大变形固结条件下的渗流理论研究及其在尾矿坝工程中的应用

论文摘要

我国作为一个资源大国和能源消耗大国，其中很多相关行业的矿山都有尾矿设施。据不完全统计，我国形成一定规模的尾矿设施约有1500座左右。尾矿库作为一个不会直接产生经济效益的设施，而且是矿山企业最大的环境保护项目和危险源。过去发生的各种相关事实有力的说明了，尾矿库一旦出现渗透甚至溃坝现象，将会给库下游的人民生命和财产安全造成不可估量的损失和危害。而尾矿库出现失事情况，多数是由于尾矿坝的渗流造成的。因此能够更精确的计算尾矿坝的渗流场可以更好的评价尾矿坝的安全性。从以往发生的尾矿坝失事情况来看，水是影响坝体变形与稳定的关键因素。而尾矿坝渗流问题是复杂的流固耦合问题。本文根据尾矿坝特有的形成方式（上游筑坝法），从渗流理论出发，分析了尾矿坝的渗流及其稳定性影响因素。并且通过对特定地方的尾砂进行了室内试验，了解了尾砂的基本物理力学性质。在结合前人研究的理论基础上，根据对尾砂的特殊性，考虑了尾砂发生大变形固结条件下的渗透系数变化的问题，建立了在考虑大变形固结作用下渗透系数计算公式，并通过MATLAB编程，求解出固结时间对应下的渗透系数，本文利用前面计算的理论成果在理论模型上进行了计算和初步的分析。油盘铁矿尾矿坝是典型的上游式堆筑坝，本文收集整理了油盘尾矿坝的地形地质资料，各层堆积层的渗透系数、黏聚力、孔隙比、容重等尾矿的物理力学参数，利用自编程序计算了渗透系数并运用Geo-Studio大型岩土工程有限元商业软件进行了渗流场计算，与实际工程情况作比较，对模型进行了验证。本文在渗流场计算时，考虑了影响渗流场的其它因素，并进行了有益的尝试，可以对尾矿坝的设计和浸润线的监测起到较好的作用，具有一定的工程意义和实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 尾矿库工程特点及研究意义
• 1.3 当前研究的不足
• 1.4 本文研究主要内容及方法
• 第二章 尾矿坝渗流稳定性特征及理论分析研究
• 2.1 尾矿坝矿料堆积状态分析
• 2.2 尾矿坝固结渗流特征及稳定性因素分析
• 2.2.1 尾矿坝固结渗流特征状态分析
• 2.2.2 尾矿坝影响稳定性因素分析
• 2.3 渗流基本理论
• 2.3.1 达西渗流定律及适用范围
• 2.3.2 渗流基本方程
• 2.3.3 渗流方程的有限元解法
• 2.4 固结理论
• 2.5 尾矿坝稳定性理论分析
• 2.5.1 尾矿坝稳定性分析方法与流程
• 2.5.2 极限平衡法原理
• 第三章 铁矿尾矿料的物理力学性质试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验材料
• 3.3 研究内容
• 3.4 试验装置
• 3.5 尾矿料压缩性试验
• 3.5.1 试验方法及试验结果
• 3.5.2 试验结果分析
• 3.6 尾矿料抗剪性试验
• 3.6.1 试验方法及试验结果
• 3.6.2 试验结果分析
• 3.7 尾矿料渗透性试验
• 3.7.1 试验技术路线及试验方法
• 3.7.2 试验结果分析
• 第四章 考虑尾矿坝在大变形固结效应下的渗流计算理论
• 4.1 研究意义和研究现状
• 4.2 尾矿坝在大变形固结效应下的渗流计算理论
• 4.2.1 基本方程
• 4.2.2 条件假定及方程求解
• 4.3 理论模型的验证
• 4.3.1 模型的建立
• 4.3.2 理论模型的验证
• 第五章 工程实例应用
• 5.1 尾矿库基本情况
• 5.1.1 尾矿坝地形地貌及运行情况
• 5.1.2 尾矿坝地质特征及地层岩性
• 5.1.3 尾矿坝水文条件
• 5.2 尾矿物理力学性质及沉积规律
• 5.3 油盘铁矿尾矿坝计算
• 5.3.1 计算几何模型
• 5.3.2 计算结果
• 5.3.3 理论结果与实测数据比较分析
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文主要结论
• 6.2 进一步研究工作的展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间科研情况
• 致谢