渗流场与应力场耦合分析及其在尾矿坝工程中的应用

• 作 者: 杨永恒
• 发表日期: 2006年期
• 关键词: 渗流场与应力场耦合 尾矿坝 数值模拟 浸润线

渗流场与应力场耦合分析及计算是目前岩土工程界研究的重要内容之一。渗流场与应力场之间是相互联系、相互作用的,二者之间的相互影响体现了两场之间的耦合关系。把渗流场与应力场作为一个系统,研究和探讨二者的耦合问题是十分必要的。尾矿坝是矿山的重要生产设施,坝内存有大量的尾矿砂和水,尾矿坝一旦溃决,将给生产和人民的生命财产安全造成不可估量的损失。在影响尾矿坝安全稳定的各项因素中,渗流破坏是重要因素。所以,尾矿坝工程的渗流场与应力场问题是工程人员关心的重要研究课题。本文首先就广泛的岩土介质分析了渗流场与应力场耦合的作用机理,建立了二者耦合的物理模型;然后以数学和有限元方法为工具,利用Galerkin法推导出渗流场与应力场耦合的有限元计算公式。还就有限元计算时,浸润线位置和初始水头场的确定、收敛的判断标准等问题进行了说明和探讨。本文针对尾矿坝工程特点,研究了其不同的堆坝形式、渗流固结的特点和规律、尾矿坝渗透破坏的不同形式及判别方法。本文利用大型商业软件GEO-SLOPE对金堆城栗西尾矿坝进行了渗流场与应力场相互耦合的数值模拟。模拟计算了只单独考虑渗流场和单独考虑应力场的情况,以及两场耦合情况,并将三种情况进行了对比分析。模拟计算了不同干滩长度、降水、介质各向异性对渗流场浸润线位置的影响,得出了以下结论:(1)在工程实际可能范围内,干滩长度增加100m,尾矿坝的渗流量大致减少14%左右,所以在工程中应尽量增加干滩的长度;(2)在不同的降水条件下,如果不考虑尾矿库内水位的抬高,降水对渗流场影响不大;(3)随着K y K x的增加,尾矿坝的渗流量逐渐增大。