尾礦壩的穩(wěn)定性研究及發(fā)展分析

摘 要：作為我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)安全的監(jiān)測(cè)重點(diǎn)，同時(shí)也是我國(guó)環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)對(duì)象，尾礦壩的穩(wěn)定性能非常的重要，因此在我國(guó)的相關(guān)企業(yè)中要對(duì)尾礦壩的穩(wěn)定性進(jìn)行專業(yè)的研究和評(píng)價(jià)。文章針對(duì)尾礦壩的穩(wěn)定性研究成果進(jìn)行闡析和論述，希望通過(guò)文章的闡析和論述，能夠?yàn)槲覈?guó)的尾礦壩穩(wěn)定性的提升有一定的貢獻(xiàn)，同時(shí)也對(duì)我國(guó)的工業(yè)安全發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

關(guān)鍵詞：尾礦壩；滲流穩(wěn)定；壩體靜力穩(wěn)定；壩體動(dòng)力穩(wěn)定

我國(guó)的工業(yè)安全涉及很多的方面，其中的尾礦壩安全就是相對(duì)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。因此我國(guó)的尾礦壩的穩(wěn)定性能一直被我國(guó)的工業(yè)安全監(jiān)督單位重點(diǎn)監(jiān)控。尾礦壩的壩體的穩(wěn)定性能對(duì)于我國(guó)的尾礦庫(kù)區(qū)的生產(chǎn)安全和生產(chǎn)穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用，因此要格外重視。我國(guó)的尾礦工程屬于物理力學(xué)的研究范圍，同時(shí)尾礦的邊坡也是物理力學(xué)的研究范圍，但是在實(shí)際的研究過(guò)程中對(duì)于尾礦庫(kù)的穩(wěn)定性研究就非常的少。因此現(xiàn)階段我國(guó)的尾礦庫(kù)穩(wěn)定性研究還是主要圍繞著壩體的變形研究和穩(wěn)定性能研究?jī)蓚€(gè)大的方面。針對(duì)尾礦壩的文章研究我們目前有三個(gè)主要方面。第一個(gè)方面是尾礦壩的滲流穩(wěn)定性研究；第二個(gè)方面是尾礦壩的壩體靜力穩(wěn)定性研究；第三個(gè)方面是尾礦壩的壩體動(dòng)力穩(wěn)定性研究。但是在尾礦壩工程中，伴隨著壩體的不斷加高以及加載形式的不斷升級(jí)，同時(shí)還有土體的結(jié)構(gòu)和類型的復(fù)雜程度等因素，我們的研究對(duì)象還要包含壩體土體的飽和度的變化規(guī)律以及孔隙的壓力變化規(guī)律等。我國(guó)近些年發(fā)生了很多的壩體生產(chǎn)安全事故，最為著名的應(yīng)該是山西尾礦決堤安全事故。事實(shí)表明，要求我國(guó)相關(guān)部門的技術(shù)工作人員對(duì)于尾礦壩的整體性能穩(wěn)定性要有更加深入的研究和創(chuàng)新。但是大的研究方向還是上文提及的三個(gè)穩(wěn)定性研究。

1 尾礦壩穩(wěn)定性研究中的滲流穩(wěn)定性研究

尾礦壩穩(wěn)定性研究過(guò)程中，使用到的最初的理論技術(shù)是十九世紀(jì)中葉創(chuàng)立的滲流基礎(chǔ)相關(guān)理論。滲流基礎(chǔ)的理論主要經(jīng)過(guò)了四個(gè)階段的發(fā)展，慢慢的形成了現(xiàn)階段分析和研究尾礦壩穩(wěn)定性能的主要研究依據(jù)。這四個(gè)階段分別是：第一個(gè)階段是在滲流基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上增加了非飽和滲流的理查德方程式；第二個(gè)階段是在第一個(gè)階段的基礎(chǔ)上增加了有限分法的數(shù)值模擬理論；第三個(gè)階段是在第二個(gè)階段的基礎(chǔ)上增加了有限元的具體分析方法；第四個(gè)階段是在第三個(gè)階段的基礎(chǔ)上增加了非穩(wěn)定滲流的有限元計(jì)算。經(jīng)過(guò)了四個(gè)階段的發(fā)展，尾礦壩的穩(wěn)定性研究主要理論已經(jīng)變得非常成熟，在實(shí)際的使用中也是應(yīng)用范圍非常廣泛。

在尾礦壩的穩(wěn)定性研究中的滲流穩(wěn)定性研究最主要的研究因素是浸潤(rùn)線具體位置的確定。因?yàn)榻?rùn)線的位置能夠?qū)ξ驳V壩的滲流穩(wěn)定產(chǎn)生影響。在尾礦壩中，一旦浸潤(rùn)線的位置在尾礦壩的壩面之外，或者是非常接近尾礦壩的壩面臨界點(diǎn)，說(shuō)明尾礦壩的穩(wěn)定性非常的危險(xiǎn)，有可能出現(xiàn)安全問(wèn)題。通常情況下，尾礦壩的浸潤(rùn)線的具體位置是根據(jù)尾礦壩的具體設(shè)計(jì)來(lái)確定。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一旦出現(xiàn)浸潤(rùn)線的位置沒(méi)有到達(dá)設(shè)計(jì)文件的要求高度，就表明尾礦壩存在穩(wěn)定性不足的風(fēng)險(xiǎn)。我國(guó)現(xiàn)階段針對(duì)尾礦壩穩(wěn)定性能的滲流穩(wěn)定研究，主要的措施除了采用現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際勘探之外，還會(huì)使用滲流的分析技術(shù)進(jìn)行分析，主要是通過(guò)半工業(yè)形式的試驗(yàn)來(lái)得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析?，F(xiàn)階段滲流穩(wěn)定研究主要有三種方法：第一種方式是理論求解；第二種方式是半工業(yè)試驗(yàn)；第三種方式是數(shù)值分析。上述三種方式在滲流穩(wěn)定性研究的過(guò)程中都會(huì)被應(yīng)用。

在應(yīng)用理論求解的過(guò)程中，我們首先要做的就是要對(duì)整個(gè)尾礦壩工程有一個(gè)總體的概括。然后再通過(guò)相應(yīng)的公式或者理論進(jìn)行驗(yàn)證。這種方法主要應(yīng)用在較為簡(jiǎn)單的均質(zhì)壩體工程中。在面對(duì)較為復(fù)雜的排水褥墊尾礦壩，排水設(shè)施尾礦壩或者是堆積子尾礦壩等復(fù)雜的尾礦壩，理論研究還是有一定的局限，到目前為止還沒(méi)有非常大的突破。這種驗(yàn)證穩(wěn)定性的方法主要是受到了技術(shù)上的局限導(dǎo)致沒(méi)有取得突破。

在尾礦壩穩(wěn)定性研究過(guò)程中的半工業(yè)試驗(yàn)的驗(yàn)證方法，主要就是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工程實(shí)際來(lái)進(jìn)行一定比例的還原。通常情況下是人工搭建尺寸和功能相匹配的尾礦壩工程樣板進(jìn)行試驗(yàn)。這種穩(wěn)定性研究方法主要是用在較大型的尾礦壩工程中。在實(shí)際的理論研究中，半工業(yè)的穩(wěn)定性試驗(yàn)被認(rèn)為是和實(shí)際的工程穩(wěn)定性最匹配的方法，同時(shí)通過(guò)具體的試驗(yàn)得出了相關(guān)數(shù)據(jù)更為真實(shí)有效，科學(xué)。但是半工業(yè)試驗(yàn)有一個(gè)非常大的弊端就是試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)投入較大，中型或者小型的尾礦壩工程沒(méi)有能力負(fù)擔(dān)如此多的試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，因此在我國(guó)的很多尾礦壩工程中都沒(méi)有取得較大范圍的應(yīng)用。

在尾礦壩穩(wěn)定性研究過(guò)程中的數(shù)值分析法相較于前面的兩種研究方法更值得被推廣。主要是由于數(shù)值分析方法有扎實(shí)的理論研究基礎(chǔ)，同時(shí)計(jì)算的精準(zhǔn)度較高，研究的投入成本較低。鑒于上述的三個(gè)優(yōu)點(diǎn)，數(shù)值分析法在我國(guó)上世紀(jì)中葉就已經(jīng)有了非常高的應(yīng)用。數(shù)值分析法主要有三種方法來(lái)進(jìn)行研究。第一種是差分法；第二種是有限元法；第三種是邊界元法。差分法就是應(yīng)用微積分的相關(guān)計(jì)算原理來(lái)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算和研究，我國(guó)應(yīng)用最廣泛的是有限差分法。穩(wěn)定性研究中的有限元法主要是將物質(zhì)能力作為試驗(yàn)計(jì)算基礎(chǔ)，將滲流穩(wěn)定問(wèn)題嵌入其中來(lái)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算和研究。有限元方法現(xiàn)階段我國(guó)應(yīng)用最為廣泛，主要是由于有限元便于計(jì)算，并且應(yīng)用靈活。計(jì)算或者研究的變量及形狀可以隨時(shí)發(fā)生改變。我國(guó)在滲流穩(wěn)定性研究和計(jì)算的方法中，有限元計(jì)算是最好的計(jì)算方式。應(yīng)用到的軟件有兩種：第一種是FLOW-2D軟件；第二種是ANSYS-APDL軟件。

2 尾礦壩穩(wěn)定性研究中的壩體靜力穩(wěn)定性研究

在尾礦壩穩(wěn)定性研究過(guò)程中，如果尾礦壩沒(méi)有出現(xiàn)強(qiáng)烈震動(dòng)或者周邊沒(méi)有遭受地震的危害，我們就認(rèn)為尾礦壩現(xiàn)在處在一種靜力的狀態(tài)之下。因此尾礦壩靜力分析也稱之為極限平衡分析研究。在工程研究設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們最常用的方式就是黏性土坡穩(wěn)定性研究方法。

在進(jìn)行壩體靜力穩(wěn)定分析時(shí)，除了上述理論計(jì)算方法外，主要還有半工業(yè)試驗(yàn)和數(shù)值分析方法。進(jìn)行壩體靜力穩(wěn)定性分析半工業(yè)試驗(yàn)與滲流穩(wěn)定分析類似，由于成本過(guò)高在設(shè)計(jì)和工程評(píng)價(jià)中難以得到廣泛的推廣。數(shù)值分析方法則得到許多設(shè)計(jì)和科研工作者的青睞。多數(shù)進(jìn)行尾礦壩靜力穩(wěn)定分析的數(shù)值分析原理基本類似，主要是先選取初始折減系數(shù)F，對(duì)巖體強(qiáng)度參數(shù)C值進(jìn)行折減，將折減后的強(qiáng)度參數(shù)（C'和φ'值）作為新材料參數(shù)輸入，進(jìn)行計(jì)算。

3 尾礦壩穩(wěn)定性研究中的壩體動(dòng)力穩(wěn)定性研究

尾礦壩體動(dòng)力穩(wěn)定分析不同于靜力穩(wěn)定分析，主要考慮的是尾礦壩在震動(dòng)條件下產(chǎn)生的飽和砂土液化、孔隙水壓變化、不規(guī)則波作用及巖土體動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)壩體的動(dòng)力穩(wěn)定性影響。一直以來(lái)，成功地運(yùn)用天然沉積砂土的動(dòng)力學(xué)特性替代尾礦砂，提出了能夠有效適用于尾礦砂的非線性動(dòng)力模型和彈塑性模型。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上文的介紹，我們對(duì)于尾礦壩的穩(wěn)定性的提升和處理有了一定的認(rèn)識(shí)，希望我國(guó)的尾礦壩建設(shè)過(guò)程中能夠?qū)误w的穩(wěn)定性給予充分的重視，為我國(guó)建立質(zhì)量過(guò)關(guān)的尾礦壩工程。

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