改良型上游法在强地震区尾矿库中的应用及坝体稳定性研究-安全技术及工程专业论文.docx

中文 中文摘要 重庆大 重庆大学硕士学位论文 I I PAGE PAGE VI 摘 要 随着土地资源的短缺、环保力度的加大，以及节约工程投资的考虑，如何利 用现有的科学技术和积累的尾矿筑坝经验不断在强地震区安全高效地构建尾矿 库、堆存矿山排放的固体废弃物（尾矿），已成为许多位于强地震区矿山持续发展 中亟待解决的难题。本文以云南省东川区汤丹片区多家选厂联合拟建大型截河型 尾矿库——乌龙河尾矿库为工程背景。该尾矿库所在地的抗震设防烈度为 9 度， 传统的上游法堆坝难以使用，在综合考虑与分析后，对传统的上游法进行改进， 提出了一种介于上游法和中线法之间的新的尾矿坝堆筑方式，即改良型上游法。 该方法吸收了中线法中旋流分级的优点，克服了上游法坝体稳定性差以及不适用 于强地震区的缺陷。 由于乌龙河尾矿库首次使用该方法，对该方法在技术上的可行性必须有足够 的重视。为此，本论文采用理论分析和数值模拟等相结合的综合性研究方法，针 对改良型上游法尾矿坝渗流场和静、动力稳定性进行分析与探讨，从技术层面上 论证该方法的可行性。研究成果不仅可为该尾矿库的设计、施工及生产管理提供 支撑，而且可为该方法在尾矿工程（特别是地震多发区）中的应用推广提供参考。 论文主要工作和成果如下： ①详细介绍了改良型上游法的施工工艺及其特点。 ②采用饱和-非饱和渗流模型，对乌龙河尾矿坝在不同干滩面长度条件下，坝 体渗流场的分布规律进行了数值模拟。结果显示，改良型上游法堆筑的尾矿坝的 渗流场分布规律与中线式和下游式尾矿坝较为相似，与传统上游法堆筑的尾矿坝 有明显差异，且变化规律也不尽相同。 ③ 采 用 极 限 平 衡 法 中 的 不 同 计 算 方 法 （ 瑞 典 圆 弧 法 、 简 化 Bishop 法、 Morgenstern-Price 法和 Spencer 法），对乌龙河尾矿坝在正常工况、洪水工况和特 殊工况下的稳定性进行计算。结果表明，乌龙河尾矿库在三种工况下的安全系数 （简化 Bishop 法）分别为 1.874、1.874 和 1.176，均高于国家规范值，坝体稳定性 好。 ④采用双曲线弹性本构模型，对乌龙河尾矿坝静力情况下的应力和变形进行 了数值模拟分析，并采用有限元极限平衡法对坝体稳定性进行了计算。结果显示： 坝体变形以竖向沉降为主，竖向最大变形量为 5.0m，其中基底沉降量为 3.0m，坝 体水平向变形较小；采用有限元极限平衡法计算得到的坝体安全系数为 1.860，与 传统极限平衡法计算结果较为相近。 ⑤采用二维时程分析方法，以修改后的汶川地震波为输入地震波，采用等效 粘弹性本构模型对尾矿坝在地震作用下的位移变形、加速度、液化情况等进行了 模拟计算，并采用了有限元极限平衡法、Newmark 滑动位移法分析了尾矿坝的强 度稳定性和变形稳定性。结果表明：坝体内最大加速度和位移由下向上总体均呈 逐渐增大的态势，最大值出现在细尾矿区的表面；坝坡面上加速度放大倍数在 1.6~2.2 之间，水平向和竖向最大位移最大值分别为 0.47m 和 0.04m；坝体液化区 域会随着地震震动时间的增加而逐渐扩大，主要区域位于细尾矿区的浅层，粗尾 矿区基本不会液化；地震过程中，大部分时间坝体安全系数大于 1.0，坝体累积滑 移变形量为 2.8m。 关键词：尾矿坝，改良型上游法，数值模拟，稳定性分析，地震荷载 英文摘 英文摘要 重庆大 重庆大学硕士学位论文 III III PAGE PAGE IV ABSTRACT With the continuous development of science and technology, accumulation of experience for building tailings dam and consideration of land resources shortage, environmental protection and investment saving, how to make use of the region for constructing tailings pond efficiently and safely has become one of the most urgent problems for the mine industry in seismic active area. The present thesis focus on the study of the case called Wulonghe tailing pond, which is going to be build by a certain mine companies in Tangdan Block, Dongc