基于PFC2D的邱山铁矿尾矿库坝体稳定性和溃坝模拟分析研究

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作者杨啸铭
来源昆明理工大学
出版年2015
摘要
本文主要以邱山铁矿尾矿库工程为研究对象,利用离散元颗粒流模拟软件PFC2D,确定材料细观与宏观参数的定性关系,建立了尾矿库的二维颗粒流模型,采用基于强度折减法的颗粒流离散元法对该尾矿库进行了坝体稳定性分析,并对不同溃坝模式下砂流的演进规律进行了研究,给尾矿库后期的建设和安全运行提供了一定参考依据。主要的研究内容包括:(1)将尾矿坝的细观结构与宏观力学反应联系起来,建立材料细观与宏观参数的定性关系,从而使颗粒集合体所体现的力学特性与材料的宏观力学特性相一致;(2)对该尾矿库进行了基于强度折减法的颗粒流坝体稳定性分析,确定该坝体的安全系数为2.30,同时采用瑞典圆弧法对坝体进行稳定性分析,得到的坝体安全系数为1.05,通过分析采用颗粒流法有更好的优越性。(3)进行了颗粒流的溃坝砂流演进规律分析,结果表明在砂流的流动过程中表层颗粒比底层颗粒具有更大的流动速度,同时位于砂流前端的表层颗粒比位于后端的颗粒速度更大。(4)通过对坝体失稳和管涌所引起的溃坝进行砂流流动演进规律分析,当因坝体失稳而引起溃坝时,发生全面溃坝,在初始阶段砂流瞬时最大流速达到29.12m/s,当溃坝砂流到达坡底后最大速度13.01m/s左右,平均速度大概5m/s左右,并在坡面和坡底形成大量淤积,最大厚度为1.3m,向村尾方向淤积厚度逐渐降低,并且主要以尾砂颗粒为主。当因管涌现象而引起溃坝时,初期坝坝体发生整体滑移,最大滑移速度为4.21m/s,最终滑移距离为66m。(5)邱山铁矿尾矿库溃坝灾害严重程度为中度,应采取有效措施最大程度降低损失。

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