地理位置特殊且采用上游法筑坝，堆积标高已超过70m，即将达到设计标高，而现有监测点均位于55m标高以下。因此，有必要对渗流-应力耦合场下现有高度坝体的变形情况以及监测点的科学布置进行分析研究，确保变形监测值能较准确反映坝体运行状态。
　　本文在对锡冶山尾矿库进行现场勘察以及工程调查的基础上，使用Phase2有限元数值模拟软件，分析了渗流-应力耦合场下弹性模量、坝体坡度、初期坝的渗透性等参数对坝体变形的影响;在此基础上，将单独应力场下和耦合场下坝体的变形情况进行对比分析;根据尾矿坝地质勘查报告在坝体上选取四个典型剖面，对坝体进行流固耦合数值计算，模拟70m干滩时坝体的变形情况，得出1#-4#坝体的稳定状况，同时分别找出坝体外坡最大变形点与潜在最大变形区域;最后将模拟结果与锡冶山尾矿坝现有监测点布置情况进行对比分析，提出两种监测点增补方案，为锡冶山尾矿坝安全监测方法的优化提供参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 尾矿坝坝体变形分析方法研究现状

1．2．2 尾矿坝坝体变形渗流-应力耦合分析研究现状

1．2．3 尾矿坝坝体变形安全监测方法研究现状

1．3 研究问题的提出

1．4 研究的内容和方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

第二章 渗流-应力耦合分析理论及其在Phase2中的实现

2．1 尾矿库渗流场相关分析理论

2．1．1 达西定律及其适用范围

2．1．2 稳定渗流基本微分方程

2．1．3 二维稳定渗流定解条件

2．2 尾矿库应力场相关分析理论

2．2．1 成层土自重应力

2．2．2 本构模型

2．3 尾矿坝渗流场与应力场的耦合机理分析

2．3．1 渗流场对应力场的影响

2．3．2 应力场对渗流场的影响

2．4 尾矿坝渗流-应力耦合分析在Phase2中的实现

2．4．1 Phase2简介

2．4．2 Phase2关于尾矿坝渗流-应力耦合问题的处理

第三章 锡冶山尾矿坝坝体变形数值模拟

3．1 锡冶山尾矿坝概况

3．1．1 尾矿库地理区位及地形地貌

3．1．2 尾矿坝基本情况

3．1．3 尾矿坝基础设施

3．1．4 尾矿坝运行状况

3．2 有限元分析计算模型及参数的确定

3．2．1 计算剖面的选取

3．2．2 计算区域的概化

3．2．3 尾矿物理力学参数的确定

3．2．4 单元类型及网格划分

3．2．5 边界条件的确定

3．3 渗流-应力耦合场下各参数对坝体变形的影响分析

3．3．1 弹性模量取值对坝体变形分析的影响

3．3．2 坝坡对坝体变形影响分析

3．3．3 初期坝渗透性对坝体变形影响分析

3．4 单纯应力场与耦合应力场下1-1剖面坝体变形对比分析

3．4．1 不考虑渗流场的应力场下坝体变形分析

3．4．2 耦合应力场模拟情况分析

3．4．3 对比分析

3．5 耦合场下2#-4#坝体典型剖面变形分析

3．5．1 2#-4#坝体典型剖面建模参数说明

3．5．2 2#-4#坝体典型剖面数值模拟结果

3．6 小结

第四章 锡冶山尾矿坝坝体变形监测方法研究

4．1 坝体变形监测的目的、意义与原则

4．2 坝体变形监测内容

4．3 坝体变形监测点的优化布设

4．3．1 现有监测点布设情况说明

4．3．2 监测点增补方案

4．4 监测仪器与监测技术的选取分析

4．4．1 锡冶山尾矿坝现行监测仪器与监测技术

4．4．2 现行监测方法优势分析

4．5 小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文