基于水介质渗流力学作用机理的尾矿坝稳定性研究

It is one of the hot issues to research the stability of tailings dam. The seepage of water in dam body is main influencing factor of the dam stability. This project will study the instability mechanism of tailings dam its structure is special,its seepage is complex and its failure is hazardous. To study the tailing sand block, similar material model and the actual size effect of tailings dam, reveal the size effect law of tailings dam strength, establish size effect model based on statistical theory. Study to determine the similarity criterion of similar material simulation test, doing the tailings dam seepage field and tailings dam seepage law of similarity simulation experiment, monitoring evolution characteristics of experiment model of seepage field, stress field and deformation field, analysis of law of tailings dam deformation and stability coefficient change along with the evolution of seepage field. Application of the theory of seepage mechanics research the intrusion of water medium effect the buoyancy effect, dynamic pressure effect, caused by fracture water stress concentration effect and the coupling mechanics mechanism of tailings dam .Build a tailings dam stability evaluation model based on water medium seepage mechanics mechanism. Making softwares to calculate the seepage to discover solid-flow coupling deformation, gradual damage and unstability mechanis of tailings dam. It provides a theoretical support to protect tailing dams and prevents tailing dams failure, this will promote the development of tailing dam discipline.

尾矿坝稳定性是当今研究的热点问题之一，而坝体内水的渗流又是影响尾矿坝稳定性的主要因素。本项目针对尾矿坝坝体内部结构的特殊性、渗流的复杂性和溃坝的危害性，研究尾矿坝失稳机制。研究尾矿砂试块、相似材料模型与现场实际尾矿坝的尺寸效应，揭示尾矿坝强度尺寸效应律，建立基于统计理论的尺寸效应律模型；研究确定相似材料模拟试验的相似准则，进行尾矿库渗流场和尾矿坝渗流规律的相似模拟试验，监测试验模型中渗流场、应力场、变形场的演化特征，分析尾矿坝变形和稳定性系数随渗流场演化而发生变化的规律；应用渗流力学理论研究尾矿坝水介质的侵入效应、浮力效应、动压效应、水致裂隙应力集中效应及其对尾矿坝的耦合力学作用机理，建立基于水介质渗流力学作用机理的尾矿坝稳定性评价模型，并编制软件进行渗流计算，揭示尾矿坝固流耦合变形、渐变损伤乃至失稳过程的力学机理，为尾矿坝安全保护与溃坝防治提供理论支持，促进尾矿坝稳定性学科方向的进步。

本项目针对尾矿库溃坝灾害的严重问题，以尾矿坝稳定性研究为主题，以尾矿坝内部水的渗流因素对其稳定性的影响问题为切入点，从尾矿坝坝体内部结构的特殊性、渗流的复杂性和溃坝的危害性等几方面，研究了尾矿坝失稳机制。选择了四座尾矿库现场，通过现场测试分析了尾矿库中水介质的渗流特征和浸润线高度变化规律；研究确定了尾矿坝渗透性相似材料模拟试验的相似准则，进行了尾矿库渗流场和尾矿坝渗透性的相似模拟试验，并监测了试验模型中渗流场、应力场、变形场的演化特征，分析了尾矿坝变形和稳定性系数随渗流场演化而发生变化的规律；应用渗流力学理论研究了水的渗流作用导致尾矿坝的固体颗粒的浮力效应、动压效应和固结效应及其对尾矿坝的耦合力学作用机理，建立了基于水介质的渗流规律和渗透力学作用机理的尾矿坝稳定性评价力学模型，并编制了软件进行渗流计算，揭示了尾矿坝固流耦合变形、渐变损伤乃至失稳过程的力学机理，为尾矿坝安全保护与溃坝防治提供了理论支持，促进了尾矿坝稳定性学科方向研究进步。. 在项目研究过程中，对基于水介质的渗流规律和渗透力学作用机理的尾矿坝稳定性评价力学模型，利用计算机程序进行了数值模拟，将模拟结果与现场监测结果进行比对，以验证并完善上述成果，并挖掘出诸如尾矿坝变形五位空间规律等新的科学问题，以供今后的后续研究；. 依据上述研究成果评价了尾矿坝的安全系数和安全状况，为尾矿库的安全生产与管理提供科学依据；分析了洪水漫顶、管涌事故、坝体渗漏、排水系统失效等致灾要素对坝体浸润线、渗流场、应力场、变形场、稳定性的影响特征和规律，以便指导研制科学可靠的尾矿库溃坝防治措施。