铁岭柴河1号尾矿坝数值模拟及其稳定性分析.pdf

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1、地质论评GEOLOGICALREVIEWVo1．55No．6NOV．2009年铁岭柴河1#尾矿坝数值模拟及其稳定性分析樊跃武¨，信文山，周志广1)吉林铁道勘察设计院有限公司，吉林省吉林市，132001；2)辽宁有色勘察研究院，沈阳，1lo013内容提要：铁岭柴河1尾矿坝位于辽宁省开原市靠山镇猴石社区的关门山沟内，由初期坝和尾矿堆积坝组成。本文在该尾矿坝现场勘察的基础上，将坝体实测主轴剖面进行合理地概化和延伸，建立有限差分数值模型，并以Duncan-Chang双曲线模型来反映尾矿坝岩土体应力一应变本构关系，对处于正常运行条件下的坝体进行数值分析，从而揭露坝体内部应力状

2、态，同时在数值分析结果的基础上，采用基于极限平衡理论的条分法——FeIlenius法和Biship法对尾矿坝的稳定性进行计算，从而实现对尾矿坝稳定性的定量分析，对尾矿库的安全生产具有重要指导意义。关键词：尾矿坝；数值模拟；稳定性分析；有限差分法中国是个矿业大国，目前有大约1500座尾矿考虑土体内部的应力应变关系，无法分析尾矿坝坝库，其中处于正常运行的不足70，有些行业44体破坏的发生和发展过程，无法考虑变形对坝体稳的尾矿库处于险、病或超期服务状态，情况非常不利定的影响。在求取安全系数时，通常需要预先假定(李明等，2005)。尾矿库一旦出现问题不仅涉及到滑裂面的形状，

3、或者折线形，或者圆弧形；数值分析矿山自身的生产安全，而且关系到周边及其下游居法虽然能够比较真实地反应坝体内部应力应变关民生命财产的安危。目前国内外对尾矿坝的研究主系，但是并不能给出一个易于接受的明确的定量化要集中在砂土物理力学性质与颗粒粒度的关系(张指标。在本文中，将采用有限差分法对该尾矿坝进建隆，1995；徐进，2007)、尾矿库的筑坝技术对尾矿行有限差分数值模拟，并在此基础上，分别采用坝稳定性的影响(李建荣，2002)、尾矿坝渗流分析Bishop法和Fellenius法对坝体的稳定性作出分析，(路美丽，2002；赵坚等，2003；路美丽等，2004)、变形从而实

4、现数值分析法和极限平衡分析法的耦合。这监测(贺跃光等，2006)和坝体动、静力稳定性分析种耦合分析方法同时具备了数值分析法和极限平衡(徐志英等，1981；胡明鉴等，2004；楼建东等，2005；分析法的优点，不仅给出了尾矿坝坝体内部应力应刘才华，2007；柳厚祥等，2008)以及环境污染与防治变关系，同时给出了坝体最小稳定性系数，对尾矿库(ChandlerandTosati，1995；Vick，1996)等方面。的安全生产具有重要指导意义。而在尾矿库的安全问题中，尾矿坝的稳定性问题是l工程概况其中重要的一方面，目前，关于尾矿坝稳定性分析的方法主要包括极限平衡分析方法

5、和数值分析法，其铁岭柴河1号尾矿坝位于辽宁省开原市靠山镇中，极限平衡分析法主要是基于刚体极限平衡理论猴石社区的关门山沟沟内，该沟纵向呈“U”字型，沟的条分法，如Fellenius法、Bishop法、Janbu法和底宽70．0～120．0m。该尾矿坝由初期坝和后期尾Mogenstern-Price法等等；数值分析法主要是有限矿堆积坝组成，总坝高为56．0m，库容量约320万元法(李明等，2005)、有限差分法、变分法(柳厚祥in。，其中初期坝为透水堆石坝，最大坝高约10．5m，等，2O03)以及离散元法等等。上、下游坡比均为1：1．7，且上游坡面设置反滤层；基于极限平

6、衡理论的极限平衡法虽然能够对尾后期尾矿堆积坝采用上游式筑坝，由四级子坝组成，矿坝的稳定性作出一个定量化的评价，但是，它没有平均坡比约1：4．0，最大坡长约225．Om。收稿日期；2009—02～09；改回日期：200909—17；责任编辑：章雨旭。作者简介：樊耀武，男，1954年生。现为吉林铁道勘察设计院有限公司副总工程师，主要从事岩土勘察工作。Email：fyw220202@sina．corn；xinwenshan0224@163．corn第。6期樊跃武等：铁岭柴河1尾矿坝数值模拟及其稳定性分析卸荷、再加荷条件下土体的应力应变关系采2稳定性分析基本原理用线弹性模型

7、近似模拟，卸荷再加荷变形模量为："2-．1DuncanChang双曲线模型EKP03(ur—a2)土体应力一应变关系重要特征之一是其强烈的(只)式中K。，为卸荷再加荷变形模量系数，其它非线性特性。在本文的静应力分析中，采用增量法变量符号代表意义同前。考虑这种土料的非线性性质。土料的应力应变关B可以系采用工程上广泛应用的Duncan-Chang双曲线体积变形模量表示为：O"一3模型的EB模式应变—。。该模型假设土体的应力BKP(3)na(巧)关系可用双曲线来表达，由此得到土的线弹性模量式中K。和m分别为体积模量系数和模量指表达式为：数。一。E一KP(1RS(1)。