矿山排土场非线性渗流数值计算new

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1、第23卷第13期岩石力学与工程学报23(13)：2215～22192004年7月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringJuly，2004*矿山排土场非线性渗流数值计算1，21周玉新周志芳12(河海大学土木工程学院南京210098)(马鞍山矿山研究院马鞍山243004)摘要排土场是矿山剥离的松散堆积体，其中的渗流运动较为复杂，实际工程中很难以一般的公式来判别其中的渗流状态。以非线性渗流的普遍表达式建立排土场渗流数学模型，针对排土场渗流特点编制了有限元法计算程序。计算结果表明，排土场渗流区普遍存在非线性渗流状态，计算出的非线性渗流水位较线性渗流水位高

2、。以该方法进行排土场渗流数值计算，根据数值分析结果进行排土场渗流状态的判别，并以之作为排土场稳定性分析的渗流参数，更符合实际，而且偏于安全。关键词土力学，矿山排土场，非线性渗流，数学模型，有限元分类号TD22文献标识码A文章编号1000-6915(2004)13-2215-05NUMERICALCOMPUTATIONOFNONLINEARSEEPAGEFORMINEWASTEDUMP1，21ZhouYuxin，ZhouZhifang1(CollegeofCivilEngineering，HohaiUniversity，Nanjing210098China)2(MaanshanInstitute

3、ofMiningResearch，Maanshan243004China)AbstractTheseepageinwastedumpofmineiscomplicated.Basedonthenonlinearseepageformula，anumericalmodelofseepageinwastedumpisestablished.Acasestudyshowsthatnonlinearseepageexistsinalltheseepageareaofthewastedumpandthewaterlevelishigherthanthatoflinearseepage.Therefore

4、，theseepagecomputationusingnonlinearseepagemodelissuitableandsafeforminewastedump.Keywordssoilmechanics，wastedumpofmine，nonlinearseepage，numericalmodel，finiteelementmethod本文以非线性渗流的普遍表达式描述排土场地1前言下水的运动规律，并以此运动规律建立排土场渗流的数学模型，编制非线性渗流分析的有限元法程排土场作为松散的人工堆积体，其内部结构与序，进行实际排土场渗流的数值分析。计算结果表一般自然边坡的内部结构不同，因而其内部的渗

5、流明，排土场渗流区域普遍存在着非线性渗流运动。运动也同一般边坡地下水运动不同。这主要是因为排土场物料是采矿剥离的废石土，粒级分布极不均2非线性渗流规律匀，渗流状态较为复杂，许多区域可能会出现非线性渗流。实际工程中，很难以一般公式来判别各区地下水的流态可分为层流和紊流两种基本类域的渗流运动状态。型。如果细分，还可划分为4个不同区域：层流区、2002年11月18日收到初稿，2003年1月18日收到修改稿。*国家自然科学重点基金项目(50239070)、国家自然科学基金项目(50179010)资助课题。作者周玉新简介：男，1965年生，现为河海大学博士研究生、高级工程师，主要从事水文地质工程地质方面

6、的研究工作。E-mail：zhouyuxin757@sina.com。•2216•岩石力学与工程学报2004年非线性层流区、紊流过渡区、完全紊流区。划分流因为态的依据有多种，但是很难作为实际工程中地下水∂H=(a+bv)vy∂y流态的判据。则一般认为，土力学中所涉及的大多数对象，都1∂H在达西线性定律适用范围内，但排土场这样的松散vy=(9)(a+bv)∂y的较粗粒料，其中的渗流运动就可能超过其适用的而由式(4)得上限而出现非线性渗流状态，实际渗流水位高于线性渗流计算水位，从而使得排土场稳定性计算偏于J(a+bv)=(10)v不安全。[1～9]将式(10)代入式(8)，(9)，则得非线性渗流规

7、律研究的成果很多，归纳起来主要为两种形式，即J=cvm和J=av+bv2。综合1∂Hvx=v(11)考虑，以下式来表达排土场渗流规律较为合理。J∂xJ=av+bv2(1)1∂Hvy=v(12)式中：J为水力坡降；v为渗流速度；a，b为系数。J∂y2由上式可知，当渗流速度v较小时，则v将更小，由式(1)可知以致可忽略不计。此时，式(1)可化为线性渗透定律，2即达西定律：v=−a+⎛a⎞⎟+J(13)