【摘要】：由于我國地震活動頻繁,尾礦庫分布區(qū)域廣泛,使得尾礦壩地震作用下的安全穩(wěn)定性成為尾礦壩研究的重點。在地震作用下尾礦壩的相關(guān)力學(xué)參數(shù)發(fā)生變化,不僅關(guān)系到整個尾礦壩的安全運行,而且關(guān)系到生態(tài)環(huán)境,更關(guān)系到數(shù)以萬計的人民生命財產(chǎn)安全。因此,本文以湖南省某尾礦壩為研究對象,根據(jù)顆粒流軟件的功能特點,利用PFC2D軟件的動態(tài)模擬和時步顯示計算算法,有效模擬地震波對尾礦壩穩(wěn)定性方面的影響,對地震作用下尾礦壩壩體產(chǎn)生破壞的位置以及發(fā)展趨勢進(jìn)行分析。本文的主要研究工作及成果如下:(1)本文根據(jù)一個具體的尾礦壩實例,采用PFC2D模擬了地震作用下影響滲流系數(shù)的相關(guān)參數(shù)以及不同位置測量圓的位移變化情況。模擬結(jié)果表明隨著地震的加載,地震作用過程中尾礦壩逐漸發(fā)生滑動,測量圓相比較得出X方向最大滑動位置出現(xiàn)在測量圓8處,即基巖上部靠近粗粒砂的部分,最大值為1.8872 m;Y位移最大滑動位置出現(xiàn)在測量圓1處,即基巖下部靠近初期壩的部分,最大值為0.9346 m,基巖相對于尾礦壩整體易發(fā)生較大滑動位移。(2)地震作用下尾礦壩中顆粒應(yīng)力、應(yīng)變曲線分析是整個尾礦壩安全穩(wěn)定性分析中的重要組成部分。模擬結(jié)果表明:地震作用下尾礦壩的整體滑移部分多為下部首先產(chǎn)生較大位移之后上部開始滑動,從而由局部滑移造成壩體整體滑移;初期壩和細(xì)粒砂相對于基巖更易產(chǎn)生滑移,且滑移位移明顯,細(xì)粒砂相對于粗粒砂較易產(chǎn)生位移。(3)本文以數(shù)值模型為基礎(chǔ)研究了尾礦壩地震荷載作用發(fā)生滑移以后的位移最大變化處和尾礦壩發(fā)生失穩(wěn)破壞的判斷依據(jù),同時探究了該尾礦壩地震作用下的破壞趨勢。模擬結(jié)果表明:尾礦壩的位移變化隨著地震荷載的變化而變化且最大變化處位于坡腳處,位移云圖出現(xiàn)分層破壞面表明該尾礦壩已經(jīng)處于破壞狀態(tài)。通過分析尾礦壩數(shù)值模型,從而對地震作用下的尾礦壩安全性能做出判斷,給類似工程提供借鑒實例。(4)本文通過該尾礦壩數(shù)值模擬結(jié)果表明初期壩坡腳處最易發(fā)生明顯的滑移,采用加重壓坡的方法,增大壩體厚度和抗滑強度,同時通過排滲加固的方法來增加尾礦壩穩(wěn)定性,設(shè)置輻射井在浸潤線的水平位置為50m、150m、250m、350m、450m,不同程度的降低浸潤線的高度。
【圖文】：

該模型總共生成球體數(shù)量為 26399 個(含邊界)。圖 3.2 尾礦壩整體結(jié)構(gòu)圖3.2.4 漂浮顆粒消除通過將初始應(yīng)力均勻分布以后在模型中仍然存在接觸小于 3 個的漂浮接觸，該部分接觸如果不做處理將會對后續(xù)模型運行中的不平衡力、速度監(jiān)測、位移監(jiān)測造成影響，一般來說是將局部顆粒進(jìn)行放大或者縮小來達(dá)到每個球的接觸不少于 3 個為止。對該尾礦壩模型消除漂浮顆粒的方法是懸浮顆粒衰減法。在 PFC2D5.00 版本中消除顆粒懸浮的功能已經(jīng)得到增強，在模型中不是對顆粒屬性進(jìn)行修改，而是將控制器上的屬性進(jìn)行修改。修改的屬性包括固定屬性、速度屬性、摩擦系數(shù)和顆粒半徑。該方法執(zhí)行一個外部循環(huán)和一個內(nèi)部循環(huán)。外部循環(huán)的標(biāo)志物為漂浮、不漂�。粌�(nèi)部循環(huán)將顆粒重新排列展現(xiàn)，同時內(nèi)部循環(huán)的平均力只采用接觸器相鄰接觸，即不使用真正的接觸。計算所得的浮點的數(shù)量小于允許的浮點數(shù)量，執(zhí)行取消接接觸限制和取消對小球的固定以及對小球的速度和角速度的固定，從而浮點顆粒數(shù)將增加。3.2.5 模型賦值及建模完成根據(jù) 3.2.1 節(jié)材料參數(shù)的標(biāo)定對模型中的各個土層進(jìn)行賦值，然后使模型運行到平衡狀態(tài)。本模型運行步數(shù)為 300000 步。然后將作為固定模型形狀的墻體進(jìn)行刪除，留下作為邊界條件的墻體，，同時設(shè)置重力加速的值為 9.8m/s2，使整個模型首先在重力加速度的作用下達(dá)到第一次初始應(yīng)力平衡狀態(tài)，然后采用軟件內(nèi)置函數(shù)對模型中球體的速度和位移設(shè)置為零，為下面的地震作用下的穩(wěn)定性計算做出準(zhǔn)備。至此，當(dāng)再次建立了穩(wěn)定的尾礦壩模型時則表明該尾礦庫壩體的 PFC2D模型完成。

圓 4 和測量圓 6 的 Y 方向位移整體趨勢是向正向運動，而測量圓 8 的整體趨勢是向負(fù)向運動。從整體來說地震作用下尾礦壩正向位移增加說明該部分壩體屬于有整體滑移趨勢的部分，其中壩體的滑移多為下部首先產(chǎn)生較大位移然后上部開始滑動，從而由局部滑移引起壩體整體滑移，同時初期壩和尾砂都發(fā)生明顯位移，基巖相對并不穩(wěn)定，初期壩和尾砂的表層顆粒發(fā)生的相對位移比較明顯，同時借助尾礦壩數(shù)值模擬理論，可得出地震作用下破壞的本質(zhì)應(yīng)為各個顆粒層中各顆粒受力引起位移變化從而造成破壞。4.4.2 模型應(yīng)力云圖和位移云圖及結(jié)果分析模型應(yīng)力云圖和位移云圖能準(zhǔn)確反映各個顆粒所受應(yīng)力和位移情況，可以得到地震作用下尾礦壩應(yīng)力分布情況和尾礦壩破壞情況。圖 4.17 為 X、Y 方向上的應(yīng)力云圖，圖 4.18 為 X、Y 方向上的位移云圖。
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TV649

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本文編號：2611898