尾矿坝灾变机理及其稳定性研究

尾矿坝的溃坝及失稳破坏时有发生，并造成了大量的人员伤亡和财产损失，其灾变机理及其稳定性问题是矿山安全生产中急需解决的重要课题。本项目通过室内和现场试验对尾矿的静、动力学性质进行深入系统的研究；采用自行研制的实验装置，对不同密度、含水量及垂直荷载作用下，尾矿与土工合成材料的界面作用特性进行拉拔试验研究，探索尾矿中加筋的作用机理；根据模型试验的原理和方法，建立尾矿坝稳定性分析及溃坝的模型试验系统，并进行深入系统的试验研究；采用理论分析和数值计算相结合的方法，建立尾矿坝溃坝的数学力学模型，对尾矿坝的稳定性和溃坝过程进行分析。在此基础上，提出尾矿坝的灾变机理和提高尾矿坝稳定性的方法。该项目的研究对于防治尾矿坝灾害的发生具有重要的理论和实际意义。

在矿业开发活动中，人们在获得有价值的矿产品的同时也排弃了大量的尾矿。大部分尾矿以浆状形式排出，以堆筑尾矿坝的方式储存在尾矿库内。尾矿坝的溃坝及失稳破坏时有发生，造成了大量的人员伤亡和财产损失，其灾变机理及稳定性问题是矿山安全生产中急需解决的重要课题。本项目采用实验研究、理论分析与数值计算相结合的方法，以多个工程实例为依托，对尾矿坝的灾变机理及其稳定性进行了深入系统的研究。完成了计划任务书的研究内容，达到了预期目标。取得的主要成果如下：.　　1.通过土工试验，对尾矿的物理、静力学、动力学和流变特性进行了系统的测试和研究。.　　2.应用自行研制的尾矿与土工材料界面作用特性试验系统，以尾矿作为填料土，采用拉拔试验研究了土工合成材料(筋带和土工格栅)与填料土的界面作用特性。.　　3.通过堆坝模型试验，获得了秧田箐尾矿坝不同堆筑时期的干滩面形状、尾矿颗粒级配分布、坝体分层情况、浸润线位置及其变化特点等，据此分析了上游式尾矿坝结构特征、尾矿沉积规律和坝体渗流特性。.　　4.应用自主研制的尾矿库溃坝模拟试验装置，以秧田箐尾矿坝溃决泥砂流体为研究对象，依据相似理论，采用溃坝模型试验，分析了坝体高度、泥浆浓度、沟槽坡度、溃决口门大小以及沟槽底部粗糙条件对溃决泥砂流动特性的影响。.　　5.在相似模型试验研究的基础之上，运用量纲理论建立了适合尾矿库溃决泥砂流动特性的流速和冲击力计算方法，并对泥石(砂)流在弯道处的超高计算公式进行了修正。.　　6.根据BP算法和混沌优化算法优缺点的互补性特点，将二者结合构建了一种新的砂土液化优化预测模型(COBP)，并将其应用于羊拉铜矿尾矿的液化评价中。.　　7.采用SLIDE、ANSYS、FLAC、FLUENT等多种数值模拟软件，对尾矿坝的渗流场和静、动力条件下的应力、变形特征进行了数值模拟，分析计算了尾矿坝的静、动力稳定性。.　　8.根据尖点突变理论建立了尾矿库溃决泥砂流体起动的尖点突变模型，从力学的角度运用尖点突变模型对泥砂流起动机理进行分析，得到了泥砂流起动的充要条件。.　　9.在综合分析尾矿坝加固处理措施和加固特殊性的基础上，提出了加筋梯田法加固细粒尾矿堆积坝；并在坝体稳定性计算中，提出了将加筋材料的作用抵减部分地震力作用的抵减地震力法。