地震作用下高堆尾礦壩動(dòng)力穩(wěn)定性研究.pdf

1、尾礦庫(kù)是通過(guò)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(gè)具有高勢(shì)能的人造泥石流物源區(qū)。尾礦壩一旦潰決，不僅會(huì)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(duì)尾礦壩事故的統(tǒng)計(jì)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(guó)是一個(gè)礦業(yè)大國(guó)，也是一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家，且有不少礦產(chǎn)資源蘊(yùn)藏于地震帶分布地區(qū)。尾礦庫(kù)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(shí)必須修建尾礦庫(kù)。由于多方面原因，我國(guó)尾

2、礦庫(kù)多采用抗震性能相對(duì)較差的上游式堆壩法，堆壩高度越來(lái)越高、入庫(kù)尾礦粒徑也越來(lái)越細(xì)，使位于地震區(qū)的尾礦庫(kù)的安全生產(chǎn)形勢(shì)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(shí)空變異性，地震具有隨機(jī)性、突發(fā)性和強(qiáng)破壞性，使得尾礦庫(kù)的抗震問(wèn)題十分復(fù)雜。本文以涼山礦業(yè)公司正在運(yùn)行的小打鵝尾礦庫(kù)與云南黃金集團(tuán)新建核桃箐尾礦庫(kù)為工程背景，采用理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬與工程實(shí)例相結(jié)合的綜合性研究方法，對(duì)尾礦的動(dòng)力特性、尾礦壩動(dòng)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(shí)際工程的設(shè)計(jì)和施工提供指導(dǎo)，也可為改善位于地震區(qū)的尾礦庫(kù)的安全形勢(shì)提供技術(shù)支撐。論文主要研究成果如下：
　?、僖晕驳V庫(kù)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(duì)象，采用動(dòng)三軸試驗(yàn)對(duì)它們?cè)趦煞N不同密度條件下的動(dòng)力特性進(jìn)行了測(cè)試和對(duì)比分析，獲得了尾粉砂和尾粉土的動(dòng)力特

4、性及密度對(duì)它們的影響。
　?、诶肎DS動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，研究了尾粉砂和尾粉土在二次液化中的動(dòng)力特性以及第一次液化后孔壓消散對(duì)它們的動(dòng)力特性的影響，獲得了二次液化中尾粉砂和尾粉土的動(dòng)孔壓、動(dòng)變形和動(dòng)強(qiáng)度的變化規(guī)律以及孔壓消散對(duì)這些規(guī)律的影響，為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)地震多發(fā)地區(qū)以及大地震后余震對(duì)尾礦壩穩(wěn)定性的影響提供理論基礎(chǔ)。
　?、劭紤]到尾礦壩在地震中的破壞分為液化流動(dòng)破壞和非液化變形破壞兩個(gè)方面，提出了綜合考慮液化范圍、安全系數(shù)時(shí)程變

5、化和永久變形3項(xiàng)判斷指標(biāo)的尾礦壩動(dòng)力穩(wěn)定性分析方法。對(duì)不同抗震設(shè)防烈度對(duì)應(yīng)的地震震級(jí)、地震波的時(shí)長(zhǎng)、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(shí)用的尾礦壩動(dòng)力穩(wěn)定性計(jì)算方法。
　?、軐?duì)上游式高堆尾礦壩地震反應(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(guò)分析干灘面長(zhǎng)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(duì)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?duì)地震作用下尾礦壩安全系數(shù)時(shí)程變化規(guī)律進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)地震過(guò)程中尾礦壩瞬時(shí)安全系數(shù)具有波動(dòng)降低的特點(diǎn)

7、，為此，完善了定量表征地震作用下尾礦壩安全儲(chǔ)備的最小平均安全系數(shù)和平均小安全系數(shù)的計(jì)算方法，能有效的提高地震作用下尾礦壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(jì)算模型，分析了地震作用對(duì)三種高堆尾礦壩動(dòng)力穩(wěn)定性的影響，定量地論證了上游式高堆尾礦壩動(dòng)力穩(wěn)定性較差這一觀點(diǎn)。對(duì)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(zhǎng)度和增設(shè)水平排滲）的效果進(jìn)行了對(duì)