降雨作用下尾矿坝的数值模拟

• 作 者: 张本卓
• 出 处: 城市建设理论研究
• 发表日期: 2012年1期

　　摘要：应用GEO-SLOPE系列软件对降雨作用下尾矿坝的进行了数值模拟，模拟结果表明：各土层降雨过程中各层都需要一定的初始反应时间。在降雨过程中，尾矿坝模型表层处节点的孔隙压力逐渐增大，降雨持时的延续，深处的节点开始反应，最后所有节点的孔压趋于同一稳定值，降雨入渗降低了尾矿坝的安全系数，使尾矿坝趋于不稳定。
　　关键词：尾矿坝；降雨入渗；数值模拟
　　引言
　　尾矿坝的研究，国外主要集中在环境污染与防治方面[1]，国内而言，对尾矿库(坝)的研究角度要多些[2-4]，但降雨作用下尾矿坝的数值模拟却很少见。
　　本文选用金山店铁矿锡冶山尾矿库相关参数，运用GEO-SLOPE系列软件对降雨作用下尾矿坝的性状进行了数值模拟，为尾矿坝的建立、维护提供了参考依据。
　　尾矿坝土体模型概述
　　尾矿坝模型土层分布具有金山店铁矿尾矿坝的特点，即其分层现象极为严重，沉积规律基本符合上粗下细，坝前粗库尾细的规律，其突出特点是夹层、互层和交错层特别明显。尾矿坝模型反应了实际堆存尺寸，土层分布特点，实际水位线高度，大概在5m左右。为捕捉降雨入渗深度，在表层处，对尾矿坝网格进行了细化。由于降雨两小时的入渗发生在尾矿坝浅层，所以数值模拟主要考虑浅层尾矿砂在降雨过程中的吸力变化特点及分布规律。
　　值模拟结果及分析
　　降雨作用下尾矿坝孔压分布曲线，从各土层的反应时间时间来看，降雨过程中各层都需要一定的初始反应时间。在降雨过程中，尾矿坝模型表层处节点的孔隙压力逐渐增大，降雨持时的延续，深处的节点开始反应，最后所有节点的孔压趋于同一稳定值，此时在这一土层的入渗可能已达到了尾矿坝土体的稳定入渗率。所以此种数值模拟方法研究降雨下尾矿坝的性状所得到的数据具有一定的可信度，见图1。
　　如图2所示为降雨作用下尾矿坝安全系数变化情况，表明孔压的增大（吸力的减小）尾矿坝安全系数呈下降趋势。在降雨开始一段时间内，安全系数变化并不明显，此与孔压需要一定的反应时间有关，随着降雨的发展，安全系数下降趋势越发明显，这是由于孔压持续增大，影响深度加大的缘故。
　　
　　
　　
　　结论
　　综上所述，有限元分析软件GEO-SLOPE对降雨作用下尾矿坝的模拟结果表明，降雨作用对尾矿坝的影响为：各土层降雨过程中各层都需要一定的初始反应时间；在降雨过程中，尾矿坝模型表层处节点的孔隙压力逐渐增大，降雨持时的延续，深处的节点开始反应，最后所有节点的孔压趋于同一稳定值；降雨入滲降低了尾矿坝的安全系数，使尾矿坝趋于不稳定。
　　参考文献：
　　[1] 杨丽红等. 国内外尾矿坝事故主要危险因素的分析研究. 中国安全生产科学技术. 2008, 5(4): 28~31.
　　[2] 张建隆. 尾矿砂力学特性的试验研究. 武汉水利水电大学学报. 1995，28(6): 685~689.
　　[3] 张建隆. 周期荷裁下尾矿砂动力特性初步研讨. 西北水资源与水工程. 1995, 6(1): 66~72.
　　[4] 李万升, 高建生, 王治平. 大石河尾矿砂的力学试验研究. 工业建筑. 1995, 25(1): 43~57.
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。