尾矿坝浸润线的变化规律及其对坝体稳定性影响研究

上游堆坝法是我国尾矿坝的主要类型,溃坝是坝体失事的主要形式之一。本项目针对我国尾矿坝灾害防治中的关键因子-浸润线，以程潮铁矿杨家湾尾矿坝为研究对象，采取理论分析、数值模拟、现场监测以及室内模型试验相结合的方法对浸润线变化规律及其对坝体稳定性的影响展开系统研究。主要研究内容有：影响坝体浸润线埋深的主要因素以及各因素之间的叠加耦合关系研究；浸润线变化的非线性混沌特征及浸润线埋深的非线性预测；考虑浸润线埋深的坝体稳定性分析的地质模型和力学模型建立、尾矿坝变形和破坏规律的堆坝模型试验研究、数值模拟分析等，并将浸润线变化规律及对坝体稳定性影响分析体系研究成果应用于实际工程进行有效性验证，为尾矿坝的溃坝机理及灾害治理提供依据。本课题的研究将突破尾矿坝地质灾害防治的瓶颈问题，为尾矿库的安全评估与管理、预测预报、尾矿坝的灾害治理打下坚实的理论基础，具有重要的理论价值及良好的推广应用前景。

随着尾矿坝逐渐进入服役期和闭库期，近年来尾矿库的事故越来越多，引起社会的高度关注，尾矿坝的稳定性问题是近年来研究的热点问题。本项目针对我国尾矿坝灾害防治中的关键因子—浸润线，以程潮铁矿杨家湾尾矿坝为研究对象，采取理论分析、数值模拟、现场监测以及室内模型试验相结合的方法对浸润线变化规律及其对坝体稳定性的影响展开系统研究。主要研究成果有：. ①对影响坝体稳定性的主要因素进行了总结分析，归纳总结干滩面长度、堆坝坡度、尾砂密实度、浸润线高度等因素对坝体稳定性的影响，在此基础上了建立尾矿坝溃坝事故树分析模型；. ②采用正交优化的方法较为系统地分析了影响坝体浸润线分布的主要因素，包括：各层渗透系数之比、尾矿坝干滩长度、尾矿堆坝上游高度、下游坡度等因素的排序，以及对尾矿坝浸润线的特殊影响，并对这些因素之对浸润线影响进行了叠加耦合分析在此基础上建立了浸润线叠加影响函数；并分析了浸润线叠加影响函数的耦合关系；考虑浸润线变化的非线性混沌特征对浸润线埋深变化进行了非线性预测分析方法研究；. ③建立了考虑浸润线埋深的坝体稳定性分析的地质模型和力学模型，研究浸润线分布对坝体稳定性的影响，并得出了考虑浸润线浸出高度对坝体稳定性影响的计算公式；. ④采用堆坝模型试验研究和数值模拟分析结合的方法对尾矿坝变形和破坏规律进行了详细分析等，重点分析了浸润线变化对坝体稳定性影响；. ⑤对尾矿库远程监控系统进行了优化设计研究。包括尾矿库等级与监测项目的优化选择（监测位移、浸润线、干滩、库水位、降水量，必要时还应监测孔隙水压力、渗透水量、混浊度等），主要监测项目所用设备的选型，预警阀值设置研究等。重点对尾矿库浸润线监测的布点方法、浸润线变化规律非线性预测方法、各监测参数预警阀值设置进行了研究；. ⑥为分析拦挡坝对尾矿坝溃决泥沙的拦截效果，以云南某在建尾矿库为工程背景，依据相似理论，并运用尾矿坝溃决模型试验装置，深入分析拦挡坝设防高度对尾矿坝溃决泥沙拦截效应。. 上述研究成果为尾矿库的安全评估与管理、预测预报、尾矿坝的溃坝机理、尾矿坝的灾害治理打下坚实的理论基础，具有重要的理论价值及良好的推广应用前景。达到了预期的目的。