西板岔沟尾矿坝静力和动力稳定性分析

较为 便利 。选矿 厂钼 矿石 处理 设计 生产 规模 ：生产 前
三年 ３０ ０ｔ ；三年 后为 ６０ ０ｔ 。为满 足在 地震 烈 ０ ｄ ／ ０ ｄ ／
度Ⅶ 度地 区尾 矿筑 高坝 的安 全稳 定性 ， 州“ 采 中线 式 ” 分级 沉砂 尾矿 筑坝 方法 。 算 时取其 最 小干滩 Ｋ度 为 计 １０ｎ，采 用三 维渗 流计 算模 型计 算 出尾 矿坝 坝 体渗 ０ ｌ
摘 要： 采用西安理工大学研发 的 Ｅ Ｅ ３ 程序， ＦＳ Ｄ 运用等价粘弹性模型的三维有效应力有限元法， 对河 南洛 南西板 岔 沟尾矿 坝进 行 了地 震永 久残余 变形 、液化 分析 和边坡 稳 定分析 ，求得 残余 变形 、孔压 水
平分布场和边坡安全 系数。计算得到的坝坡的静 力稳定最小的安全系数 尽 为 １９ ． ，地震反应结束时 的动力边坡稳定安全 系数为 １ １。计算结果表明西板岔沟尾矿坝在静力状态及动力作用下都是稳定 ．９
变 形一 即塑性 变形 的影 响。因此 本次 计算 采用 沈珠 江 建 议 的适 用 于一般 情 况 的等 效 粘弹 性模 型 ， 模 型能 该 够 计 算地 震过 程 中 的残 余变 形 和残 余孔 压 。 型 的表 模
达 式 如＿ 卜：
行 迭 代计 算 ，当 ２次计算 相对 误 差小 于允许 值 时 ，迭
一
考 虑土 材料 的动 力特 性 。因此 有 必要采 川 动力 分析 方 法。 本文 重 点对洛 南曲 板岔沟 尾矿 坝 由丁地震 引起 的 残 余变 形 ，地 震 液化和 坝坡 稳 定性进 行 分析 ，为尾矿 坝 设 计提供 参考 依据 。
１ 工 程 概 况
洛 南县 九 龙 矿 业 有 限 责任 公 司地 处 洛 南 县 ｆ Ｊ 镇 。选 矿厂位 于 省道 ￥ ０ ２ ２公路 西侧 ，距 洛南 县城 ３ ７ ｋ ｍ，距西 潼 高速 公路及 陇海 铁路 罗大 站 ４ ｍ，交 通 ２ｋ
（． １西安 理工 大 学岩 ｉ ｘ程研 究所 ，陕 西 西安 ７ ０８ － １ ４； ０ ２ 东方电气集团国际合作有 限公司，四川 成都 ６０ ３； ． １０ ６ ３西北有 色地质勘查局 ，陕西 西安 ７ ０５；４青海省环境地质勘查局 ，青海 西宁 ． １ ０４ ．
８０ ０ ） １０ ７
４ Ｑ ｎ ｈ ｉ ｎ ｉ ｎ ｅ ｔ ｏｏ ｘ ｌｒ ｔ ｎＧｒｕ ｏ ｏａｉｎ ｉ ｉｇ １ ０ ７ Ｃ ｉ ． ｉ ａ ｖｒ ｍ ｎ ｌ Ｅ ｐｏ ａｉ ｏ ｐ Ｃ ｒ ｒｔ ，Ｘ ＇ ｎ ８ ０ ０ ． ｈｎ ｇ Ｅ ｏ Ｇｅ ｇ ｙ ｏ ｐ ｏ ｎ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｕｓ ｇ ｔ ｅ Ｅ ＥＳ Ｄ ｒ ｇ ａ ｔ ａ ｅ ｅｏ ｅ ｙ Ｘｉ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｆＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ， ａ ｅｏ ｅｅ ｕ ｖ ｌｎ ｉｃ ｅ ａ ｔ ｉ ｈ Ｆ ３ ｐ ｏ ｒ ｍ ｔｄ ｖ ｌｐ ｄ ｂ ’ ｉ ｅ ｓ ｙ ｏ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｂ ｓ ｎ ｔ ｑ ｉ ａ ｅ ｔ ｓ ｏ ｌ ｓｉ ｎ ｈ ａ ｔ ｈ ｖ ｃ ｃ ｎ ｔ ｕ ｉｅ ｍｏ ｅ ｓ ｄ ｉ ｈ Ｄ ｆ ｃ ｉ ｅ ｓｒ ｓ Ｅ ｎ ｌ ｓｓ ｈ ｅ ａ ａ ｙ ｉ ｆ ｒ ｔ ｅ ｐ ｒ ｎ ｎ ｅ ｉｕ ｌ ｄ ｆ ｒ ａ ｉ ｎ ｏ ｓｉ ｔ ｄ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ ｅ ３ ｅ ｅ ｔ ｔｅ ｓ Ｆ Ｍ ａ ａ ｙ ｉ，ｔ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｈ ｅ ｍａ ｅ ｔ ｒ ｓｄ ａ ｅｏ ｔ ｖ ｖ ｍ ｔ ， ｏ
０ 引言
尾 矿库 堆积 坝 是矿 山生产 设施 的重要 组成 部分 ， 坝 体 稳 定 性 不足 引起 的溃 坝 事 件 是 尾矿 库 的一 种 严
重病患。 地震 荷载 下 的尾矿 坝边 坡稳 定 性 问题 一 直是 岩 士 工程 界研 究 的难 点 之一 ， 内外 学 者相继 提 出 了 国
增 刊
胡冉强等 ：西板龠沟尾矿坝静力和动力稳定性分析
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流成 果 。尾矿 堆 积坝 高 １０ｍ，初 期坝 高 ３ ７ ０ｍ，沉砂
挡坝 高 １ ０ｍ，计 算模 型 的坐标 原 点 高程为 １ ５ ０ ３ ｍ，
尾 矿坝 动 力计算 步 骤如 下【： ４ Ｊ
（ ）采 用非 线性 Ｅ Ｂ模 型 ，按 Ｂ ｏ 固结 理论 进 １ — ｉｔ 行 模拟 尾矿 坝 填筑过 程 的分 级静 力计 算 ， 出初始 有 得 效 应 力场 ，根 据静 应 力分布 算 出各 单元 Ｇ ｍ 假 定
现液 化现 象 。然 而 ，拟静 力法 虽然 考虑 了地 震 的动力 特 性 ，还考 虑 了结 构 的动力特 性 ，但 仍 然没有 很 好地
收稿 Ａ期 ：２ １－．３ ００４ １ 基金 项 目： 国家 自然 科学基金 （０７ １２ ； 陕西省重 点实验 室项 Ｈ（９Ｓ０） ５７ ８５ ） ０Ｊ １４ 作者 简介 ： 胡再 强（９４） １６－，男 ，教授 ，博 导，从 事黄土 力 学与 ｌ程及 数值 计算 方面 研究 Ｔ
Ｃ ｒ ｒ ｔ ｎ， Ｃｈ ｎ ｄ ６１ ０ ６ Ｃｈｎ ； ． ｒｈ ｓ Ｍｉ ｉ ｇａ ｄＧｅ ｌ ｇ ｏ ｐｏ ａ ｉ ｏ ｅｇ ｕ ０ ３ ， ｉ ａ ３ Ｎｏ ｔ ｗｅ ｔ ｎ ｎ ｎ ｏｏ ｙＧｒ ｕ ｏ ｐＣｏ ｐｏ ａ ｉ ｎ Ｘｉ ｎ ７１ ０ ４ Ｃ ｉ ａ＂ ｒ ｒｔ ， ｏ ＇ ａ ０ ０ ， ｈｎ ，
代结束； （ ） 计 算该 △ 时段 内的振动 次数 和 Ａ ， ７ ｆ
ｌ ｕ ｆｃｉｎａ ｄｓｏ ｅｓａ ｉｔ ｏ ｅ ｒｈ ｕａ ｅｒ ｓ ｏ ｓ ｔ ｂ ｎ ｈ ｇ ｕｔｉｎ ｓｄ ｍ ｕ ａ ｏ ｎ ｙＨｅ ａ ｒｖｎ ｅ Ｂｙ ｉ ｅａ ｔ ｌｐ ｔｂｌ ｆ ｍ ａｔｑ ｋ ｅｐ ｎ ｅａ ａ ｃ ａ ｏ ａｌ ｇ ａ ｉ Ｌ ｎ ｎ ｃ ｕ ｔ ｈ ｎｐ ｏ ｉｃ ． ｑ ｏ ｎ ｉ ｒ ｙ Ｘｉ ｉ ｎ
为 ００ ，同时 计算 出整 个坝 体 的频率 ｗ的初 值 ； ．５ Ｉ （ ） 将 地震 时程 分 为若 干 时段 的 △ ， 个 时段 ２ ｆ每 △ 再 分 成 ５ ～１ ０个 ； ｆ ０ ０ （ ）形 成 劲度 矩 阵 ［ 、质 量 矩 阵 嘲 、 阻尼 矩 ３ 阵［ ，建 立 动力 平衡 方程 式 ； ｑ
ｉ ｔ ｅｅ ｎ ｌｕａｉ ， ｅｓａｉ ｄ ｍ ｌｐ ｔｂｌ ｔｅｍｉｉ ｍ ａｅｙｆ ｔｒｉ １９ ｆ ｅｄ ｎ ｍｉ ｌ ｅｓａ ｉｉ ， ｔ ｆ ｉ ｌｍｅ ｔ ａｃ ｌｔ ｎ ｆｒ ｈ ｔｔ ａ ｓｏ ｅｓａ ｉｔ，ｈ ｎ ｍｕ ｓ ｆｔ ｃｏ ．， ｒ ｈ ｙ ａ ｃｓ ｐ ｔｂｌｙ ａ ｎｅ ｃ ｏ ｏ ｔ ｃ ｉ ｙ ａ ｓ ｏ ｔ ｏ ｔ ｔ ｅｅ ｄ ｏ ｅｓ ｃｒ ｓｏ ｓ ａｅ ａｔ ｒｉ １１ ． ｈ ｅｕ ｔ ｓ ｏ ｔａ ｈ ｂ ｎ ｈ ｇ ｕ ｔｉ ｎ ｓｄ ｍ ｔｂｅｉ ｈ ｔｔ ｈ ｎ ｆｓｉｍｉ ｅ ｐ ｎ ｅｓ ｆｔ ｆｃｏ ｓ ．９ Ｔ ｅｒｓ ｌｓ ｈ ｗ ｔ ｅＸｉａ ｃ ａ ｏ ａｌ ｇ ａ ｉ ｓａ ｌ ｎ ｔｅ ｓ ｉ ｙ ｈ ｔ ｉ ｓ ａｃ
＝０６ （ ａ ． Ｙ） ， 按 公 式 Ｇ ： ／ ＋ ５ Ｇ （ ） ， １ ／＋ ） （ 计算 和 ，并计 算主 频率 Ｗ ； １ １ （ ） 按 新 的 和 重新 进 行 数值 积 分 ，并进 ６
Ｈａｄｎ等 人提 出的等 效粘 弹性 模 型 ， 能较合 理 ｒｉ 虽 地 确 定土 体在 地震 时的加速 度 、 动剪 应力 和剪 应变 的 反戍 ，但是 在等 向同结 条件 推 导 的 ，不 能考 虑永 久 卜
过程 ； （ ） 从 动力 分析 结果 得 出峰值 动应 变 （ ） ， ５ …
应 变纳 入 静力 分析 。 动力 分析 和静 力分 析 依 时段交 叉
进 行 ，累积 后可 得 出坝体 地 震永 久变 形量 ，并进 行 液 化 情况 分 析 。 ２ ２ 本构 模型 ．
取 五：
（ ）用 Ｗｉ ｏ ． ４ ｌ ｎ 法求 解动 力方 程 ，得 出结 点动 ｓ
２ 动 力 分 析 的基 本 理 论
２ １ 基 本 原理 ． 将 动 力分 析与 Ｂｏ ｉｔ固结方 程 有机 地 结合 ，将 动
力 分 析 中求 得 的坝 体 动 力 反应 量 转 换 为初 应 力 或 初
位 移 、速度 、加速 度及 单元 应 力一 应 变 随时 间 的变 化
些 可用 于评 价 地震 作用 条 件 下稳 定性 的方法 ， 中 其
包 括 静力法 。 拟静 力法 是分 析尾 矿坝 边坡 稳 定性 的常 规 方 法 。 土在 动荷 载 作 用 下应 力 与应 变 之 间表 现
出 明显 的非线 性和 滞后 性 ， 且 随着 动 载力 幅和 持续 而
时 间的增 大土 体 中将逐 渐发 展动 孔 隙水压 力 ， 士 的 使 强度 逐渐 降低 ， 在疏 松饱和 砂 土和 轻亚 粘土 中甚 至 出
坝顶 高 程为 １４ ０ｍ。涉及 到 的材料 种类 包 括下 游 中 ７ 砂 、下 游 中砂 、上游 细砂 、上 游 粉砂 共 ４种材 料 ，计
算 中必 须对 它们 的静 、动 力学 特性 参数 正确 确 定 。一 般认 为 顺河 向地 震 是最 危 险 的情 况 ，因此 本文在 计 算 时 只考 虑 了水平 顺 河 向的地 震加 速度 输 入Ｌ。 ３ Ｊ
的。
关键词 ：尾矿坝 ；静 力分析 ；动力分析 ；稳 定性 ：边坡安全系数 中图分类号：Ｔ ４ ５ Ｕ ３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０ —０ ４ （０ 增刊 一２０— ５ ０ ０ ８４２ １） １ ９ ０
Ｓ ａ ｉ ｎ Ｄ ｙ ｍ ｉ ｔ ｂ ｌｔ ｎａｙ ｉ ｆ ｈｅＸｉ ｎｃ ｇ ｉｉ ａ ｔ ｔｃａ ｄ ｎａ ｃＳ ａ ｉｉｙＡ ｌ ｓｓｏ ｂａ ｈａ ｏｕ ＴａｌｎｇＤ ｍ ｔ
第３ ３卷 增刊 ２ １ 年 ８月 ０１
西 北 地
震 学
报
Ｖｏ ． ３ Ｓ ｐ ． １ ｕｐ ３
Ａ ｕｇ ｔ ２０１ ｕｓ， １
Ｎ ＯＲＴＨ Ｗ Ｅ ＳＴＥＲＮ ＳＥＩ ＳＭ Ｏ ＬＯ ＧＩ ＣＡＬ Ｏ ＵＲＮ ＡＬ Ｊ
西板岔ห้องสมุดไป่ตู้沟尾矿坝静 力和 动力稳定性分析
胡再 强 ，赵宏斌 ，王 晓东 ，张千 一
Ｈ ａ—ｉｎ Ｚ Ｕ Ｚ ｉ ａ ｇ， ＨＡＯ Ｈｏ ｇｂｎ ＷＡ ａ —ｏ ｇ Ｚ ＮＧ Ｑｉ —ｉ ｑ ｎ ＿ｉ ， ＮＧ Ｘｉ ｄ ｎ ， ＨＡ ａ ｙ ｏ ｎ ，
“ Ｉｓｔｔｏ Ｇｅｔ ｈ ｉ ｌ ｎｉｅｒ ｇ．ｉ ｎＵ ｉ ｒｉ ｆＴｃｎｌｇ ，Ｘ ＂ ７ ０ ８ ｈｎ ． ｎｆ ｎ ｚ 州ｃ ｎｅｎ ｔｎ ｌ ｔｕｅ ｆ ｏｅ ｎｃ Ｅ ｇｎｅｉ Ｘ ＇ ｎｖ ｓｙｏ ｅｈ ｏｏｙ ｉ ｎ １０ ，Ｃ ｉａ ２ＤｏｇａｇＥｅ ｎｉ ｃ ａ ｎ ａ ｅ ｔ ａ ４ ｃ Ｉｔ ａｉ ａ ｒ ｏ
ｃ ｌ ｕ ａ ｉｎ ａ ｄ ｔ ｅｓ ｉ ｃｒ ｓ ｏ ｓ ． ａｃ ｌｔ ｅ ｓ ｅ ｐ ｎ ｅ ｏ ｎ ｈ ｉ ｍ
Ｋｅ ｒ ｓ Ｔ ｉｎ ａ Ｓ ａｉ ｎ ｌｓｓ Ｄｙ ａ ｃａ ａｙ ｉ； ｔｂ ｌｙ； ｌｐ ａ ｅ ａ ｔｒ ｙｗｏ ｄ ： ａｌ ｇｄ ｍｌ ｔ ｔｃａ ａｙ ｉ； ｎ ｍｉ ｎ ｌｓｓ Ｓ ａ ｉ ｔ Ｓｏ ｅｓｆｔ ｆｃｏ ｉ ｉ ｙ