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尾砂干式堆存已经有半世纪历史,但因其运行成本过高一直未广泛应用于尾矿库建设。相比其他尾砂贮存方式,干式堆存在安全、环保及基建投资等方面有其独一无二的优越性。随着压滤机技术的改进,干式堆存尾矿库逐渐增多。
目前,我国暂未出台与干式堆存尾矿库相关的规范,且国内对干式堆存尾矿库的研究较少,大部分论文都着眼于介绍尾砂干式堆存工艺,而未对其坝体稳定性及影响因素进行深入研究。工程设计中因降雨运行下的干堆尾矿库稳定性计算的复杂性,往往只对干坡运行的尾矿库稳定性进行计算,对运行工况更差的降雨条件不考虑。在干式堆存尾矿库开始广泛应用的今天,对干堆法各种运行工况下的稳定分析是很必要的。
本文基于非饱和土力学理论,参考尾矿库相关规范和滑坡防治相关规范,采用岩土工程计算软件,以陕西凤县三里河尾矿库为例,对干式堆存尾矿库在降雨条件下的稳定性进行了分析,主要内容及结论如下:
(1)简要介绍了尾矿库的类别、筑坝方法及干式堆存筑坝方法的应用前景。对尾矿库渗流、稳定分析及考虑孔压-应力耦合分析的理论进行简述,着重介绍干式堆存尾矿库稳定分析理论。在传统尾矿库稳定分析理论即经典土力学理论的基础上,采用二维模型对同一尾矿库分别采用上游法和干式堆存方法填筑成的最终坝体的安全稳定系数进行计算,通过对比分析,认为在正常运行时干堆法的稳定性更好;
(2)采用非饱和土力学理论,对降雨条件下的三里河尾矿库坝体稳定性进行计算,并对影响坝体稳定性的因素-降雨强度、降雨持时及尾砂渗透系数进行了研究,分析降雨入渗对干式堆存尾矿库稳定性的影响,并对可能影响坝体稳定的因素如降雨强度、降雨持时及尾砂渗透系数进行考虑,以确定其对干式堆存尾矿库在降雨时的稳定性影响;
(3)对干式堆存尾矿库坝体填筑过程进行模拟,分析坝体在填筑过程中的应力分布及位移变化,在竖向位移分析的成果上对筑坝过程中的固结度进行分析,并对坝体进行稳定计算,将计算结果与不考虑固结作用时的稳定计算结果比较,认为考虑坝体固结作用时下游坝坡稳定性更好;
(4)在降雨条件下考虑孔压-应力耦合对坝体稳定性的影响,将计算结果与不考虑该因素的计算结果进行比较分析,认为在降雨入渗条件下考虑孔压-应力耦合,尾矿库的安全系数更大。