尾礦壩抗震設(shè)計(jì)方法及抗震措施研究.pdf

1、尾礦壩是用來阻擋尾礦使其沉積的土工構(gòu)筑物，它的使用功能、建筑工藝、壩體結(jié)構(gòu)和靜動力特性均不同于一般的水工土石壩。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)水平的迅速提高，對礦山原材料產(chǎn)出的需求越來越大，尾礦壩數(shù)量也隨之增加。尾礦壩按其構(gòu)造形式可分成三類：上游式、中線式和下游式。上游式尾礦壩后繼斷面小及占地少，且工藝簡單、造價(jià)低，我國大多數(shù)尾礦壩均采用上游式修建。國內(nèi)外震害表明，因上游式尾礦壩浸潤線較高，大部分壩體處于飽和狀態(tài)，地震作用下易發(fā)生液化變形

2、破壞。我國是一個(gè)多地震國家，而尾礦壩幾乎是永久性建筑，在設(shè)計(jì)階段、服務(wù)期及廢棄后均需要進(jìn)行抗震分析。因此，深入研究尾礦壩的抗震設(shè)計(jì)、穩(wěn)定、變形及抗震措施就顯得尤其重要和迫切。本文主要進(jìn)行了以下幾方面的研究工作： 1．傳統(tǒng)的場地液化評估法通常以安全系數(shù)的大小作為評估標(biāo)準(zhǔn)，安全系數(shù)的要求則由工程師經(jīng)驗(yàn)確定，但不能給出相應(yīng)的液化概率。首先闡述了砂土液化機(jī)理及場地液化評價(jià)方法，其次用對數(shù)退化模型分析國內(nèi)外現(xiàn)場實(shí)測標(biāo)貫數(shù)據(jù)，建立場地液化極

3、限狀態(tài)函數(shù)，然后將可靠度理論引入場地液化評價(jià)中，用一次二階矩法建立場地液化概率評價(jià)模型，進(jìn)行實(shí)例應(yīng)用并與規(guī)范結(jié)果進(jìn)行了比較。分析表明，建議模型具有較高的可靠性，相比傳統(tǒng)的確定性分析方法，不僅能判定液化發(fā)生與否，還能給出液化概率，這為進(jìn)行基于風(fēng)險(xiǎn)分析的抗震設(shè)計(jì)提供了可能。 2．現(xiàn)有規(guī)范中尾礦壩抗震設(shè)計(jì)方法的計(jì)算過程相當(dāng)繁瑣，有必要提出一種實(shí)用的地震液化穩(wěn)定分析簡化法。結(jié)合《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的修訂，用有限元程序計(jì)算多個(gè)60m高的

4、尾礦壩，確定壩頂加速度放大倍數(shù)、壩體加速度分布系數(shù)和應(yīng)力折減系數(shù)，建立尾礦壩地震作用應(yīng)力比的簡化計(jì)算式?；谖驳V抗液化性能的影響因素分析，對規(guī)范中抗液化應(yīng)力比計(jì)算式進(jìn)行簡化。液化分析簡化法只要求簡單的物理力學(xué)特性數(shù)據(jù)和地震烈度，避免了進(jìn)行大量的土力學(xué)試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算來評價(jià)尾礦土層的液化特性。根據(jù)砂土抗液化安全系數(shù)與超孔隙水壓力比的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，建立了超孔隙水壓力簡化計(jì)算式，并應(yīng)用到瑞典條分法中，克服了用傳統(tǒng)擬靜力法進(jìn)行尾礦壩地震穩(wěn)定分析時(shí)忽略

5、超孑L隙水壓力帶來的風(fēng)險(xiǎn)。綜合中日尾礦壩抗震設(shè)計(jì)規(guī)范并進(jìn)行比較分析，提出上游式四、五級尾礦壩在小于或等于 8 度地震時(shí)，用簡化法進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。 3．以某上游式尾礦壩為例，用有限元法分析了壩體的地震反應(yīng)、永久變形及超孔隙水壓力的發(fā)展過程，研究了降低浸潤線、碎石排水和加筋的抗震效果，提出了一種綜合抗震措施，即在子壩區(qū)加筋、初期壩外坡增設(shè)反壓體及壩基土密實(shí)。分析表明，采取綜合抗震措施加固后壩體地震變形顯著減小。 4．應(yīng)用二維商

6、用軟件 ALID 研究了 Mochikoshi 尾礦壩在不同條件下發(fā)生液化流動變形的特征，分析了降低浸潤線、在上游增設(shè)穩(wěn)定柱、下游施加反壓體和壩基土密實(shí)對抑制尾礦壩液化流動變形的作用效果。從經(jīng)濟(jì)、方便施工的角度出發(fā)，提出了兩種抑制尾礦壩液化流動變形的綜合措施，即在壩基土密實(shí)加固，并同時(shí)在壩體外坡施加反壓體和降低浸潤線。分析表明，采取綜合措施加固后壩體液化流動變形得到了有效控制。 5．基于 Watanabe 提出的邊坡地震穩(wěn)定滑移

7、分析法，以某上游式尾礦壩為例，研究了輸入不同加速度峰值對壩體等價(jià)加速度時(shí)程、安全系數(shù)時(shí)程與潛在滑塊滑移量發(fā)展過程的影響，分析了加筋對提高尾礦壩地震穩(wěn)定及減小壩坡滑移量的有效性。分析表明，隨著輸入水平加速度峰值的增大，水平等價(jià)加速度與地震安全系數(shù)的變化幅值相應(yīng)地增大，超越加速度的幅值增加、歷時(shí)較長，地震滑移量增大；加筋能較好地改善尾礦的力學(xué)性能，大大提高壩體的穩(wěn)定性，減小滑動位移；筋材間距的增大與設(shè)計(jì)強(qiáng)度的降低都會減小壩體的地震穩(wěn)定系數(shù)。