基于流固耦合-強(qiáng)度折減法三元洞尾礦壩穩(wěn)定性分析.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量與日劇增，同時(shí)礦山開(kāi)采出來(lái)的礦石經(jīng)過(guò)選礦廠精選之后排放出來(lái)的固體廢棄物也急劇增加，促使暴露在自然界的尾礦庫(kù)占了相當(dāng)大的土地面積，尾礦壩的高度也相應(yīng)升高。由于尾礦壩在自然環(huán)境中將會(huì)長(zhǎng)期存在，而尾礦壩的滑坡、潰壩將會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境和下游的居民生產(chǎn)生活、礦山生產(chǎn)設(shè)施產(chǎn)生很大的威脅，同時(shí)也會(huì)給國(guó)家的經(jīng)濟(jì)造成巨大的損失。尾礦壩的穩(wěn)定性受到地下水的影響，大量的尾礦壩失穩(wěn)潰壩事故的產(chǎn)生都是由于地下水的作用引起的

2、。事實(shí)上，只要在某一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)有水的存在，應(yīng)力場(chǎng)和滲流場(chǎng)就會(huì)相互影響、相互作用，處于一種復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中，構(gòu)成流固耦合關(guān)系。研究地下水滲流對(duì)尾礦壩穩(wěn)定性的影響具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。本文是以三元洞尾礦壩為研究對(duì)象，基于流固耦合理論并結(jié)合有限元強(qiáng)度折減法，采用大型有限元軟件ABAQUS對(duì)三元洞尾礦壩進(jìn)行二維的數(shù)值模擬穩(wěn)定性分析。本文主要的研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　?。?）介紹了分析尾礦壩或其他自然邊坡穩(wěn)定性的幾種重要而常用的方法，且詳細(xì)

3、闡述了有限元強(qiáng)度折減法的基本原理和在分析尾礦壩安全坡穩(wěn)定性方面的優(yōu)點(diǎn)及通過(guò)某一鈾尾礦壩具體算例對(duì)其失穩(wěn)判據(jù)的分析與研究。
　?。?）根據(jù)達(dá)西定律等相關(guān)的滲流計(jì)算的理論，并由流體的連續(xù)性方程推導(dǎo)出了穩(wěn)定滲流與非穩(wěn)定滲流的基本微分方程，闡述了滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的相互作用以及滲流/應(yīng)力互相作用機(jī)理，得出滲流場(chǎng)與應(yīng)力相互影響的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)將兩場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型組合起來(lái)，形成了分析尾礦壩在流固耦合工況下的數(shù)學(xué)模型，也論述了如何在ABAQUS程序的流

4、固耦合分析模塊中采用強(qiáng)度折減法對(duì)尾礦壩進(jìn)行穩(wěn)定性分析。
　　（3）基于有限元強(qiáng)度折減法，分別計(jì)算尾礦壩在不同參數(shù)組合下的安全系數(shù)，分析材料的參數(shù)變化對(duì)尾礦壩穩(wěn)定性的影響，其材料參數(shù)主要包括粘聚力、內(nèi)摩擦角、彈性模量和泊松比，同時(shí)還包括巖土材料的重度和剪脹角等。計(jì)算結(jié)果表明，粘聚力、內(nèi)摩擦角對(duì)尾礦壩安全系數(shù)的影響較大，安全系數(shù)隨粘聚力、內(nèi)摩擦角幾乎成線性關(guān)系，而彈性模量和泊松比對(duì)安全系數(shù)的大小沒(méi)有影響，得出了重度對(duì)影響尾礦壩的穩(wěn)定具

5、有不確定性及忽略剪脹角將會(huì)使計(jì)算結(jié)果一般都偏于保守。
　　（4）以三元洞尾礦壩工程實(shí)例為研究對(duì)象，建立二維模型，采用有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算分析壩坡在無(wú)水干燥、滲流應(yīng)力不耦合與滲流應(yīng)力耦合三種工況下的穩(wěn)定性情況，在三種不同工況下壩坡的安全系數(shù)分別為1.6、1.42和1.23，從計(jì)算結(jié)果也可以說(shuō)明地下水滲流和壩坡應(yīng)力耦合作用對(duì)尾礦壩穩(wěn)定性影響比較明顯。因此，在分析討論地下水滲流對(duì)尾礦壩穩(wěn)定性問(wèn)題上時(shí)，考慮流固耦合是十分必要的，也為類似的