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随着我国经济的持续发展,对矿产资源的需求也日益增多,同时必然会出现高堆尾矿库以及对原有尾矿库的加高工程,由于尾矿坝有其特殊的工作性质,如若失事会给国家、人民造成巨大的财产、生命损失。中线法填筑的尾矿坝具有渗透性强,坝体浸润线低,坝体抗剪强度高等特点,能够极大地提高尾矿坝的稳定性。我国目前采用中线法填筑的尾矿库较少,研究深度和工程实践经验极其不足,所以对中线法筑坝材料的力学性质和坝体稳定性进行全面的研究就显得尤为重要和迫切。
首先,根据中线法筑坝的特点及工艺设备性能将尾矿颗粒分为细粒尾矿、粗粒尾矿、混合尾矿三种,在此基础上,对每种尾矿控制不同干密度的重塑饱和土样进行了力学特性试验(渗透试验、压缩试验、静三轴试验)。得到了尾矿料的物理力学特性指标,确定了各种尾矿不同密度的邓肯-张E-B模型参数。随着筑坝高度的增加,填筑的尾矿砂由于上覆荷载的作用,其渗透系数,抗剪强度等指标都将发生变化。考虑尾矿填筑过程中的固结作用,将三种尾矿不同干密度下得到的参数分别进行拟合,建立了各种参数随干密度(孔隙比)变化的函数关系式,为有限元数值计算提供了条件。
其次,浸润线是直接影响坝体安全的非常重要的因素之一。当浸润线埋深较浅时,则会危及坝体的稳定性。本文利用商业软件Seep-3D对西板岔沟尾矿坝进行渗流数值模拟,对比分析了此坝用中线法填筑的优越性,并为后面坝体应力及坝坡稳定性的分析提供条件。
最后,在试验和渗流计算的基础上,对该尾矿坝进行了坝体应力分析。通过自编程序,在数值计算中考虑了渗透系数、力学指标、弹性常数随孔隙比的变化,得到三维模型下的位移场、应力场等。对坝体内部各处以单元体变为基础的固结度的计算为本文的一个探索,得到了较为合理的结果。由得到的坝体应力场的结果,用改进的搜索滑面法对尾矿坝的坝坡稳定性进行分析,增加了计算结果的精确度,并利用MIDAS/GTS软件中边坡分析模块进行了边坡稳定的比对验证,说明中线法填筑尾矿坝具有优势。