某尾矿库的渗流与稳定数值计算分析
科技情报开发与经济SCI-TECHINFORMATIONDEVELOPMENT＆ECONOMY2010年第20卷第12期
尾矿库是筑坝拦截谷口或围地构成的、用以贮存金属非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所，是矿山开采的三大控制性建设工程之一，投资较大，一般约占矿山建设总投资的5％～10％，并且绝大多数尾矿库下游为生活区、工矿企业或重要城镇。一旦失事，将影响矿山正常生产，严重时还破坏下游地区的生态环境，造成巨大的生命财产损失。我国尾矿库事故时有发生，据最新的统计数据显示，我国各地金属非金属尾矿库共计11846座，安全形势不容乐观。某尾矿库位于一“U”字型冲沟中，场区地貌属沟谷地貌。该尾矿库经上游堆坝法填筑而成，初期坝为土石坝，坝高35m，坝底标高2555m，坝顶高程2590m；堆积坝体为非金属尾矿，堆积坝平均坡度为1∶3，最终设计标高为2660m。参考《选矿厂尾矿设施设计规范》尾矿库等级的分类及防洪标准，将此尾矿库的等级定为3级。1计算方法及理论1.1渗流计算基本理论根据尾矿库区土石体特性，可将其视为非均质各向同性渗流模型，当坐标轴与渗透主轴方向一致时，其二维稳定渗流的连续性基本微分方程为：坠坠xKx坠H坠x+坠坠yKy坠H坠y=Ss坠H坠t（1）式中：Kx、Ky分别为x、y方向的渗透系数；H（x，y）为水头函数；Ss为储水率或单位贮存量，其值表示单位体积多孔介质，当水头降低1个单位时，有多孔介质压缩及水的膨胀所释放出来的水量。1.2浸润线方程根据《选矿厂尾矿设施设计规范》，尾矿库的浸润线计算有一种简化方法。将尾矿坝视为坝基不透水的均质体，当无排渗设施且下游无水时，浸润线方程可表示为：y=hi2hi2-a2L-m2a1/2（2）其中，a为出逸点高度，按下式计算：a=Lm2-Lm22-hi2（3）L=Lc+△L；△L=m1hi2m1+1（4）hi=Hi-Z；Hi=H+Lc-Lim1（5）式中：Li为引化滩长；Lc为计算条件下的实际滩长；m1为沉积滩坡度系数；m2为下游坡度系数；H为计算条件下实际库水位；Z参照尾矿设施设计参考资料确定。尾矿坝简化渗流计算示意图见图1。1.3稳定计算基本理论目前尾矿库稳定计算中应用最为广泛的是基于极限平衡原理建立的边坡稳定分析方法，极限平衡理论的主要思想是将滑动土体分成若干条，每个土条和滑动土体都要满足力和力矩平衡条件。在极限平衡法理论形成的过程中，出现过一系列简化计算方法，主要有以下几种。（1）瑞典法亦称Fellenious法。该法假定滑裂面为圆弧形，在计算安全系数时，简单地将条块重量向滑面法线方向分解来求得法向力。（2）简化毕肖普（Bishop）法。该方法考虑了土条间的作用力，这是对传统的瑞典条分法的重要改进。该方法忽略各土条之间的切向条间力，认为条间力的合力是水平的，同时假设破坏面是圆弧面，且定义边坡安全系数为沿整个滑动面上的抗剪强度与实际产生的剪应力的比值。（3）简布（Janbu）法。该方法提出了同时满足力和力矩平衡的“通用条分法”。这一方法区别于其他方法的一个重要方面，就是通过假定土条侧向力的作用点而不是作用方向来求解安全系数。采用非圆弧面，按条块滑动平衡确定条间力，按推力线确定法向力的文章编号：1005－6033（2010）12－0140-03收稿日期：2010－03－17某尾矿库的渗流与稳定数值计算分析*胡少华1，王涛1，2，杨凡1，向前1，胡超1，刘大炜1，张烨1（1.武汉大学水利水电学院，湖北武汉，430072；2.长江科学院，水利部岩土力学与工程重点实验室，湖北武汉，430010）摘要：运用有限元数值分析方法，对某尾矿库的渗流与稳定进行模拟计算，得到在正常水位运行和洪水水位运行两种工况下库区地下渗流的分布规律、浸润线的位置和尾矿坝的安全系数，根据渗流与稳定的计算结果，对该尾矿库的安全稳定性进行了评价。关键词：尾矿库；渗流；稳定；安全系数中图分类号：TV697文献标识码：A
────────────────*基金项目：国家大学生创新性实验计划项目（课题编号：081048622）
。140作用点，简化计算条间切向力为零，然后再对稳定系数进行修正。2计算模型及参数2.1几何模型及计算参数几何模型所选剖面为尾矿库最大纵剖面，其数值计算模型见图2。该剖面一共划分了512个单元，585个节点，为四边形单元。本次分析采用线弹塑性应力应变本构模型，共划分3个材料区域。其一为初期坝排水棱体及排水垫层采用砾石土料，其二为不透水的位置采用防渗土料，其三为堆积坝体的尾矿。各区域的材料计算参数见表1。2.2计算工况本次计算考虑正常水位运行和洪水水位运行两种工况：其一，以正常水位运行（干滩长度＞100m）；其二，洪水水位运行（干滩长度＞70m）。据此确定相应的化引滩长和化引库水位进行计算。2.3边界条件（1）第一类边界条件，又称为给定水头边界。该尾矿库区的这类边界为库区上游边界和初期坝下游边界，库区上游边界为相应工矿的尾矿库上游水位，初期坝下游水位为相应工矿的水池坝水位。（2）第二类边界条件，又称为给定流量边界。该尾矿库的这类边界条件为地基面不透水边界，即q＝0。（3）第三类边界条件，又称混合边界条件，是指含水层边界的内外水头差和交换的流量之间保持一定的线性关系。3计算结果与分析对渗流模型进行数值计算，获得正常水位运行和洪水水位运行两种工况下的尾矿库地下水渗流分布规律和浸润线位置，见图3、图4。（1）两种工况下的浸润线即为孔隙水压力为0的等值线，大致为二次抛物线分布，与理论分析的结果相吻合；在排渗设施正常运行时，溢出点均位于排水棱体部位，没有出现在堆积坝坝坡等部位的情况。（2）相对于正常水位运行工况，洪水位运行工况的浸润线位置抬高，渗流溢出点位置也随之升高，渗径变短，渗透力变大，发生渗透破坏的可能性增加。地震设计烈度为6度，参考《水工建筑物抗震设计规范》，计算时不计入地震荷载。对该模型进行计算求解，获得尾矿坝在两种工况下的临界滑动面，见图5、图6。分别用瑞典法、Bishop法、Janbu法计算得到其最小安全系数，并与规范要求的安全值进行比较，计算结果见表2。
从计算结果可知，在正常水位运行下尾矿坝最小安全系数在1.639～1.851之间，大于规范值1.20；在洪水水位运行下尾矿坝最小安全系数在1.615～1.826之间，大于规范值1.10。因此，在上述两种工况下尾矿库是稳定的。4结论与建议（1）本文利用有限元数值分析方法，对某尾矿库的地下渗流和尾矿坝的抗滑稳定进行模拟计算，从而确定其浸润线的位置和稳定安全系数。（2）通过对尾矿库的渗流与稳定进行数值模拟可知，当排渗设施正常运行时，该尾矿库在现阶段能保持渗流稳定和抗滑稳定。对于排渗设施失效的情况，需做专门的论证研究。（3）由于尾矿在堆积过程中，其水理性质和力学性质会发生相应的变化，因此在尾矿库的运行期间，需要加强监测，并将不同时期的力学试验和计算结果进行对比分析，来保证尾矿库的稳定运行。参考文献［1］王媛.求解有自由面渗流问题的初流量法的改进［J］.水利学报，1998，3:68－73.［2］陈祖煜.土质边坡稳定分析———原理,方法,程序［M］.北京：中国水利水电出版社，2005.［3］钱家欢，殷宗泽.土工原理与计算［M］.2版.北京：中国水利表1材料力学参数材料砾石土尾矿防渗料密度/（kg/m3）170011501800内聚力/kPa20620摩擦角/（°）2823
28
渗透系数/（cm/s）2e-63e-51e-10孔隙率0.40.30.1弹性模量/MPa601525泊松比0.250.330.22图6洪水水位下尾矿坝滑动面图表2两种工况下安全系数计算结果胡少华，王涛，杨凡，向前，胡超，刘大炜，张烨某尾矿库的渗流与稳定数值计算分析本刊E-mail:bjb＠sxinfo．net科技论坛
水位工况141
科技情报开发与经济SCI-TECHINFORMATIONDEVELOPMENT＆ECONOMY2010年第20卷第12期
CalculatingandAnalyzingtheSeepageandStabilityofaTailingPondHUShao-hua，WANGTao，YANGFan，XIANGQian，HUChao，LIUDa-wei，ZHANGYeABSTRACT:Thispapermakesthesimulationcalculationoftheseepageandstabilityofatailingpondwithfiniteelementanalysismethod，andobtainsthedistributionregularitiesofundergroundseepage，thelocationsofsaturationlinesandthesafetyfactorsoftailingdamundertwoworkingconditionsoftheoperationatnormalwater－levelandtheoperationatflood－level，andbasedontheresultsofseepageandstabilitycalculation，evaluatesthesafetyandstabilityofthetailingpond.KEYWORDS:tailingpond;seepage;stability;safetyfactor水电出版社，1996.［4］任魁生.土石坝渗流计算分析［D］.上海:同济大学，2008.（本文其他参考文献因著录项目不全被删除）（责任编辑：张红）────────────────第一作者简介：胡少华，男，1986年10月生，现为武汉大学水利水电工程专业2006级在读本科生,湖北省武汉市,430072.大柳塔矿12612－2工作面位于六盘区，主要回采2－2煤，煤层厚度为5.06m，倾角0°～4°。本工作面位于2-2煤零度辅运大巷西北侧，12611工作面的东北侧，12611工作面已回采，本面东北的12613工作面正在形成。工作面长度239.8m，推进长度3500.7m，采用一次采全高，全部垮落后退式综合机械化开采的采煤方法。工作面布置有进风顺槽、胶带顺槽、回风顺槽，采用二进一回的通风方式，工作面配风量约为1500m3/min。根据地质说明书，平均绝对瓦斯涌出量为0.07m3/min。煤尘爆炸指数为37％，具有爆炸危险。煤层自然发火期为3个月，自燃倾向性容易自燃。112612－2综采工作面氮气异常涌出情况2009年2月11日早班，12612－2综采工作面回采到回顺侧33联巷距离25m处时，工作面回风隅角附近氧气的体积分数仅为13％左右，工作面回顺风流中氧气的体积分数为17％左右，严重威胁矿井的安全生产。大柳塔矿迅速采取措施于12日对综采工作面气体进行采样分析，上隅角氧气的体积分数最低为10.8％，综采面液压支架最后3架支架操作处氧气的体积分数最低仅为7.2％左右。12日大柳塔矿在综采工作面设1台小局扇稀释上隅角及最后3台支架的氮气，在612－2综采面回顺安设了一趟DN150mm卸压管，通过33联巷密闭伸进611采空区，排放611采空区氮气，3月8日中班，又在排放管路上加设了瓦斯抽放泵，氧气的体积分数大部分时间能保持在19％以上。212612－2综采工作面氮气涌出原因分析2.1采空区氮气来源分析大柳塔矿六盘区主采2－2煤层，采空区密闭效果较好，地表裂隙也是区域性的，不会影响整个采空区气体分布；神东矿区采用的“快采、快掘、快闭、快撤”技术又使得采空区只存在“二带”即散热带和窒息带；综上分析认为：由于采空区密闭好，漏风少，采空区密闭以后由于2－2煤极易吸氧，氧气被采空区遗煤所吸附，但未形成大面积的煤层自燃，采空区只剩下大量的高体积分数的氮气。2.212612－2工作面采空区及相邻采空区的影响根据对工作面采空区及上覆的采空区的观测结果表明：本工作面后部氮气的体积分数一般为80％左右，上隅角氧气的体积分数均在18％以上。因此本工作面采空区大量的高体积分数的氮气涌出的可能性不大，也不会导致上隅角氧气的体积分数偏低。文章编号：1005－6033（2010）12－0142-03收稿日期：2010－03－25大柳塔矿12612－2综采工作面采空区氮气涌出原因分析及控制技术研究郭凯，吴玉国（太原理工大学矿业工程学院，山西太原，030024）摘要：通过对大柳塔矿12612－2工作面氮气涌出、大气压变化情况的观测与分析，指出大气压变化是引起综采工作面氮气涌出导致氧气的体积分数偏低的主要原因，提出了安装专用抽排风机、增阻调压、密闭堵漏等技术措施，在一定程度上解决了氧气的体积分数低对生产构成严重威胁的问题。关键词：综采工作面；采空区；氮气涌出；大气压中图分类号：TD72文献标识码：A142
某水库大坝渗流计算及稳定分析
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某水库大坝渗流计算及稳定分析
作者：彭成山 梁荣慧
来源：《城市建设理论研究》2012年第30期
摘要：在病险水库除险加固工程中，经常需要对加固前的建筑物进行安全复核。本文根据某水库的地勘资料，对其进行了渗流计算和坝坡稳定抗滑稳定计算，计算结果为水库大坝的加固提供合理的构筑建议和措施。
关键词：土石坝；渗流计算；稳定分析
中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：
1.工程概况
某水库位于罗山县西南约55km处的灵山镇境内，属丘陵地区水库，位于淮河水系小黄河支沟上，控制流域面积3.3km2，总库容102.02万m3。水库是一座以防洪、灌溉为主，结合水产养殖等综合利用的小（1）型水库。大坝为粘土心墙坝，现状坝长90m，最大坝高17.4m，坝顶宽约3m。该水库按50年一遇设计，500年一遇防洪标准校核。
2.工程地质
某水库位于秦岭－昆仑纬向复杂构造带之南亚带与新华夏系第二沉降带的交接复合部位。受淮阳山字型构造与经向构造复合干扰，地质构造十分复杂。
据地质测绘及勘探揭露范围内，坝址区地层岩性主要为坝体人工填土（Qs）及燕山晚期侵入的花岗岩，仅在下游河槽分布有泥卵石。坝址区地层根据时代、成因、岩性及其物理力学性特征，现由老到新分述如下：
燕山晚期（r3 5）
岩性为花岗岩，分布在水库两岸，肉红色、灰白色～淡红色，细粒~中粗粒结构，肉眼可见斑状矿物，矿物按含量依次为正长石、斜长石、石英、黑云母等。裂隙较发育，多为60度左右的高倾角，裂隙宽0.3mm，裂面平整，沿裂隙面充填有铁锰质薄膜。表层2m左右多为全风化，岩芯多呈碎屑状、块状，地质取芯率（RQD）低于10%；多为中等风化，岩芯呈块状和柱状，岩心采取率60%~90%，RQD值25%~80%。
尾矿库渗流稳定分析中的稳定性评价指标选取方法
尾矿库渗流稳定分析中的稳定性评价指标选取方法
尾矿库渗流稳定分析是评估尾矿库渗流稳定性的重要步骤，通过该分析可以判断尾矿库在不同条件下的稳定性，并为工程设计和管理提供指导。在进行尾矿库渗流稳定性评价时，选取合适的评价指标对于准确分析尾矿库的稳定性非常重要。本文将介绍几种常用的稳定性评价指标选取方法，并分析其适用性及优缺点。
1. 渗流指标法：渗流指标是评价尾矿库稳定性的重要指标之一，可以反映尾矿库内部的渗流特征。常用的渗流指标包括渗流速度、渗透力、渗流路径长度等。选取渗流指标时，应根据尾矿库的具体情况和渗流路径的形态进行综合考虑，确保评价结果准确可靠。
2. 地质指标法：地质指标是评价尾矿库稳定性的重要依据之一，可以反映尾矿库底部和周边地质条件的稳定性。常用的地质指标包括地层性质、岩性、断裂和裂隙等。选取地质指标时应考虑地质条件对尾矿库渗流稳定性的影响，并结合现场地质调查和实验数据进行综合评价。
3. 模型分析法：模型分析是一种基于物理模型或数值模拟的分析方法，可以模拟尾矿库在不同条件下的渗流稳定性。常用的模型分析方法包括有限元法、有限差分法等。选取模型分析方法时应根据尾矿库的规模和复杂程度进行选择，并结合实际案例进行验证。
4. 统计学方法：统计学方法可以通过对历史数据和统计分析，评估尾矿库的渗流稳定性。常用的统计学方法包括回归分析、灰色系统理论等。选取统计学方法时应考虑数据的可靠性和统计学方法的适用性。 在选取稳定性评价指标时，需要综合考虑尾矿库的具体情况和评价目标，采用多种方法进行综合评价，确保评价结果的准确性和可靠性。此外，还需要在评价指标的选取过程中注意以下几个问题：
1. 指标的敏感性：选取的评价指标应能够敏感地反映尾矿库的渗流稳定性变化，以便及时掌握尾矿库的稳定状态。
2. 数据的可靠性：评价指标所基于的数据应该可靠并具有较高的精度，以保证评价结果的准确性。
3. 综合性与操作性的平衡：评价指标既要有足够的综合性，能够全面反映尾矿库渗流稳定性的各个方面，又要具备一定的操作性，方便实际应用。
理正尾矿库渗流稳定分析的步骤及关键参数
理正尾矿库渗流稳定分析的步骤及关键参数
尾矿库是矿山开采中产生的废矿渣储存设施，其渗流稳定性是保障矿山环境安全的重要因素之一。在进行尾矿库渗流稳定分析时，需要遵循一系列步骤，并确定关键参数。本文将介绍理正尾矿库渗流稳定分析的步骤及关键参数，以帮助读者深入了解尾矿库的渗流稳定性分析。
步骤一：收集基础数据
首先，进行尾矿库渗流稳定分析前，需要收集相关的基础数据。这些基础数据包括尾矿库的几何结构、土质材料参数、附近地质情况以及气候条件等。通过收集这些数据，可以为后续的渗流稳定性分析提供有力的依据。
步骤二：构建工程模型
第二步是构建尾矿库的工程模型。模型的建立通常借助于专业软件或者其他工程建模方法。在构建模型时，需要设定合适的边界条件，包括地下水位、边坡参数等。通过工程模型的建立，可以模拟尾矿库的渗流场，进而评估其渗流稳定性。
步骤三：选择适当的渗流模型
在进行渗流稳定性分析时，需要选择适当的渗流模型。常用的渗流模型有Darcy定律模型、渗透-压缩模型等。根据实际情况，选择合适的渗流模型可以更好地模拟尾矿库的渗流行为，并准确预测其稳定性。
步骤四：确定关键参数
确定关键参数是尾矿库渗流稳定分析的关键步骤之一。关键参数包括土质材料的渗透系数、孔隙度、渗透压等。这些参数的准确性直接影响到渗流稳定性分析的结果。通常可以通过室内实验或现场取样等手段来确定这些参数值。
步骤五：对渗流稳定性进行数值模拟 在确定了关键参数后，可以使用数值模拟方法对尾矿库的渗流稳定性进行评估。数值模拟可以预测尾矿库的渗流场及稳定性状况，并进行相应的分析和优化设计。在数值模拟过程中，需要将步骤二中的工程模型纳入模拟计算。
步骤六：评估渗流稳定性
数值模拟完成后，需要对尾矿库的渗流稳定性进行评估。评估过程中，可以考虑安全系数、渗流轴线位置移动等指标。通过评估渗流稳定性，可以判断尾矿库的水密性和稳定性，为进一步的施工和管理提供科学依据。
尾矿库中后期坝体稳定性计算分析
尾矿库中后期坝体稳定性计算分析
尾矿库是矿山开采过程中产生的废弃物贮存地，其稳定性一直是矿山工程管理中非常重要的问题。在尾矿库的建设过程中，坝体稳定性是需要重点考虑的问题之一。尾矿库中后期坝体稳定性计算分析就是对尾矿库中后期坝体进行稳定性计算和分析，以确保坝体的安全稳定。
尾矿库中后期坝体的稳定性计算分析需要考虑多个因素，如地质条件、水文地质条件、坝体设计参数等。在进行稳定性计算时，需要将这些因素综合考虑，以获得准确的结果。
地质条件是影响尾矿库坝体稳定性的重要因素之一。尾矿库所处的地质条件包括地层的稳定性、地下水情况、地表地貌等。在地质条件分析中，需要考虑地质构造和岩土特性，包括地层的厚度、倾角，地下水位、地下水的渗透性等，并据此进行土体稳定性计算。对于可能出现的地质灾害，如滑坡、滑坡等，也需要进行考虑和分析，以保证尾矿库坝体的稳定。
水文地质条件也是尾矿库坝体稳定性计算分析的重要因素。尾矿库中后期坝体稳定性分析需要充分考虑降雨等因素对坝体稳定性的影响。在水文地质条件分析中，需要对降雨过程进行分析，并考虑其对坝体稳定性的影响，包括水文侵蚀、坡面径流、坝体渗流等。还需要对汛期的影响进行分析，以保证尾矿库坝体在汛期仍能保持稳定。
坝体设计参数也对尾矿库中后期坝体稳定性计算分析起着至关重要的作用。坝体设计参数包括坝体的结构形式、坝体的截面设计、坝体的材料选用等。在坝体设计参数分析中，需要充分考虑材料的强度、坝体的结构稳定性等因素，并结合地质和水文地质条件进行坝体稳定性计算分析。
当前，国内尾矿库中后期坝体稳定性计算分析技术还存在不足，特别适用于对于坝体水文地质条件和设计参数的综合分析技术。这使得尾矿库坝体的稳定性计算和分析成为关注的热点问题。相关部门和研究机构应加大对尾矿库中后期坝体稳定性计算分析技术的研究和开发力度，以提高尾矿库坝体稳定性的准确性和可靠性。也应加强对尾矿库中后期坝体稳定性计算分析技术的推广和应用，以提高尾矿库建设和管理的水平，保障尾矿库的安全稳定。
渗流计算及渗流稳定分析
渗流计算及渗流稳定分析
一、 计算情况
根据《碾压式土石坝设计规范》有关规定，计算组合情况如下：
1、上游正常水位177.84米,下游无水;
2、上游设计洪水位180.57米,下游无水;
3、上游1/3坝高水位174米,下游无水
二、计算参数
坝体渗透系数Ko=3.3×10-6m/s,坝基Kt=3.0×10-6m/s
采用解析法计算成果见下图:
图1 桐峪沟水库大坝渗流安全计算图
三、防渗工程措施
计算结果如上图，由于计算出逸坡降大于允许坡降J=0.4，采取工程措施,下游坝脚采取贴坡排水, 排水体顶按规范要求高于最高出逸点0.5米，即173.2米高程。
坝坡稳定计算及稳定分析
一、 计算工况
根据有关规范，土石坝施工、建设、蓄水和库水位降落的各个时期不同荷载下，应分别计算其稳定性。控制稳定的有施工期（包括竣工期）、稳定渗流期、水库水位降落期和正常运用遇地震四种情况。
二、 计算参数
见下表
物理指标（KN/M3） 抗剪指标(KPa/o)
部位 干容重 湿容重 浮容重 饱和容重 c/φ
坝体 15.5 19.2 9.8 19.6 20/19
坝基 15.2 19.6 1.0 19.8 20/20
三、 计算成果及分析
计算成果见下图,所示，经计算，各种工况下均满足设计要求。
图表 2 桐峪沟水库大坝上游坝坡抗滑稳定计算图
图表 3 桐峪沟水库大坝上游坝坡抗滑稳定计算图
图表4桐峪沟水库大坝下游坝坡抗滑稳定计算图
某尾矿库三维流固耦合稳定性分析
第31卷第5期辽宁工程技术大学学报（自然科学版）2012年10月Vol.31No.5JournalofLiaoningTechnicalUniversity（NaturalScience）Oct.2012
收稿日期：2012-05-12作者简介：张福宏（1971-），男，河北武安人，博士生，主要从事岩土工程向研究.本文编校：朱艳华文章编号：1008-0562(2012)05-0754-06
某尾矿库三维流固耦合稳定性分析
张福宏1，周怡帆2，马海涛3
（1.北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083；2.中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京100083；
3.中国安全生产科学研究院，北京100012）
摘要：为了解决尾砂滩面在渗流力的作用下可能产生较大沉降的这类问题，采用了三维流固耦合数值模拟计算的方法，分析评价此尾矿库达到一定标高后坝体在静态、动态和渗流条件下的尾矿稳定性.研究结果表明：坝体
达到最终标高后，静态稳定性安全系数2.48，具有较大安全余量；在堆积坝体表面上三种不同排渗措施的情况下，侵润线的平均埋深满足规范要求；在0.05g地震力作用下，尾矿库能够保持稳定.研究结论为初步设计及施工图
设计阶段提供依据.
关键词：流固耦合；三维；数值模拟；尾矿；动力载荷；渗流；安全性分析；稳定性分析中图分类号：TD73文献标志码：A
Stabilityanalysisof3Dfluid-solidcouplingofatailingdam
ZHANGFuhong1,ZHOUYifan2,MAHaitao3
(1.CivilandEnvironmentalEngineeringInstitute,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,
China;2.FacultyofResources&SafetyEngineering,ChinaUniversityofMining&Technology(Beijing),Beijing100083,China;3.ChinaAcademyofSafetyScienceandTechnology,Beijing100012,China)
复杂地形尾矿库的渗流分析与研究
复杂地形尾矿 库的
ｒ 渗流分析与研究
李 彪
（河北瑞志交通技术咨询有限公司，河北石家庄０５００９１）
摘要：为了某尾矿库的安全生产，针对该尾矿库的具体情况，对其进行三维渗流与稳定计算。通过数值分析的结果，对
该尾矿库的安全性能和排渗系统的排渗效果作出评价。
关键词：尾矿坝；三维渗流计算；地形概化
中图分类号：Ｐ３３３．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—４７８６（２０１１）０９—０１３９—０２
ＤｏＩ：ｌ０．３８６９￣．ｉｓｓｎ．１００２—４７８６．２０１１．０９．０４４
Ｓｅｅｐａｇｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ０ｆ Ｔａｉｌｉｎｇ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｗｉｔｈ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｔｅｒｒａｉｎ
Ｌｌ Ｂｉａｏ
（Ｈｅｂｅｉ Ｒｕｉｚｈｉ Ｔｒａｆｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００９ １，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｅｅｐａｇｅ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｎｅ ｔａｉｌｉｎｇ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ａｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ Ｏｆｆ
ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｉｔｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓａｆｅ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｔａｉｌｉｎｇ ｒｅｓｅｒ－
ｖｏｉｒ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒａｉｎａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｖｉａ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔａｉｌｉｎｇ ｄａｍ；ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｅｅｐａｇｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ
０ 引言
尾矿库是矿山的一项重要生产设施，其运行状
本溪四野铁矿有限公司尾矿坝渗流场数值分析
瞳囝母圜 施工技术与应用
本溪四野铁矿有限公司尾矿坝渗流场数值分析
王克杰 唐智亮 李洪嘉 ｌ 沈阳，抚顺
吉林大学建筑工程学院。辽宁有色勘察研究院 １ １００１３， Ｉ 辽宁省有色地质局一。一队 １３００１５
摘要：本溪四野铁矿有限责任公司尾矿坝为山谷型。初期坝为透水坝，坝高约２５．０ｍ，堆积坝采用上游法筑坝，目前坝高已达
６８．５ｍ。其稳定性直接影响到坝体下游居民及工程设施的安全。本文利用尾矿坝岩土工程勘察资料，对尾矿库主轴剖面进行合理的概
化，建立了坝体渗流场数值模型，并采用有限元法对该尾矿坝渗流场进行数值分析，得出了勘察期间尾矿坝所处状态的坝体渗流规
律，并以此对坝体渗流稳定性作出了评价。结果表明，在此状态下该尾矿坝渗流稳定，无管涌、流土等渗流破坏现象。
关键词：尾矿坝，渗流场，渗流分析，有限元法
我国是一个矿业大国，目前全国已建成的尾矿库有几千座，该数量仍在
不断增加当中。但由于缺乏有效的管理机制，相当多的尾矿库存在安全隐患，
不少处于险、病、超期服务的状态。目前，尾矿库的安全评价和治理越来越受
到国家的重视。国内外对于尾矿坝的研究主要从尾矿坝的形式、筑坝方法、渗
流、固结、地震对尾矿坝的影响等方面。２０世纪以来，渗流对工程的影响越来
越引起工程界的重视，许多工程技术人员、科学家理论结合工程实践，进行了
大量研究，取得了许多有价值的成果。随着计算机的普遍应用，实验方法得到
了巨大的改进，渗流逐步形成了独立学科，习惯成了自己独立的理论、研究方
法和应用范围。尾矿坝渗流分析方法主要包括数值模拟、物理模拟、理论求解
三种方法【”。
本文基于本溪四野铁矿有限责任公司一选场尾矿坝工程地质勘察资料，
经对坝体主轴剖面合理ｌ生概化，建立了坝体渗流场数值模型，采用有限元法对
该尾矿坝坝体渗流场进行了数值分析，并对坝体渗流稳定性作出了相应评价。
１工程概况
本溪四野铁矿有限责任公司一选厂尾矿库位于本溪市满族自治县高官
满山红尾矿坝加高扩容渗流稳定性分析
Ｓｅｒｉａ１ Ｎｏ．５１７ Ｍａｙ．２０１２ 现代矿业 Ｍ０ＲＤＥＮ ＭＩＮＩＮＧ 总第５１７期 ２０１２年５月第５期
满山红尾矿坝加高扩容渗流稳定性分析
李付胜 侯红斌 秦洪 廖知力 （重庆钢铁集团矿业有限公司）
摘要尾矿坝是堆存金属非金属等矿山选矿废弃物的构筑物，其数量及坝体高度随国家对
矿产资源的巨大需求而快速增加。验算了尾矿坝现状和最终堆积标高两种情况下相应的最不利剖
面位置进行渗流计算和静力稳定计算。同时，运用二维有限元计算坡面浸润线，采用极限平衡法对
坝体现状和加高扩容后的稳定安全系数进行分析。计算结果表明，坝体最终堆积标高剖面的稳定
安全系数在不同计算条件下均满足规范要求，说明堆积坝加高扩容方案是安全可靠的。
关键词渗透稳定性抗滑稳定性浸润线
Ｓｅｅｐａｇｅ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｏｆ Ｍａｎｓｈａｎｈｏｎｇ Ｔａｉｌｉｎｇｓ Ｄａｍ
Ｌｉ Ｆｕｓｈｅｎｇ Ｈｏｕ Ｈｏｎｇｂｉｎ Ｑｉｎ Ｈｏｎｇ Ｌｉａｏ Ｚｈｉｌｉ
（Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔａｉｌｉｎｇｓ ｄａｍ ｉＳ ａ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｈｉｃｈ ｐｉｌｅ ｕｐ ｍｅｔａｌ ａｎｄ ｎｏｎｍｅｔａｌ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｍｉｎｅ ｂｅｎｅｆｉｃｉａ－
ｔｉｏｎ ｗａｓｔｅ，ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｄａｍ ｈｅｉｇｈｔ ｈａｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｒａｐｉｄｌｙ ｗｉｔｈ ｃｏｕｎｔｒｙ ｇｒｅａｔ ｄｅｍａｎｄｉｎｇ ｆｏｒ ｍｉｎｅｒａｌ
ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Ｔａｉｌｉｎｇ ｄａｍ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｗｏ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｆｉｎａｌ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ｈｅｉｇｈｔ ｗｅｒｅ ｃｈｅｃｋｅｄ，
ｓｅｅｐａｇｅ ａｎｄ ｓｔａｔｉｃ ｆｏｒｃｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｄｏｎｅ ａｔ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｍｏｓｔ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｏｕｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ
某铁矿尾矿坝渗流分析
第３６卷第２８期 ・３６０－ ２ ０ １ ０年ｌ ０月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３６ Ｎｏ．２８ Ｏｃｔ， ２０１０
文章编号：１００９—６８２５（２０１０）２８—０３６０ ０３
某铁矿尾矿坝渗流分析
汤荣贵 潘尚涛 王凡俊
摘要：根据物质的渗透性能对坝内各层物质进行概化后，应用ＧＭＳ的ＳＥＥＰ２Ｄ模块对尾矿坝坝体渗流进行了分析，在
合理假定渗入量的基础上得到了目前高程干滩长度为１００ ｍ，２００ ｍ，３００ ｍ的渗流场分布，为尾矿坝的稳定性计算奠定
了基础。 关键词：尾矿坝，渗流场，浆液入渗
中图分类号：ＴＶ５４３ 文献标识码：Ａ
地下水的渗流状态是控制坝坡稳定性和污染物迁移的决定
性因素，因此对尾矿库地下水渗流状态的可靠分析与评价是尾矿
库工程研究的关键之一。本文研究的尾矿库位于内蒙古中部。
库坝呈矩形，为四面围坝而成的平地型尾矿库，南北长３．５ ｋｍ，东
西宽约３．２ ｋｍ，坝体总长１１，５ ｋｍ，库区面积约为１０ ｋｍ２，为内蒙
古自治区最大的尾矿库之一。尾矿堆积坝总库容达到２．３３８亿ｍ３。
目前一期工程已经完成。尾矿坝平均年上升速度为１．０ ｍ，尾矿
堆积坝目前堆积标高最高为１ ０４８ ｍ，尾矿沉积滩坡度为０．５％～
０．８％，目前库内沉积干滩长度在３００ ｍ～３５０ ｍ左右。
１尾矿坝渗流分析方法的选择
混凝土强度为Ｃ２０，桩问距为０．６ ｍ，桩长８ ｍ。
２．２．３挡墙基础加固 本设计应用树根桩作为支承桩原理，由于部分新建亲水平
台、河埠头等构筑基础位于淤泥质土层内，淤泥质土层较厚，为
６ ｍ～１２ ｍ，地基承载力无法满足设计要求，同时，由于场地及用
电限制，大型机械无法顺利施工，故松木桩及水泥搅拌桩等常规
地基处理方式无法实施。结合树根桩具有施工场地较小、用电要
求较低、施工振动小等优点，确定采用树根桩加固地基。
树根桩设计：树根桩直径３００ ｍｍ；桩身混凝土强度为（７２０；桩