降雨和地震作用下尾矿坝稳定性分析

目录1绪论11.1大型尾矿库安全现况11.2尾矿库稳定性分析和研究现状51.2.1流固耦合分析51.2.2坝体渗流理论概述51.2.3动力分析理论进展61.2.4尾矿坝稳定性研究进展91.2.5尾矿坝抗震性研究进展111.2.6尾矿坝安全管理研究进展121.2.7尾矿坝安全监测研究进展121.3本书主要研究内容131.4本书研究方法和技术路线141.5创新之处14参考文献142尾矿坝稳定性影响因素分析202.1尾矿坝稳定性分析方法202.2尾矿坝稳定性影响因素分析212.3尾矿坝坝体失稳研究232.3.1尾

1绪论

1.1大型尾矿库安全现况

自改革开放以来，我国国民经济迅速发展。作为工业发展的基础产业——矿产业也是突飞猛进，日新月异。由于我国对环境保护力度的加大，严惩环境违法行为，使矿山企业不得不在矿山废弃物的处理和环境保护方面加大投入。尾矿是矿石经过选矿甄别后的废弃物。许多矿山在地表建设尾矿库，用于存储尾矿。随着尾矿库的数量不断增多，尾矿坝的堆积高度越来越高，尾矿库的灾害事故频发，尾矿库的安全问题备受政府相关部门和技术人员的关注和重视。

尾矿库是金属矿山和非金属矿山所必备、非常重要的生产设施，同时也是矿山最大的危险源之一。国内外尾矿库灾害事故触目惊心。据资料记载，1950~2020年，世界上有大约100座重要尾矿坝发生了安全事故，尾矿的下泄对库区下游周围生态环境以及人们的生活造成严重影响。如，1950年美国因溃坝致使Soda Butte河受到严重污染[1]；1985年意大利Stave尾矿坝发生溃坝导致300人死亡并造成巨大的经济损失[2.3]；1994年南非Merriespruit因Califormia地震引起TaoCanyon尾矿坝等多个尾矿坝破坏[+.3]，造成巨大的经济损失和环境污染；

1995年圭亚那Omai金矿尾矿坝遭受破坏后，900多名圭亚那人因饮用氰化物污染水死亡；西班牙Aznalcólar尾矿坝1998年溃坝，致使下游4600万平方米区域受到污染[6-8]；2001年1月，罗马尼亚乌努尔金矿尾矿废水大坝发生泄漏，约10万升含有铜、铅以及氰化物的污水流入蒂萨河，污水流经之处所有生物全部死亡，对当地生态环境造成极其严重的破坏[9]；2015年11月5日，巴西米纳斯吉拉斯州的一座尾矿库因小型地震触发本身已接近饱和的超高坝体液化溃决，泄漏约3200万立方米尾矿，淹没下游5km外的Bento Rodrigues村庄158座房屋，造成7人死亡、18人失踪、600多人无家可归，下泄的尾矿浆污染超过80km的河道，并注入大西洋（见图1.1），引发巴西史上最严重的环境灾害[10]；2019年1月25日，巴西米纳斯吉拉斯州的另外一座尾矿库溃坝，造成169人死亡、200多人失踪。因此，尾矿库的安全问题已经成为国外政府部门、矿山企业和学术界共同关注的重大问题。

在我国，随着经济的发展，有一些尾矿库处于生态敏感区或人口密集区，如位于江河、湖泊附近，或位于一些重要的公共设施和密集居民区的上游。这一类尾矿库不仅对库区下游居民的生命和财产安全有着潜在的威胁，还会危及当地的生态环境。如，1956年9月26日云南锡业公司火谷都尾矿库发生溃坝事故，造成171人死亡以及2000多万元直接经济损失[1]；2000年10月广西南丹县鸿图选矿厂的尾矿库发生溃坝，造成28人死亡、56人受伤[12]；2007年11月辽宁海城尾矿坝垮塌事故造成6人死亡、7人失踪[13]；2008年9月8日，山西临汾市襄汾县新塔矿业有限公司尾矿库垮塌，形成泥石流灾害，溃坝体积约10万立方米，淹没范围长约2.5km，最大宽度350m，面积35hm2，导致位于尾矿库下方的公司宿舍楼、办公楼和集贸市场被吞没，造成277人死亡、33人受伤，直接经济损失9619万元[14]，这次尾矿库溃坝事故是近年来我国死亡人数最多的一起特大责任事故，引起了国内外的广泛关注，也为尾矿库的安全运营与管理敲响了警钟；2010年9月21日，广东省茂名市信宜紫金矿业有限公司银岩锡矿高旗岭尾矿库发生溃坝事件，共造成22人死亡。

目前，我国很多矿山的大型尾矿库运行年限已达数十年之久，尾矿库受到地震等自然灾害因素的影响，库内排水系统和结构物不同程度地出现安全隐患甚至局部破坏的情况，这样势必导致坝体浸润线过高甚至从部分坝面溢出，造成坝面局部区域出现坍塌、管涌等现象，极大降低了尾矿坝的稳定性。同时，由于选矿技术的提高，以及井下粗颗粒尾矿填充的影响，使实际入库内的尾矿粒度较设计时要细，尾矿坝坝体的强度大大降低，同样降低了尾矿坝的稳定性。据2003年估计，在我国1500多座尾矿库中，保持正常运行的不足70%，有些行业大约有近50%的尾矿库处于险、病以及超期服务状态[15]。据2008年的不完全统计，在全国12655座尾矿库中，有危库613座、险库1265座、病库3032座、正常库7745座，全国除了上海、天津外，各地均有分布，尾矿库安全分布情况如图1.2所示。由图可见，我国尾矿库安全形势不容乐观。在《中华人民共和国国民经济……

内容提要本书主要利用数值软件ABAQUS建立三维模型，对云南省楚雄州大姚县鱼祖乍尾矿坝的稳定性进行分析，包括对降雨入渗（流固耦合）条件下不同坝高的尾矿坝渗流场的分析，以及对两种坝高下的坝体地震响应进行分析，以获得尾矿坝的地震响应特性。本书可供从事尾矿及尾矿库工程研究、矿山设计的科研人员阅读和高等院校相关专业的师生参考，也可作为广大岩土工程现场技术人员参考书。