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尾矿坝动力稳定性分析与溃坝灾害模拟

作　者: 阮德修
导　师: 胡建华
学　校: 中南大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 尾矿坝动力稳定性 FLO2D 溃坝灾害未确知理论安全评价安全控制
分类号: TV649
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

我国是一个地震多发的国家,地震造成的破坏是灾难性的。对于处在地震区域的尾矿库特别是上游式尾矿库,由于其堆存方式的特殊性,更容易受地震因素的影响发生坝体失稳甚至溃坝事故。由于地震作用及其复杂,对地震作用下尾矿坝的稳定性研究是当前的一大难点。论文以某尾矿库为工程背景,对地震荷载下的尾矿坝进行了动力稳定性分析和溃坝灾害演化的研究。主要研究内容如下：(1)系统介绍了地震发生的机理、地震波特性和地震反应的计算原理,并基于土动力学理论,对尾矿坝进行了动力失稳机理分析,和液化判别方法分析。(2)基于数值地形DTM文件,构建了尾矿库三维数值分析模型,并根据人工合成地震波,利用FLAC3D有限差分软件对尾矿坝进行了动力响应数值分析。根据数值模拟结果,对动荷载下尾矿坝的坝体位移、加速度、孔隙水压力及液化情况等进行了细致分析,并在此基础上研究了尾矿坝不同地震烈度下的动力敏感度。结果表明尾矿坝水平位移对地震烈度的敏感度大于垂直方向位移对地震烈度的敏感度,坝顶垂直方向加速度放大系数对地震烈度的敏感度大于水平方向对地震烈度的敏感度。(3)采用FLO2D泥石流模拟软件,建立了尾矿库溃坝灾害仿真数值模型,对尾矿库进行了溃坝灾害分析与评价。并将数值模拟结果与3DMine数字矿山软件耦合,实时反演溃坝灾害过程。同时根据溃坝泥砂流动强度,对尾矿库全部溃坝和半溃坝时的灾害程度进行三色图判别。通过这种方法,使尾矿库的溃坝灾害评价实现了数字化和定量化。(4)基于尾矿库的结构尺度和地震烈度等因素,应用未确知测度理论,建立了尾矿坝的未确知安全评价模型,并结合尾矿库工程实例进行了安全评价。同时根据尾矿库动力失稳机理,总结提出了尾矿库动力失稳的安全防护技术,即通过对尾矿坝采取刚性加固措施和柔性防护措施,提高尾矿坝的抗震稳定性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-19
  1.1 研究的背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-16
    1.2.1 尾矿库稳定性研究方法  11-13
    1.2.2 尾矿库动力失稳研究现状  13-15
    1.2.3 尾矿库溃坝灾害研究现状  15-16
  1.3 主要研究内容与技术路线  16-19
第二章地震反应及尾矿坝动力失稳机理  19-34
  2.1 地震波动特性  19-23
    2.1.1 地震与地震波  19-21
    2.1.2 地震烈度与加速度  21-23
  2.2 地震反应的计算  23-26
  2.3 尾矿坝动力失稳机理与液化判据  26-33
    2.3.1 尾砂动力本构模型  26-28
    2.3.2 尾矿坝动力失稳机理  28-29
    2.3.3 坝体裂缝发生判别  29-30
    2.3.4 尾砂震动液化判别  30-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章尾矿坝动力稳定性分析  34-64
  3.1 FLAC3D动力反应分析方法  34-38
    3.1.1 FLAC基本原理  34-35
    3.1.2 动力边界条件及结构阻尼  35-36
    3.1.3 动力加载模式及网格尺寸  36-37
    3.1.4 Finn/Byrne动孔压模型  37-38
  3.2 地震反应波谱分析  38-42
  3.3 尾矿库数值模型的构建  42-46
    3.3.1 尾矿库工程概况  42-44
    3.3.2 尾矿库数值模型  44-45
    3.3.3 尾矿库数值模型参数  45-46
  3.4 静力与流固耦合分析  46-47
  3.5 动力响应分析  47-56
    3.5.1 动载荷及边界条件  47-48
    3.5.2 动载荷下尾矿坝位移分析  48-50
    3.5.3 动载荷下尾矿坝加速度分析  50-53
    3.5.4 动载荷下尾矿坝液化分析  53-56
    3.5.5 动载荷下尾矿坝裂纹分析  56
  3.6 地震烈度敏感度分析  56-63
    3.6.1 坝体位移敏感度分析  57-59
    3.6.2 坝体加速度敏感度分析  59-63
  3.7 本章小结  63-64
第四章尾矿库溃坝灾害演化分析  64-80
  4.1 FLO2D泥砂流数值计算模型  64-67
    4.1.1 控制方程  64-65
    4.1.2 流变方程  65-66
    4.1.3 基本假设  66-67
    4.1.4 溃坝模式  67
  4.2 尾矿库溃坝模型的建立  67-71
    4.2.1 工程概况及分析流程  67-68
    4.2.2 初始条件及边界条件  68-69
    4.2.3 溃坝模型的建立  69-71
  4.3 数值模拟结果分析  71-75
    4.3.1 溃坝泥石流流速  71-72
    4.3.2 溃坝泥石流流深  72-74
    4.3.3 溃坝冲击力  74-75
  4.4 耦合3DMINE的溃坝灾害数字化分析  75-77
    4.4.1 数据文件的转换  75-76
    4.4.2 溃坝灾害耦合分析  76-77
  4.5 溃坝灾害评价  77-79
    4.5.1 溃坝灾害的判别  77-78
    4.5.2 溃坝灾害评价  78-79
  4.6 本章小结  79-80
第五章尾矿库未确知安全评价与控制研究  80-95
  5.1 未确知测度理论模型  80-83
    5.1.1 单指标测度  81
    5.1.2 指标权重  81-82
    5.1.3 多指标综合测度评价向量  82
    5.1.4 置信度判别准则  82-83
  5.2 尾矿库未确知安全评价  83-88
    5.2.1 安全评价指标的选取及分级标准  83-84
    5.2.2 单指标测度函数的构建  84-87
    5.2.3 工程辨识  87-88
  5.3 尾矿库动力失稳安全控制技术  88-94
    5.3.1 抗滑桩加固技术  88-89
    5.3.2 振冲加固技术  89-90
    5.3.3 柔性防护技术  90-94
  5.4 本章小结  94-95
第六章结论与展望  95-98
  6.1 主要研究结论  95-96
  6.2 论文主要创新点  96
  6.3 展望  96-98
参考文献  98-104
致谢  104-106
攻读学位期间主要研究成果  106

尾矿坝动力稳定性分析与溃坝灾害模拟

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