本文選題：尾礦庫 + 穩(wěn)定性分析�。� 參考：《北京科技大學》2017年博士論文

【摘要】：本文以司家營鐵礦在采煤塌陷區(qū)上構(gòu)建尾礦庫為工程背景,開展了在采煤擾動條件下尾礦壩穩(wěn)定性分析以及動力響應研究,并在地震荷載作用下進行流固耦合分析,研究尾礦壩地震液化機理與災變失穩(wěn)風險。本文研究工作以及所獲得成果如下:首先,采用Midas GTS NX軟件系統(tǒng),建立了整個尾礦壩庫區(qū)復雜三維地質(zhì)模型,包括地層、新老不規(guī)則采空區(qū)、煤層以及未來采礦計劃煤層:采用Visual Studio軟件開發(fā)接口轉(zhuǎn)換程序,將基于Midas建立的三維地質(zhì)模型轉(zhuǎn)換到FLAC3D系統(tǒng)中,由此建立了大尺度尾礦壩以及地基穩(wěn)定性分析的數(shù)值模型。然后,根據(jù)尾礦壩地基當前階段監(jiān)測的地表沉降,采用遺傳規(guī)劃和遺傳算法,建立智能等效巖體參數(shù)識別模型,獲得在采煤影響下的尾礦壩地基基礎(chǔ)等效巖體力學參數(shù)和原巖應力,為尾礦壩動靜力穩(wěn)定性分析和流固耦合數(shù)值模擬提供了可靠的巖體力學參數(shù)。第三,基于獲得的尾礦壩地基等效巖體力學參數(shù),針對尾礦壩筑壩和不筑壩兩種工況,開展了尾礦庫區(qū)在采煤過程中的穩(wěn)定性分析。結(jié)果表明,尾礦庫庫區(qū)地基沉降受采礦擾動影響顯著。隨著煤層逐年開采,庫區(qū)地表南部塌陷坑明顯向西側(cè)逐步擴大,筑壩后的壩體重力加劇尾礦壩地基沉降,在2015年南北兩個塌陷區(qū)貫通,并在庫區(qū)東南側(cè)形成一個新的塌陷坑。預計2018年后最大沉降將達到4.85m,其中西壩體存在失穩(wěn)風險,是整個庫區(qū)最危險部位。第四,針對尾礦庫2018年采礦結(jié)束后,開展地震對尾礦庫穩(wěn)定性影響的動力分析。根據(jù)壩基沉降和壩頂加速度的計算結(jié)果顯示,不考慮滲流影響,僅地震對尾礦壩穩(wěn)定性影響并不十分顯著。最后,采用FLAC3D的Finn模型開展了地震作用下的流固耦合分析,并基于有效應力進行尾礦壩和地基基礎(chǔ)的液化條件判斷。根據(jù)超孔壓比指標評價土體液化條件,由此獲得了動荷載流固耦合條件下初期壩浸潤面變化規(guī)律,從應力、位移、加速度、孔壓、超孔壓比等物理力學指標,對尾礦壩的震動液化進行綜合分析和安全評價,為采煤塌陷區(qū)建造尾礦庫的優(yōu)化設計和安全運營管理提供科學依據(jù)。
[Abstract]:In this paper, the stability analysis and dynamic response of tailings dam under the condition of coal mining disturbance are carried out, and the fluid-solid coupling analysis is carried out under the action of earthquake, taking the construction of tailings reservoir on the coal mining subsidence area as the engineering background. The mechanism of earthquake liquefaction and the risk of catastrophic instability of tailings dam are studied. The research work and the results obtained are as follows: firstly, the complex 3D geological model of the whole tailings dam reservoir area is established by using Midas GTS NX software system, including strata, new and old irregular goaf. Coal seam and future mining plan coal seam: using Visual Studio software to develop interface conversion program, the 3D geological model based on Midas is transformed into FLAC3D system, and a numerical model for stability analysis of large scale tailings dam and foundation is established. Then, according to the ground subsidence monitored in the current stage of tailings dam foundation, the intelligent equivalent rock mass parameter identification model is established by genetic programming and genetic algorithm. The equivalent rock mass mechanics parameters and original rock stress of tailings dam foundation are obtained under the influence of coal mining, which provides reliable rock mass mechanics parameters for the dynamic and dynamic stability analysis and fluid-solid coupling numerical simulation of tailings dam. Thirdly, based on the obtained equivalent rock mass mechanics parameters of tailings dam foundation, the stability analysis of tailings dam in the mining process is carried out under the two working conditions of tailings dam construction and non-dam construction. The results show that the foundation settlement in the tailing reservoir area is significantly affected by mining disturbance. With the coal seam mining year by year, the collapse pit in the south of the reservoir area obviously expands to the west, and the gravity of the dam body after the dam construction intensifies the foundation settlement of the tailings dam, and in 2015, the two collapsing areas of north and south are connected through, and a new collapse pit is formed in the southeast side of the reservoir area. It is estimated that the maximum settlement will reach 4.85 m after 2018, in which the west dam is at risk of instability and is the most dangerous part in the whole reservoir area. Fourth, the dynamic analysis of the effect of earthquake on the stability of tailing reservoir is carried out after the mining of tailing reservoir is finished in 2018. According to the calculation results of the foundation settlement and the acceleration of the dam top, the effect of earthquake on the stability of the tailings dam is not very significant without considering the influence of seepage flow. Finally, the fluid-solid coupling analysis under earthquake action is carried out by using FLAC3D's Finn model, and the liquefaction conditions of tailings dam and foundation are judged on the basis of effective stress. According to the index of super-pore pressure ratio, the soil liquefaction condition is evaluated, and the variation law of initial dam wetting surface under the condition of fluid-solid coupling under dynamic load is obtained. The physical and mechanical indexes, such as stress, displacement, acceleration, pore pressure and super pore pressure ratio, are obtained. The comprehensive analysis and safety evaluation of vibration liquefaction of tailings dam provide scientific basis for optimal design and safe operation management of tailing dam construction in coal mining subsidence area.
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TD926.4

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本文編號：1932463