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静力和地震荷载下尾矿坝的稳定性

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1. 引言

尾矿坝是用于储存采矿作业过程中产生的废料的建筑物【尾矿坝破坏原因解释的不确定性】。尾矿坝的稳定性对于防止灾难性破坏至关重要,灾难性破坏可能导致严重的环境破坏、人员伤亡和基础设施损坏,最近40年曾经发生过两次重大人员伤亡事故,一次是1985年发生在意大利的Stava尾矿坝破坏,造成 269 人死亡;另一次是2019年发生在巴西的Brumadinho尾矿坝破坏【尾矿坝破坏原因的不同解释】,造成260人死亡

尾矿坝的稳定性受到施工方法、尾矿沉积类型、场地条件、地形、筑坝材料、经济、环境和运营因素等多方面因素的影响。岩土工程师在设计和评估尾矿坝稳定性时必须全局考虑这些因素,以确保其在静态和地震荷载条件下的稳定性。数值模拟是尾矿坝稳定性分析的主要方法。

2. 静载作用

在静载作用下,尾矿坝的稳定性取决于作用在尾矿坝上的力与建造它的材料强度之间的平衡,有许多因素可能引起静态破坏,例如筑坝速度过快、水力压裂、内部侵蚀、过度沉降以及水平变形等,从而导致尾矿坝出现各种稳定性问题。静态稳定性分析的主要评价指标是安全系数,基于极限平衡方法最可靠的分析工具包括Slide, Slope/W以及Plaxis LE。另一方法,静态液化是目前最为关注的研究课题,近年来发生的一些尾矿坝破坏主要原因归结于静态液化,尽管我们可以使用简单的评价指标【使用非排干脆性指数粗略估算静态液化(undrained brittleness index)】,但是使用更先进的液化模型,如NorSand模型能够更深入评估静态液化,不过由于时间限制,目前的项目没有进行这种类型的分析。

3. 动载作用

对于尾矿坝来说,最显著的动载作用是地震载荷,地震产生的力会导致尾矿液化,威胁着尾矿坝的稳定性。动载作用分析分三部分: 似静载分析,Newmark位移分析和动力分析,使用的分析工具主要为Slide, Sigma/W和Slope/W,尽管FLAC和Plaxis也是很好的分析工具,但在目前的项目中没有使用它们。

4. 概率性分析

除确定性方法外,蒙特卡罗模拟和点估计法等概率方法也被应用于静态和似静态条件下尾矿坝稳定性的评估。这些方法可以用来估算破坏概率,能对尾矿坝性能提供更真实的评估。

5. 参考案例

上游尾矿坝在地震荷载条件下对液化和流动破坏的敏感性是众所周知的,并且有很多地震造成此类破坏的案例。研究结果可为地震荷载作用下尾矿库稳定性分析提供理论依据,对于控制运行中的风险因素、降低尾矿安全生产风险,预防事故发生、保障财产安全、维护库区社会稳定具有重要意义。其中一项研究通过改变坝的坡度和三种施工方法(不同地震荷载下的上游、中线和下游施工方法)的材料特性,对尾矿坝进行了地震边坡稳定性分析。FLAC3D的分析表明,拟建尾矿坝顶部的临界最大位移在静态荷载下为 5.5 厘米,但在地震荷载下增加至约 16.24 厘米。

6. 结束语

尾矿坝在静力和地震荷载下的稳定性是尾矿坝评估的一个关键问题。通过集成使用极限平衡和有限元数值模拟以及破坏概率方法分析尾矿坝稳定性,以确保其稳定并最大限度地降低灾难性破坏的风险。

7. 参考
(1999) Some considerations in the stability analysis of upstream tailings dams【ChatGPT---学术文献引用的反向校准
(2008) Stability of tailings dams under static and seismic loading【堤坝地震变形(Seismic Deformations of Tail ings Dam)的分析指南
(2011) Stability of Tailings Dams Focus on Numerical Modelling【尾矿管理基础知识短期课程(Fundamentals of Tailings Management)
(2012) Seismic Stability and Liquefaction Analysis of Tailings Dam【岩土地震工程的核心研究对象---液化(Liquefaction )
(2013) Static And Pseudo-Static Stability Analysis of Tailings Storage Facilities Using Deterministic And Probabilistic Methods【隧道开挖稳定性概率分析(Probabilistic analysis of tunnel stability)
(2018) Dynamic characteristics of tailings reservoir under seismic load【FLAC3D的自由场边界(Free-Field Boundaries)
(2018) A simplified approach to assess seismic stability of tailings dams边坡和大坝的地震稳定性(Seismic Stability of Slopes and Dams)
(2019) Analysis and Seismic Design of Tailings Dams and Liquefaction Assessment【什么是流动液化(flow liquefaction)
(2021) Slope Stability Analysis for Sungun High Centerline Tailings Dam尾矿坝破坏原因的不同解释
(2021) Seismic stability of coal tailings dams with spatially variable and liquefiable coal tailings using pore pressure plasticity models【设置初始孔隙压力(Pore Pressure)
(2022) Parametric Study of Seismic Slope Stability of Tailings Dam【第62届朗金讲座 | Lidija Zdravkovic教授---岩土工程中的数值方法

来源:计算岩土力学
Deform建筑岩土理论FLAC3D材料控制
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首次发布时间:2023-09-11
最近编辑:1年前
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