桂西铝土矿排泥库坝体地震动力响应研究.pdf

分类号TV312 密级UDC 编号专业学位硕士学位论文桂西铝土矿排泥库坝体地震动力 响应研究学科专业 工程硕士（建筑与土木工程领域）桂西铝土矿排泥库坝体地震动力响应研究摘要排泥库是一种堆储铝土矿经研磨选洗后所产生尾矿泥浆的尾矿库，库中大量的泥水 混合物，导致其是具有高势能的人造泥石流危险源，一旦发生溃坝，将对下游群众生命 财产安全造成很大的威胁，而地震灾害是尾矿坝事故的第二大元凶。现行的排泥库坝体 抗震设计主要参照水库坝体的抗震设计规范，而尾矿泥浆与水的物理性质有较大的区 别；同时现在的排泥库坝体抗震设计未考虑坝库作用，可能与实际情况有一定的偏差。本文针对铝土尾矿泥浆的特点和坝体的特点(主要形式为混凝土坝与堆石坝)，通 过室内试验研究尾矿泥浆的物理特性。采用ADINA有限元软件分别建立排泥库混凝土 坝、堆石坝考虑坝库作用动力响应分析模型；对比坝库作用模型与附加质量模型的动力 响应结果，以及排泥库与水库的动力响应结果；探究尾矿泥浆、坝体尺寸等因素对坝体 动力响应的影响。本文的研究成果主要有：(1)排泥库的主要坝体形式为混凝土坝、堆石坝。尾矿泥浆流动状态时含水量为 80%200%,对应密度范围1.50g/cm3-l.ll g/cm3,动力黏度范围4.35 Pas-0.20 Pas。(2)对于排泥库的坝体，坝库作用模型相较于附加质量模型的动力响应较小，附 加质量模型只考虑尾矿泥浆对坝体的作用，对排泥库坝体动力有一定的偏大。(3)考虑坝库作用，排泥库的坝体位移峰值相比水库的较小，由于排泥库尾矿泥 浆具有动力黏度，对地震波的传播有一定的抑制作用。(4)尾矿泥浆的含水量与堆排高度变化对排泥库坝体动力有一定的影响。尾矿泥 浆含水量降低，排泥库坝体的位移峰值减小，在80%200%含水量范围内，尾矿泥浆含 水量降低，位移峰值降幅明显降低。随着尾矿泥浆堆排高度的增加，坝体的位移峰值增 大；对于混凝土坝，堆排高度大于0.8倍坝高时，位移峰值增幅明显增大；而对于堆石 坝，堆排高度大于0.4倍坝高时，位移峰值增幅增大。(5)坝体材料、坝体尺寸的变化对排泥库混凝土坝动力响应有影响。随着坝体弹 性模量的增大，混凝土坝位移峰值减小，当坝体弹性模量大于1.6倍基岩弹性模量时，坝体弹性模量的增大，坝体位移峰值降幅明显减小。坝体上游坡比在07).65范围内，随 着坡比的增大坝体位移峰值减小，坡比大于0.4时，坡比增大坝体位移峰值降幅明显减 小。坝体下游坡比在0.6-0.8范围内，坡比增大坝体位移峰值增大，下游坡比大于0.75 时，坡比增大坝体位移峰值增幅明显增大。随着坝高的增大，坝体位移峰值增大，坝体 高度大于77nl时，坝体高度增加坝体加速度峰值增幅明显增大，建议排泥库混凝土坝坝 高不宜超过77m。(6)坝体尺寸的变化对排泥库堆石坝的动力响应有一定的影响。随着坝体坡比的 增大，堆石坝的动力响应减小。坝体动力响应随坝高增高而增大，坝高大于44m时，随 着坝高的增加，坝体位移峰值的增幅明显变大，建议排泥库堆石坝坝高不宜大于44m。关键词：排泥库；坝库作用；动力响应；混凝土坝；堆石坝nSeismic Dynamic Response Study of the Dam Body of the Bauxite Mine in Western GuangxiABSTRACTThe mud st orag e t ank is a t ailing s reservoir of t he t ailing s slurry produced by t he g rinding and washing of t he baux it e ore.The larg e amount of hig h wat er cont ent muddy wat er mix t ure in t he reservoir causes it t o be a dang erous source of art if icial debris f low wit h hig h pot ent ial energ y.The occurrence of dam f ailure will pose a g reat t hreat t o t he saf et y of lif e and propert y of t he downst ream people,and t he eart hq uak e disast er is t he second big g es t culprit in t he t ailing s dam accident.The current seismic desig n of t he mud dam body mainly ref ers t o t he seismic desig n code of t he reservoir dam body,and t he physical propert ies of t he t ailing s mud and wat er are q uit e dif f erent;at t he same t ime,t he seis mic desig n of t he current mud dam body does not consider t he dam reservoir f unct ion.There may be some deviat ion f rom t he act ual sit uat ion.In t his paper,t he charact erist ics of t he baux it e t ailing s mud and t he charact erist ics of t he dam(mainly f or concret e dams and rock f ill dams)are st udied.The physical propert ies of t he t ailing s slurry are st udied t hroug h laborat ory t est s.Throug h t he ADINA f init e element sof t ware,t he dynamic response analysis model of t he mud dam concret e dam and t he rock f ill dam considering t he dam reservoir is est ablished respect ively;t he dynamic response res ult s of t he dam reservoir act ion model and t he addit ional mass model are compared,and t he dynamic response result s of t he mud st orag e reservoir and t he res ervoir are obt ained;Ex ploring t he inf luence of t ailing s slurry and dam size on t he dynamic response of t he dam.The research result s of t his paper mainly include:(1)The main dam body of t he mud st orag e t ank is concret e dam and rock f ill dam.The wat er cont ent of t he t ailing s slurry is 80%200%,t he corresponding densit y rang e is 1.50g/cm3l.11 g/cm3,and t he dynamic viscosit y rang e is 4.35 Pa-s0.20 Pa s.(2)For t he dam body of t he mud st orag e,t he dam reservoir act ion model has less dynamic response t han t he addit ional mass model.The addit ional mass model only considers t he ef f ect of t he t ailing s slurry on t he dam body,and t he addit ional mass model f or t he mudindam body.The power is somewhat biased.(3)Considering t he role of t he dam reservoir,t he peak displacement of t he dam body of t he mud sump is smaller t han t hat of t he reservoir.Because t he mud mud of t he mud slag has dynamic viscosit y,it has a cert ain inhibit ory ef f ect on t he propag at ion of seismic waves.(4)The wat er cont ent of t he t ailing s slurry and t he chang e of t he st ack ing heig ht have a cert ain inf luence on t he dynamics of t he silt dam body.The wat er cont ent of t he t ailing s mud is reduced,and t he displacement peak of t he mud dam is reduced.In t he rang e of 80%200%wat er cont ent,t he wat er cont ent of t he t ailing s mud is reduced,and t he peak displacement of t he displacement is sig nif icant ly reduced.As t he heig ht of t he t ailing s slurry st ack increases,t he peak displacement of t he dam increases;f or concret e dams,when t he st ack heig ht is g reat er t han 0.8 t imes t he dam heig ht,t he displacement peak increases sig nif icant ly;f or t he rock f ill dam,t he st ack heig ht is g reat er t han When t he dam heig ht is 0.4 t imes,t he peak displacement increases.(5)The chang e of dam body mat erial and dam body size has an impact on t he dynamic response of t he mud dam concret e dam.As t he elast ic modulus of t he dam increases,t he peak displacement of t he concret e dam decreases.When t he elast ic modulus of t he dam is g reat er t han 1.6 t imes t he elast ic modulus of t he bedrock,t he elast ic modulus of t he dam increases and t he peak displacement of t he dam decreases sig nif icant ly,small.The upst ream slope rat io of t he dam is in t he rang e of 0-0.65.As t he slope rat io increases,t he peak displacement of t he dam decreases.When t he slope rat io is g reat er t han 0.4,t he peak rat io of t he displacement of t he dam is sig nif icant ly reduced.The slope rat io of t he downst ream slope of t he dam is in t he rang e of 0.60.8.The slope rat io increases t he peak displacement of t he dam.When t he downst ream slope rat io is g reat er t han 0.75,t he slope increase increases t he peak displacement of t he dam.As t he heig ht of t he dam increases,t he peak displacement of t he dam increases.When t he heig ht of t he dam is g reat er t han 77m,t he heig ht of t he dam increases wit h t he increase of t he peak heig ht of t he dam.It is recommended t hat t he heig ht of t he dam of t he mud dam should not ex ceed 77m.(6)The chang e of t he size of t he dam has a cert ain inf luence on t he dynamic response of t he mud dam.As t he slope rat io of t he dam increases,t he dynamic response of t he rock f ill dam decreases.The dynamic response of t he dam increases wit h t he heig ht of t he dam.When wt he dam heig ht is g reat er t han 44m,t he increase of t he peak displacement of t he dam is obviously larg er wit h t he increase of t he dam heig ht.It is recommended t hat t he dam heig ht of t he silt dam should not ex ceed 44m.KEY WORDS:Drainag e silt;Dam body-mud coupling;Dynamic response;Gravit y dam;Rock f ill damv目录摘要.IABSTRACT.IH目录.VI第一章圈.11.1 课题提出.11.2 国内外研究现状.21.2.1 坝库作用研究.21.2.2 尾矿坝动力响应研究.413本文研究内容及技术路线.6第二章桂西铝土排泥库坝体类型及尾矿泥浆特性.82.1 桂西铝土矿排泥库坝体主要形式.82.2 尾矿泥浆矿物组成及特性.92.3 尾矿泥浆物理特性.122.3.1 颗粒组成.122.3.2 液性指数.142.3.3 渗透性.142.3.4 含水量.152.3.5 密度与动力黏度.162.4 本章小结.20第三章排泥库坝库动力响应模型建立.213.1 排泥库坝库动力响应模型建立.213.1.1 ADINA 软件介绍.213.1.2 排泥库坝库动力响应模型建立.213.2 模型边界条件建立.253.2.1 坝库作用边界条件.253.2.2 无限域中局部人工边界.273.3 地震波的合成及输入.29VI3.3.1 人工合成地震波.293.3.2 地震波输入.323.4 算例验证.343.4.1 黏弹性人工边界建立的算例验证.353.4.2 地震波输入方法算例验证.363.5 本章小结.38第四章排泥库混凝土坝动力响应分析.394.1 排泥库混凝土坝坝库动力响应模型与附加质量模型对比.394.1.1 附加质量模型.394.1.2 排泥库混凝土坝坝库动力响应模型与附加质量模型对比.404.2 排泥库与水库混凝土坝坝库动力响应模型对比.414.3 尾矿泥浆物理性质对排泥库混凝土坝动力响应.424.4 尾矿泥浆堆排高度对混凝土坝动力响应.444.5 坝体材料弹性模量对排泥库混凝土坝动力响应.454.6 坝体尺寸对排泥库坝体动力响应.474.6.1 坝体上游坡比对排泥库混凝土坝动力响应.474.6.2 坝体下游坡比对排泥库混凝土坝动力响应.484.6.3 坝体高度对排泥库混凝土坝动力响应.504.6.4 坝顶宽度对排泥库混凝土坝动力响应.504.7 本章小结.52第五章 排泥库堆石坝动力响应分析.535.1 排泥库堆石坝坝库动力响应模型与附加质量模型对比.535.2 排泥库与水库堆石坝坝库动力响应模型对比.545.3 尾矿泥浆物理性质对排泥库堆石坝动力响应.545.4 尾矿泥浆排放量对排泥库堆石坝动力响应.565.5 坝体尺寸对排泥库堆石坝动力响应.575.5.1 坝体坡比对排泥库堆石坝动力响应.585.5.2 坝体高度对排泥库堆石坝动力响应.585.5.3 坝顶宽度对排泥库堆石坝动力响应.605.6 本章小结.61VII第六章结论与展望.626.1 结论.626.2 展望.63参考文献.64致谢.69攻读学位期间参加的科研项目及科研成果.70VIII广西大学工程硕士学位论文桂西铝土矿排库坝体地震动力响应研究第一章绪论1.1 课题提出广西铝土矿产资源十分丰富，主要分布在桂西百色地区，是我国著名氧化铝工业基 地1L排泥库属于尾矿库的一种，用于堆储铝土矿原矿经过筛选机和洗矿机的处理产生 的尾矿泥浆，是矿山三大控制性工程之一（如图1-1所示）2。目前广西有中国铝业、广西华银铝业、广西信发铝业等多家大型企业进行铝土矿矿产资源的开发，所产生的铝 土矿尾矿泥浆堆储量也随着矿产资源的开发的不断发展而与日俱增。截止到2018年，广西区内共有大型的排泥库14座，其中三等库13座。同时随着铝土矿矿产资源开发 的深入，广西区内的排泥库数量以每年增加12座的速度增长。图1-1广西华银矿业有限公司龙山排泥库Fig.1-1 Long shan t ailing s pond of Hua Yin Mining Co.,Lt d.in Guang Xi排泥库作为堆储铝土矿尾矿泥浆的特殊水工构筑物，混合的大量高含水量状态的尾 矿泥浆使排泥库形成具有高势能的人造泥石流危险源，一旦溃坝，排泥库中堆存的矿泥 便以泥石流的形式涌向下游，造成F游群众生命财产损失，社会影响恶劣，而地震灾害 是尾矿坝事故的第二大元凶网。坝体由于地震而受损引发的事故在国内外频有发生。1978年1月14日，日本 Mochik oshi尾矿坝由于地震液化造成溃坝，释放的近八万立方米尾矿泥水混合物对下游 数平方公里范围造成灾难性的环境污染，接近2000人丧生。1999年9月21日，台湾 鲤鱼潭土石坝因集集地震破坏，坝顶产生严重变形破坏。2002年3月3日，新疆西克 尔水库在阿富汗7.2级地震中副坝撕裂，给下游群众的生活带来严重的影响网。2008年 汶川地震中，两千余座水库坝体受到不同程度损害，其中数十座成为高危水坝，震害主 要表现为纵向裂缝、坝顶开裂、局部滑坡等“叫其中紫坪铺大坝震害严重混凝土面板堆 广西大学工程硕士学位论文桂西铝土矿排泥庠坝 体地震动力 响应研究石坝坝体变形、震陷、开裂，局部护坡发生松动，护栏倒塌，面板部分有垂直缝挤压破 坏、隆起切；丰收水库受损严重，震后拆除重建。诸多事故表明，发生地震时坝体可能 受到损害甚至溃坝，严重危害群众生命财产安全，设计、评价坝体时必须考虑坝体的地 震动力稳定性口 21。排泥库坝体的主要形式为混凝土坝与堆石坝，均为一次筑坝。不同的排泥库坝体数 量不一，主要根据建设排泥库的洼地山体情况，坝体数量多的排泥库多达六七个坝体。混凝土坝与堆石坝的坝体材料不同，力学性质有所差别，其动力响应亦不一样03文排 泥库中的尾矿泥浆为铝土矿原矿经筛选机与选矿机的处理，选出粒径1mm以上的矿石 送入矿堆场用于生产氧化铝，小于1mm粒径的悬浮物与水形成尾矿泥浆。由于泵送距 离较远为保证泥浆的流动性，新吹填的泥浆含水量最高可达300%以上。泵送入库的尾 矿泥浆具有颗粒较细、孔隙比高、黏度大等特点，在自然条件下难以排水固结，数十年 保持流塑状态”5-咐。在地震作用下，坝体与尾矿泥浆间有坝库作用，即流塑状的尾矿泥 浆对坝体有动荷载，坝体产生变形或运动，而坝体的变形与运动又影响尾矿泥浆的流场 流动，改变尾矿泥浆动荷载的分布和大小。排泥库的这种坝库作用与水库的坝库作用既 有一定的相似之处，排泥库坝体的抗震分析也主要参照水库坝体的相关设计规范，但由 于尾矿泥浆的物理力学性质与水有较大区别，排泥库与水库的坝库作用也有一定区别【。目前，排泥库的坝体动力响应分析没有考虑坝库作用，与实际情况可能有一定的偏 差。因此，开展排泥库坝体考虑坝库作用的地震动力响应分析研究具有重要的理论和现 实意义。本文将针对尾矿泥浆的物理性质，研究排泥库坝库作用，分析排泥库坝体动力 响应影响因素，对排泥库坝体动力稳定性的设计、评价具有一定的指导意义。1.2 国内外研究现状1.2.1 坝库作用研究坝库作用指的是在地震作用下，库容物对坝体产生动荷载，在动荷载下，坝体产生 变形或运动，同时坝体的变形或运动反过来影响库容物的流场流动，库容物动荷载的分 布和大小将改变“%2叫坝库作用主要分为两种：重叠型坝库作用与接触型坝库作用RI重叠型坝库作用指 的是坝体与库容物部分或者全部重叠在一起，两者不能明显的区分开，描述其的本构方 程需要针对具体的物理现象建立。我国学者件彦卿a】等针对重叠型坝库作用问题进行渗 2广西大学工程硕士学位论文桂西铝土矿排坝体地震动力响应研究流场与应力场的耦合计算，在耦合计算过程中先进行渗流场分析，随后将渗流场计算结 果代入进行应力场分析计算，该方法没有能够客观反映渗流场与应力场之间的相互影响 作用机理。接触型坝库作用指的是坝体与库容物仅在交界面上发生耦合作用，坝体与库 容物的描述方程互不混淆，仅仅在交界面联系。目前坝库作用的研究主要针对于接触型 坝库作用。坝库作用主要有解析法、数值计算、解析法与数值计算结合使用的混合法以及模型 试验方法等分析方法。解析法主要是在早期研究坝库作用时候采用的办法。1933年，West erg aard【23】假定库水不可压缩及坝面刚性直立，提出地面水平简谐运动时的动水压力 计算公式与附加质量模型，该方法虽然只考虑库水对坝体的作用，没有考虑两者的耦合 作用，但是其公式简单易用，一直沿用至今，同时也引领科研工作者关注并研究坝库作 用。一些学者也对Wes t erg aard公式进行进一步研究改进。Chore/g s假定库水可压缩，坝面为刚性条件下，推导竖向地震作用下的坝体动水压力。Dak oulas26，4方如对 Wes t erg aard公式进行修正，使用修正后的公式计算面板坝的动水压力。赵兰浩等研 究建立了交错迭代法与直接积分整体求解法计算研究坝体与库水动力相互作用。随着现代计算机技术的发展与对坝库作用研究的深入，目前通常采用数值分析法对 复杂的坝库作用问题进行研究。通常采用有限元方法计算分析坝体，采用有限元、无穷 元、边界元等方法计算分析库水2”有限元方法是数值分析方法中常用的，其主要优势 在处理复杂的近域边界形状以及非线性等问题，但其有难以模拟无限域介质的辐射的缺 点。曹宗杨网分析了考虑库水压缩性及库水位高度等条件下的坝体动力特性，获得了库 水对拱坝动力特性的影响规律。岑威钧采用势流体模拟坝库作用探究库水长度、上游 坝面坡比、岸边坡比对堆石坝的动力反应的影响，得出一些有益的结论。龚亚琦四采用 势流模式与位移模式不同的流体单元模拟研究坝库作用，发现相较于附加质量方法，流 固耦合方法更接近实际地震时坝库情况。熊长鑫网采用有限元法建立考虑坝体-库水-於 沙相互作用的计算模型，研究於沙对坝体动力反应影响，发现於沙的层厚对坝体动力反 应影响较大，於沙的物理参数对坝体动力无明显影响。边界元方法可以将问题降低维数 进行分析，提高计算速度，但对于时域分析其计算速度没有明显的提升。MiMn等34 应用边界元法研究重力坝动力响应，分析水可压缩性以及库水域形状等因素对其影响。一些学者采用有限元一边界元混合法进行坝库作用研究，对坝体采用有限元方法，对水 体采用边界元方法，集合了两种方法的优点型-36。一些研究者采用半数值半解析的方法分析坝库作用。既有解析法适用于高频响应问 3广西大学工程硕士学位论文桂西铝土矿排泥库坝体地震动力响应研究题的优点，也有数值法适用于几何形状复杂问题的优点，但这种半数值半解析方法计算 较为复杂。王毅卬采用比例边界有限元法，建立适合坝体上游的水库不规则形状的坝库 计算模型与边界条件。杜建国Ml采用比例边界有限元法研究水库边界的变化对坝库作用 的影响，发现水库边界的变化对动水压力无明显影响。Chong-Shim Tsai等网对离坝体 较近的水域及较远的水域分别采用有限元法和解析法求解坝库作用问题。为了更直观研究坝库作用下坝体动力响应，一些研究者采用试验方法。李德玉等四 采用振动台模型试验研究库水对坝体动力反应的影响，并与附加质量模型计算结果进行 对比，发现考虑坝库作用的有限元模型比附加质量模型更好模拟现实情况，附加质量模 型对库水的动力影响有一定的夸大作用。王铭明4。同样进行了振动台模型试验研究坝库 作用下坝体动力响应，并将试验结果与坝库有限元模型及附加质量模型的计算结果进行 比较，发现坝库有限元模型计算结果更接近于试验结果。韦国宝进行动力模型试验研 究库水与不同厚度於沙对重力坝的动力反应影响，发现於沙对坝体动力反应有抑制作 用。研究者对坝库作用研究取得一定的成果，对水库的抗震具有较好的理论价值和指导 意义。国内外目前关于坝库作用的主要研究对象为水库，主要采用数值分析方法进行研 究。对于尾矿泥浆等其他与水物理性质差异较大的库容物的坝库作用尚无研究。1.2.2 尾矿坝动力响应研究目前尾矿坝的动力稳定性通常采用拟静力法，数值分析方法，可靠度分析法和模型 试验法。(1)拟静力法拟静力法是简化地震荷载为一不变化数值的加速度作用于结构的质心，利用极限平 衡原理计算潜在滑动面上的力，从而得出安全系数，这种方法简单实用，物理意义明确，现行的水电工程水工建筑物抗震设计规范(NB 35047-2015)四建议对于一般坝体可 使用该方法。但是拟静力法的也有明显的缺陷，其将结构体内随时间及不同部位变化的 地震加速度简化为一不变化数值的加速度，无法考虑地震动的频谱特性和持时43。一些 研究者使用拟静力法对尾矿坝动力稳定性进行计算分析，得到一些有益的结论阳邓。李 再光、罗晓辉画提出一种根据孔隙水压力改进有效应力分析方法，对尾矿坝动力稳定性 进行计算。胡明鉴等47提出对于主要由饱和而非密实的尾粉砂和尾亚砂组成的尾矿上游 法堆积坝采用拟静力法进行坝体抗滑稳定性分析会出现较大偏差，其他类型尾矿坝尚无 研究表明该特征。4广西大学工程硕士学位论文桂西铝土矿排泥库坝体地震动力响应研究(2)数值分析法数值分析法在尾矿坝动力稳定性分析中是常用的方法，得益于计算机技术的发展，数值分析方法得以不断发展，主要包括：有限单元法、有限差分法、离散单元法、非连 续变形分析方法和几种半解析元法等。有限元法对于复杂的边界条件与介质材料都能较好的模拟分析，同时对模型不同部 位的应力应变能较好模拟，其应用越来越广泛。同时，有限元法也有一定的缺陷，比如 对于不连续问题和大位移问题不能较好求解，对于应力集中问题和无限域问题的计算结 果不够理想。张力霆等网对尾矿坝进行动力响应和液化分析，研究坝体的动力响应规律。苏海洋，杨溢等幽采用有限元方法计算尾矿坝动力稳定性，发现初期坝与堆积坝的交界 处会出现应力集中现象，建议对中下层尾矿砂的振动液化控制。尹光志使用有限元时 程分析法探究某尾矿坝加高后的抗震性能变化，发现随着坝高增高坝体变形量增大。研究者也使用其他数值分析方法研究尾矿坝的地震动力响应。王炳文等切利用有限 差分软件分析了某尾矿库的地震稳定性，发现位移和加速度活跃区在坝体底部和坝顶边 缘处。王启耀等52采用快速拉格朗日法计算了某尾矿库坝体在正常运行、洪水运行和特 殊运行工况下的稳定系数表明坝体是安全的。Seid153采用FLAC软件研究了 Mochik os hi 尾矿坝的地震响应特征。(3)可靠度分析法实际地震作用在尾矿坝上时，地震动是具有随机性的，同时尾矿坝的坝体材料也具 有不确定性，基于以上的随机性，研究者们对尾矿坝动力稳定性分析采用可靠度分析法 54 e张超阳提出一种结合稳定性分析与可靠度分析的尾矿坝动力稳定性评价方法。王飞 跃的引入模糊数学理论及可靠度理论进行尾矿坝动力稳定性评价，实际计算表示该种 方法有效可行。张杨四将蒙特卡洛法用于尾矿坝地震稳定性评价分析中，探究尾矿坝材 料的参数和孔隙水压力的不确定性对尾矿坝的动力稳定影响。潘建平等国将可靠度理论 引入尾矿坝地震液化评价中，应用一次二阶矩法建立尾矿坝地震液化分析可靠度模型。(4)模型试验法尾矿坝动力稳定分析的模型试验法主要有振动台模拟试验和离心机模拟试验，能较 好模拟反应尾矿坝的破坏机理。尹光志等a力】模拟尾矿坝加筋加固处理，提出了尾矿坝 及不同加筋模式下的坝体破坏形式。王文松等除通过振动台模型试验发现随着动孔隙水 压力的产生和增长，坝体安全系数波动下降。崔冠哲等网发现尾矿库的动力响应与作用 5广西大学工程硕士学位论文桂西铝土矿排氾车坝体地衰动力响应研究地震波的加速度峰值呈负相关的关系。部分研究者通过离心机试验动态模拟坝体筑坝、开挖等工况，研究尾矿坝不同部位的应力状况国闽。马宇艇166针对不同沉积条件下的尾 矿坝进行离心模型试验研究坝体动力响应研究，总结了尾矿坝在地震作用下的液化及变 形规律。模型试验方法能较好的反应尾矿坝的地震动力响应，但由于其时间、成本的限 制，不能针对具体的尾矿库都进行模型试验评价地震动力稳定性。国内外的研究者对尾矿坝地震动力稳定分析取得较好成果，对尾矿坝抗震设计有较 好的应用价值。国内外目前关于尾矿坝地震动力响应分析主要针对尾矿堆积坝，少有涉 及混凝土坝和堆石坝，未考虑坝体与泥浆相互作用。分析研究多采用数值分析法，由于 条件的限制，较少使用模型试验方法。尾矿坝的地震动力响应分析多以某类型尾矿物的 尾矿库为研究对象，由于矿物的性质与采矿工艺的区别，不同类型尾矿物的尾矿坝通常 物理力学性质不同，研究成果不一定能通泛使用。关于排泥库坝体的地震动力稳定性分 析国内外尚无相关研究。根据以上认识可知，国内研究尾矿坝的地震动力稳定性主要针对尾矿堆积坝，研究 坝体动力稳定性时并未考虑坝库作用。坝库作用的研究对象主要是水库，对于尾矿泥浆 等与水物理力学性质差异较大的库容物的坝库作用尚无相关研究。关于排泥库考虑坝库 作用下的坝体地震动力响应具有创新性，可采用目前坝体动力稳定性分析常用的数值分 析方法。1.3 本文研究内容及技术路线排泥库是人造高势能泥石流危险源，一旦失事危害严重，而地震灾害是尾矿坝事故 的第二大元凶。本文针对铝土矿排泥库尾矿泥浆的特点，建立考虑坝库作用的排泥库坝 体动力分析模型；对比排泥库坝库作用模型与现行排泥库动力计算方法的坝体动力响 应；研究尾矿泥浆、坝体尺寸等因素对排泥库坝体动力响应影响规律。基于以上研究思 路，本文研究内容归纳如下：(1)针对排泥库坝体特点(主要形式为混凝土坝和堆石坝)以及尾矿泥浆的特点，进行室内实验研究尾矿泥浆的物理性质。(2)通过ADNA有限元软件，使用黏弹性人工边界与等效节点荷载输入地震波方 式，分别建立考虑坝库作用下的排泥库混凝土坝、堆石坝的动力响应分析模型。(3)对比坝库作用模型与附加质量模型的排泥库混凝土坝动力响应，以及排泥库 与水库的混凝土坝动力响应；探究不同尾矿泥浆含水量、尾矿泥浆堆排高度、坝体材料 6广西大学工程硕士学位论文桂西铝土矿排坝体地震动力响应研究及坝体尺寸下的排泥库坝体动位移变化规律，获得不同因素对排泥库坝体动力响应影响 规律。(4)对比坝库作用模型与附加质量模型的排泥库堆石坝动力响应，以及排泥库与 水库的堆石坝动力响应；研究尾矿泥浆的含水量变化、堆排高度变化及坝体尺寸等因素 对排泥库堆石坝的动力响应影响规律。本文研究的技术路线如下图1-2所示。收集资料确定排泥库不同坝体形 式及坝体物理力学参数室内试验确定尾矿泥浆 物理力学性质建立排泥库坝体地震动力响应数值分析模型计算模型边界条件 地震波输入模型参数与假设坝库作用下排泥库混凝土坝 地震动力响应分析坝库作用下排泥库堆石坝 地震动力响应分析坝用与质型泥体响 比作型加模排坝力应 对库模附量的库动对比排 泥库与 水库的 坝库作 用下坝 体动力 响应坝体尺寸影响因素对排泥库坝体动力 响应分析排泥库坝体地震动力响应研究图1-2研究技术路线Fig.1-2 The t echnolog y rout e of research7广西大学工程硕士挈位论文桂西铝土矿排泥库坝体逸域动力响应研究第二章桂西铝土排泥库坝体类型及尾矿泥浆特性研究考虑坝库作用下的排泥库坝体地震动力响应，需要了解掌握排泥库坝体的主要 形式和尾矿泥浆的物理特性。本章收集桂西铝土矿排泥库资料研究确定坝体的主要形式 及其物理参数，并以前期在桂西地区龙山排泥库取样泥浆为研究对象，通过现场原位测 试和室内试验，研究排泥库尾矿泥浆物理特性。2.1 桂西铝土矿排泥库坝体主要形式桂西地区是我国著名铝工业基地，排泥库是堆储铝土矿原矿经选矿后产生的尾矿泥 浆的特殊水工结构物，其是矿山三大控制性工程之一。随着铝土矿资源开发的深入，目 前桂西百色地区现存铝土排泥库14座，其中三等库13座，最大堆积深度达100多米，库容达4126x 104 m3。同时随着铝土矿矿产资源开发的深入，广西区内的排泥库数量 以每年增加12座的速度增长。收集桂西铝土矿排泥库资料，整理桂西铝土矿排泥库基 本信息见表2-1 o表2-1桂西铝土矿排泥库基本信息Table 2-1 West ern Guang x i baux it e mud basic library inf ormat ion尾矿库名称尾矿库等别坝体形式及坝高中国铝业广西分公司板下排泥库三等库外坝1#混凝土坝（32m）中国铝业广西分公司龙布排泥库*A/r rtr 二等库外坝1#堆石坝（43m）内坝1#堆石坝（20m）内坝2#堆石坝（20m）内坝3#堆石坝（14m）中国铝业广西分公司龙灯排泥库三等库外坝1#堆石