矿山碾压尾矿坝稳定性分析及预警预报理论应用研究

论文摘要

本文从国内外尾矿库的安全现状出发,结合工程实际,重点研究了矿山碾压尾矿坝的稳定分析方法、仪器检测、预警预报和软件开发问题。主要内容如下:严格区分了尾矿、尾矿库、尾矿设施、尾矿坝、碾压堆石坝的概念,分析了碾压尾矿坝在设计、施工、运行和闭库过程中存在的问题;分析了影响安全系数的库区主要因素;提出了最小允许安全系数的概念,并对其数值的确定作了较详细的论证,将最小允许安全系数进行了分级,以适用不同的坝体和不同情况的安全评价标准;分析了安全系数与稳定系数的差别;列举了安全系数判据的三种情况及安全系数随时间的变化的规律;研究了岩石力学参数弱化成岩土工程参数的方法、库区孔隙水压力处理方法和如何正确选定碾压尾矿坝的安全系数。本文从瑞典条分法入手,对其公式进行了改进,在改进的瑞典条分法的公式参数中,对地震影响系数值作了全面的论证和计算,得出了在三类别场地的不同地震影响系数;对堆石坝中岩体的抗剪强度指标进行了新的核定;对于复杂土层或岩层,及复杂受力和边界条件,提出了一种新的滑动面确定方法——双曲线定弧法;并用改进的此方法和确定的各项参数,对平果铝土矿两个碾压堆石坝的安全稳定进行了研究分析,得出了大坝基本稳定的结论。对碾压尾矿坝进行了微观研究,得出碾压堆石体的块度情况模型,分析了其微观理论和实际堆积模型,分析得出其粒径服成对数正态分布规律,研究了其抗剪强度指标的影响因素和确定方法。利用损伤力学中损伤概念,提出了碾压坝碾压后负损伤的概念,完善了损伤的分类,推导出了负损伤的有效应变张量公式;具体分析了负损伤在碾压过程中的几个阶段,得出了全应力—应变曲线;从散体的角度,分析了堆石体的压实机理:堆石体压实愈紧密,空隙比愈小,其压实后的强度愈高,稳定性愈好。总结了碾压大坝的三种探测仪器:地质雷达法、高密度电法和瞬态瑞雷波法的原理和使用方法,分析了三种仪器各自的优缺点和目前在尾矿坝安全检测中的使用情况;并将三者成功地运用到了江西分宜县的某碾压尾矿大坝的稳定分析研究中。从总结研究尾矿碾压大坝检测的重要性入手,研究了碾压堆石坝的变形机理,总结出了一套碾压尾矿坝安全检测方法,并针对某矿山现有检测方法的不足提出了具体的改进建议;开发出了一套适用碾压尾矿坝的预报预警软件;研究分析安全预报的安全阈值,将本软件成功应用到了工程实践。论文的意义在于:综合、系统地提出碾压尾矿坝从设计、施工、运行时的安全评价和闭库等所有过程中的安全问题和决策,分析影响碾压尾矿坝稳定安全的原因,对碾压堆石体进行微观机理探讨,对数值分析方法的有关参数和和技术提出新的改进,研究和推广三种新的尾矿坝仪器探测方法和原理,开发适用我国目前的碾压尾矿坝的预报预警应用软件,并结合工程实际,使碾压尾矿坝(库)的安全稳定评价和决策规范化、系统化,并推广应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概述
• 1.1 国内外尾矿坝（库）安全现状
• 1.2 尾矿坝（库）安全评价现状
• 1.3 碾压堆石坝国内外的研究现状
• 1.4 碾压尾矿坝安全稳定性分析和评价方法中存在的主要问题
• 1.5 本论文研究的目的和意义
• 1.6 本论文的研究内容和方法
• 1.7 本章小结
• 第二章 碾压尾矿坝及其安全影响因素
• 2.1 尾矿设施及碾压尾矿坝
• 2.2 碾压尾矿坝存在的实际问题
• 2.3 影响碾压尾矿坝安全稳定的库区因素
• 第三章 碾压尾矿坝安全系数的分析和研究
• 3.1 碾压堆石坝最小安全系数的确定和分级
• 3.2 安全系数和稳定系数的区别研究
• 3.3 碾压尾矿坝的安全系数判据的几种形式
• 3.4 碾压尾矿坝稳定安全系数随时间的变化分析
• 3.5 岩土力学参数弱化的工程处理
• 3.6 库区孔隙压力处理方法
• 3.7 碾压尾矿坝的安全系数的正确选定研究
• 3.8 本章小结
• 第四章 碾压尾矿坝的稳定性分析方法问题研究
• 4.1 稳定性分析方法概述
• 4.2 瑞典条分法公式中天然地震影响系数指标的确定
• 4.3 碾压大坝稳定性分析滑动面确定新方法
• 4.4 碾压堆石坝的微观分析
• 4.5 堆石坝抗剪强度指标（c，（?））的确定
• 4.6 碾压堆石坝材料的负损伤力学分析
• 4.7 碾压坝的压实机理
• 4.8 本章小结
• 第五章 安全稳定分析仪器及探测方法应用研究
• 5.1 概述
• 5.2 堤坝安全稳定检测方法
• 5.3 安全稳定分析和检测仪器
• 5.4 安全探测仪器的发展方向
• 5.5 地质雷达法
• 5.6 高密度电法
• 5.7 瞬态瑞雷面波法
• 5.8 三种仪器探测方法的优缺点
• 5.9 本章小结
• 第六章 尾矿坝监测与灾害预警预报与软件开发
• 6.1 监测工作的重要性
• 6.2 碾压土石坝的变形机理
• 6.3 尾矿坝监测工作
• 6.4 监测预警预报管理系统的开发
• 6.5 坝体监测安全阈值的确定
• 6.6 软件中关于安全报警等级设定研究
• 6.7 本章小结
• 第七章 平果铝土矿碾压尾矿坝安全稳定性研究
• 7.1 平果铝土矿坝区工程、水文地质条件研究
• 7.2 岩土力学参数的试验研究
• 7.3 天然地震影响参数的分析确定
• 7.4 坝体孔隙压力处理
• 7.5 碾压堆石坝坝体稳定分析计算的有关参数取用
• 7.6 坝体稳定分析计算成果
• 7.7 最小允许安全系数的确定
• 7.8 安全系数分级
• 7.9 国家标准的尾矿坝安全系数规范要求指标
• 7.10 大坝稳定性评价
• 7.11 提高尾矿坝稳定安全的技术要点
• 7.12 本章小结
• 第八章 平果铝土矿碾压尾矿坝预报预警及软件应用
• 8.1 平果铝土矿排泥库大坝变形观测现状
• 8.2 该矿区现有观测方法的改进
• 8.3 碾压尾矿坝监测管理系统开发
• 8.4 应用情况总结
• 第九章 江下矿业碾压堆石坝病害隐患仪器探测应用研究
• 9.1 基本情况
• 9.2 勘察目的
• 9.3 渗流稳定性分析
• 9.4 尾矿坝的等级划分
• 9.5 碾压坝的应用地球物理条件
• 9.6 野外工作内容
• 9.7 成果解析与说明
• 9.8 成果汇总说明
• 9.9 结论和建议
• 第十章 结论与展望
• 10.1 结论
• 10.2 主要创新点
• 10.3 今后的努力方向
• 参考文献
• 致谢
• 博士期间发表的论文
• 博士期间参与的主要科研项目