论文摘要
随着国内矿山开采的规模不断扩大,大量尾矿库的建设致使尾矿坝的安全评价及预测成为越来越重要的内容。目前尾矿库的主要型式包括上游坝、中间坝和下游坝三种。国内约80%以上的尾矿坝是采用上游坝的形式筑坝。尾矿坝的安全评价主要是对尾矿坝在建设使用过程中和闭库过程后保证尾矿坝不发生溃坝和垮塌。本文以尾矿坝为研究对象,首先从尾矿坝成长演化的角度出发,分析演化过程中的沉积作用、固结作用和化学作用及其对尾矿坝稳定性的影响。然后结合尾矿坝的工程特点及传统尾矿坝稳定性的分析方法,对尾矿坝稳定性分析中的若干问题进行分析,得到如下成果：（1）通过对尾矿坝内尾矿浆堆积过程的分析,归纳出尾矿砂在坝内的流动沉积过程主要经历了三个沉积阶段：在排放管口位置处的坝前窝状堆体的点状沉积阶段；基于现有沉积尾矿库坡面特征的射线流动沉积阶段；在尾水池区域进行的静态沉积阶段。对三个阶段的沉积类型与方式、沉积过程中的能耗方程、沉积路径及区域进行了分析和定量描述,探讨了纵向的“点”—“线”—“面”三个阶段的相互作用和前后影响机制,以及横向上多排管的交替沉积作用影响。（2）针对尾矿坝的固结作用,在原有太沙基固结理论的基础上,结合大变形固结理论为固结模型基础,探讨建立基于成长模型理论的尾矿坝不同阶段的固结应力分析,固结作用应是基于动态成长状态的不同固结状态下的叠加效果。分析了垂向渗流淤堵对尾矿坝固结作用的影响,认为垂向渗流淤堵是导致尾矿库水平向和垂向渗透系数差异。在垂向颗粒级配差异很大条件下,垂向入渗淤堵使得垂向孔隙度基本保持稳定,从而浸润线上的非饱和入渗系数保持稳定。（3）分析了尾矿库内水化学作用的主要影响因素,指出Eh-pH条件是控制尾矿坝水化学作用的主要控制因素,并根据静力平衡原理分析了它们的相互作用。根据氧化还原条件将尾矿坝分为氧化区域,交替区域或还原区域,结合尾矿坝的动态成长演化模型,分析了不同演化阶段尾矿坝的水化学分区特征。以铁矿为例,分析了矿山尾矿库的水化学主要影响因素及反应机理。（4）以实际工程为背景,研究了尾矿库库水位及浸润线位置变化对坝体稳定性的影响。（5）基于尾矿坝坝基和坝体内带有松散的饱和粉细砂或粉土中在地震作用下会产生过大孔隙水压力的特点,研究尾矿坝在不同地震烈度下液化程度及安全系数的变化。研究表明：地震结束后,尾矿坝的局部会出现液化现象,随着地震烈度的增加,液化区域的宽度与深度都会不断地扩大。动力计算结果表明：随着地震烈度的增加,尾矿坝的安全系数不断减小,减小幅度在0.3～0.4之间。（6）利用尾矿坝稳定性分析的有限元数学模型和软件模拟的方法,重点研究不同软件在计算尾矿坝稳定性安全系数方面的差别,供选择数值模拟软件时参考。（7）结合尾矿坝的特点,通过建立典型的尾矿坝稳定性分析模型,开发可用于现场进行快速稳定性分析的计算机软件。