【摘要】：上游式尾礦壩是我國礦山企業(yè)尾礦庫工程普遍采用的傳統(tǒng)壩型,占我國有色金屬礦山的80%左右,地震作用下對其下游群眾人身安全和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成潛在的嚴重威脅。為進一步探究上游式尾礦壩的動力穩(wěn)定性問題,本文從上游式尾礦壩的動力響應入手,考慮了壩體構(gòu)造的幾何特征和地震動特性兩方面的因素,利用Flac~(3D)有限差分軟件模擬計算分析了上游式尾礦壩在不同因素組合下的動力響應特征,最后開展地脈動現(xiàn)場測試,探究了上游式尾礦壩的脈動自振特性。主要成果如下:(1)總結(jié)了影響上游式尾礦壩動力穩(wěn)定性的主要因素,利用正交試驗的思想,考慮壩高、壩坡比、浸潤線埋深及地震動峰值加速度等4種因素3種影響水平耦合作用下壩體的動力穩(wěn)定性,得出4種因素影響程度的主次為:壩高→地震峰值加速度→浸潤線埋深→壩坡比。即上游式尾礦壩的穩(wěn)定性受壩高的影響最為敏感,壩體浸潤線的位置影響壩體各部分尾礦材料的力學性質(zhì),從而影響壩體的宏觀穩(wěn)定性,當壩坡比在合理的設(shè)計范圍內(nèi),靜力抗滑穩(wěn)定性具有一定安全儲備時,地震慣性力作用下,壩坡比對壩體整體穩(wěn)定性的影響較其他因素來說較小。(2)基于有限差分強度折減法,分析了壩高、壩坡比、浸潤線埋深對上游式尾礦壩靜力安全系數(shù)的影響,總結(jié)了各因素影響下壩體貫通區(qū)(潛在滑移帶)的分布及發(fā)展規(guī)律。壩體中浸潤線的埋深主要影響滑移帶的位置及范圍,浸潤線埋深較淺時,塑性貫通帶的位置越高,壩體抗滑安全系數(shù)越小,壩體越不穩(wěn)定。壩坡的陡緩程度主要影響圓弧狀滑移帶的平緩程度,壩坡越陡,潛在滑移帶越彎曲,壩體越不穩(wěn)定。相同坡度、浸潤線埋深的不同壩高的壩體,其塑性區(qū)滑移帶的形狀及位置分布相似,壩體越高,滑移帶上部上覆尾礦材料重量越大,壩體越趨于不穩(wěn)定。(3)分別考慮地震動峰值加速度、壩高、壩坡比及浸潤線埋深4種因素單一作用下壩體動力響應,總結(jié)了地震荷載下上游式尾礦壩響應加速度峰值、響應位移峰值及響應超靜孔壓比峰值的分布和變化規(guī)律。相同峰值的地震慣性力激勵下,當壩高一定時,壩坡越緩(坡比越小)、浸潤面埋深越小時,上游式尾礦壩對地震動作用的整體放大效應越小;整體上,壩體水平向響應位移大于豎向響應位移,壩體越高、壩坡越陡壩體響應峰值越大,浸潤線埋深對壩體響應位移的影響相對較小;地震荷載作用下,上游式尾礦壩壩頂沉積灘表層易發(fā)生液化,相同壩高、浸潤線埋深條件下,壩坡越陡,輸入加速度峰值越大,液化程度越顯著。(4)分析了不同地震動參數(shù)(峰值、頻譜、持時)對上游式尾礦壩動力響應的影響,總結(jié)了不同地震動參數(shù)下,壩體的位移場、響應加速度、響應位移及超靜孔壓比的變化規(guī)律。上游式尾礦壩壩體豎直方向及壩坡臨空面對輸入地震波均有放大作用。壩體材料的阻尼特性對輸入地震波的高頻部分存在濾波作用;對低頻部分存在放大作用;壩坡面及壩體整體響應加速度、響應位移均隨輸入地震波峰值及持時的增加而顯著增大,隨著地震波頻率的增大而減小;壩體超靜孔壓比對輸入地震動峰值以及持時的響應較為顯著,隨著輸入地震動峰值以及持時的增大的顯著增大,而對輸入地震動頻率的影響不敏感。(5)開展國內(nèi)某典型上游式尾礦壩現(xiàn)場地脈動測試,結(jié)合壩體沉積結(jié)構(gòu)資料及實測地脈動數(shù)據(jù),得出上游式尾礦壩的脈動頻譜特性及其自振特性。數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示,該尾礦壩自振卓越頻率主頻帶范圍為:1.5Hz~5.1Hz,壩頂脈動卓越頻率為3.5Hz。整體的頻譜頻譜曲線呈多峰型,地脈動卓越頻率成分豐富多變,頻帶較寬,呈現(xiàn)混亂狀態(tài)。
【圖文】：

[1]。圖1.1 尾礦（圖片來源Yasuda 2018）尾礦，就是選礦廠在特定經(jīng)濟技術(shù)條件下，將礦石磨細、選取“有用組分”后所排放的廢棄物，也就是礦石經(jīng)選別出精礦后剩余的固體廢料。一般是由選礦廠排放的尾礦礦漿經(jīng)自然脫水后所形成的固體礦業(yè)廢料，是固體工業(yè)廢料的主要組成部分，其中含有一定數(shù)量的有用金屬和礦物，，可視為一種“復合”的硅酸鹽、碳酸鹽等礦物材料，并具有粒度細、數(shù)量大、成本低、可利用性大的特點。通常尾礦作為固體廢料排入河溝或拋置于礦山附近筑有堤壩的尾礦庫中，因此，尾礦是礦業(yè)開發(fā)、特別是金屬礦業(yè)開發(fā)造成環(huán)境污染的重要來源；同時，因受選礦技術(shù)水平、生產(chǎn)設(shè)備的制約

形成的具有一定容積，用以貯存尾礦和澄清尾礦水的尾礦堆存系統(tǒng)的主要組成構(gòu)筑物。圖1.2 尾礦庫（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）攔壩堆筑在不同地形條件下的尾礦庫，根據(jù)周圍地形形態(tài)，可分為以下幾種[2]：山谷型尾礦庫：在山谷谷口處筑壩形成的尾礦庫（如圖1.3）。傍山型尾礦庫：在山坡腳下依傍山坡三面筑壩圍成的尾礦庫（如圖1.4）。河谷型尾礦庫：截斷河谷在上下游兩面筑壩圍成的尾礦庫（如圖1.5）。平地型尾礦庫：在平地上四面筑壩圍成的尾礦庫（如圖1.6）。圖1.3 山谷型尾礦庫 圖1.4 傍山型尾礦庫
【學位授予單位】：防災科技學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TV312;TV649

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