应用FLAC3D研究分析尾矿堆积坝渗流稳定性

摘要

我国是矿业资源大国,矿产资源的开采产生了大量的尾矿,这些尾矿大部分都堆积在尾矿库中。由于多种因为,一半尾矿库未取得安全生产许可证,近一半处于病、险、危或超期服役状态。这些尾矿库易受气候条件、当地地形及人为因素的影响,发生渗漏、滑坡、溃坝、泥石流等事故,对人们的生命财产和生态环境造成重大损失。所以对尾矿库坝的安全稳定问题进行研究不仅具有学术价值,同时具有很大的经济与社会效益。
　　 通过文献调研,系统地总结了目前尾矿库的形式、类型与特点,尾矿堆积坝的筑坝形式及优缺点,以及我国尾矿库的运行状态。阐述了渗流基本理论及渗流分析方法,并通过有限元计算程序SEEP/W研究了尾矿库内各层尾砂渗透系数比等因素对浸润线的影响。分析比较极限平衡法、数值分析方法和可靠性分析法三种边坡稳定计算方法,最终确定采用FLAC法计算坝体稳定性。采用FLAC3D软件计算某尾矿坝体在正常状况下的稳定性与安全系数,研究了浸润线渗出点高度与堆积坝下游坡度对坝体安全稳定性的影响,并对该尾矿坝的加固处理提出了建议措施。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究的目的与意义

1.2 研究现状

1.2.1 国外尾矿库研究现状

1.2.2 国内尾矿库研究现状

1.2.3 FLAC3D的应用

1.3 本文研究的方法与主要内容

1.4 预期成果、关键点与创新点

1.4.1 预期成果

1.4.2 关键点

1.4.3 创新点

第2章 尾矿库类型特点

2.1 尾矿库分类及其等级

2.2 尾矿坝的分类

2.2.1 初期坝

2.2.2 堆积坝

2.3 我国尾矿库的基本情况

2.3.1 尾矿库数量、类型和特点

2.3.2 我国尾矿库的运行情况

2.4 本章小结

第3章 尾矿库浸润线的作用与变化规律

3.1 渗流基本理论

3.1.1 达西定律

3.1.2 达西定律的适用范围

3.1.3 渗流基本微分方程

3.1.4 定解条件

3.2 渗流有限元计算

3.2.1 渗流场的离散与插值函数

3.2.2 单元渗流矩阵

3.2.3 整体平衡方程

3.3 尾矿渗流分析方法

3.4 尾矿库浸润线影响因素分析

3.4.1 GeoStudio软件简介

3.4.2 尾矿库内各层尾砂渗透系数之比对浸润线的影响

3.4.3 尾矿堆积坝下游坡度对浸润线的影响

3.4.4 尾矿库干滩长度对浸润线的影响

3.4.5 尾矿库上游干滩坡度对浸润线的影响

3.4.6 初期坝渗透性对坝体浸润线的影响

3.5 本章小结

第4章 坝体稳定性计算基本原理与方法

4.1 极限平衡法

4.1.1 边坡稳定性概念

4.1.2 基本原理

4.1.3 条分法

4.1.4 方法比较

4.2 数值分析方法

4.3 可靠性分析法

4.4 坝体稳定性方法选择

4.5 本章小结

第5章 基于FLAC3D的坝体稳定性分析

5.1 FLAC3D简介

5.1.1 FLAC3D的特点

5.1.2 FLAC3D求解流程

5.1.3 本构模型

5.2 建模

5.3 材料的物理力学参数

5.4 坝体发生破坏的判断标准

5.4.1 监测并观察运算过程的最大不平衡力

5.4.2 观察剪切应变增量云图

5.5 正常情况下尾矿坝稳定性分析

5.5.1 坝体浸润线的获取及确定

5.5.2 尾矿坝稳定性分析

5.6 正常情况下尾矿坝安全系数

5.6.1 安全系数的定义

5.6.2 自编强度折减法

5.6.3 尾矿坝现状稳定性安全系数及其分析

5.7 浸润线对坝体稳定安全系数的影响

5.8 尾矿堆积坝下游坡度对坝体稳定安全系数的影响

5.9 本章小结

第6章 工程实例

6.1 工程概况

6.1.1 尾矿库概况

6.1.2 水文气象条件

6.1.3 工程地质条件

6.1.4 工程地质评价

6.2 浸润线的获取

6.2.1 计算断面的选取

6.2.2 计算工况及计算参数

6.2.3 计算软件

6.2.4 计算成果

6.3 正常情况下尾矿坝稳定性分析

6.3.1 建模

6.3.2 材料的力学参数

6.3.3 FLAC3D中浸润线的确定

6.3.4 尾矿坝稳定性分析

6.3.5 尾矿坝现状稳定性安全系数及其分析

6.3.6 尾矿坝稳定性评价及坝体破坏趋势

6.4 保持坝体稳定性的措施及建议

6.4.1 降低坝体浸润线的措施

6.4.2 坝坡的治理

6.5 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 本文主要结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间的研究成果