考虑弱化效应的加高扩容尾矿坝地震可靠度分析及风险评价.pdf

投稿网址:2023 年 第23 卷 第27 期2023,23(27):11908-10科 学 技 术 与 工 程Science Technology and EngineeringISSN 16711815CN 114688/T引用格式:李春立,李亮,徐亮,等.考虑弱化效应的加高扩容尾矿坝地震可靠度分析及风险评价J.科学技术与工程,2023,23(27):11908-11917.Li Chunli,Li Liang,Xu Liang,et al.Seismic reliability analysis and risk assessment of an expanded tailings dam considering seismic weake-ning effectJ.Science Technology and Engineering,2023,23(27):11908-11917.考虑弱化效应的加高扩容尾矿坝地震可靠度分析及风险评价李春立1,李亮1,徐亮1,赵民2,王超1,蔡凤珍1(1.青岛理工大学土木工程学院,青岛 266520;2.青岛市勘察测绘研究院,青岛 266033)摘 要 地震荷载下的坝体稳定性及溃坝风险始终是岩土工程界的研究重点之一。引入弱化系数考虑地震对尾矿坝筑坝材料的弱化效应,采用极限平衡拟静力法与光滑粒子流体动力学方法结合进行尾矿坝地震可靠度分析及风险评价。利用极限平衡拟静力法与蒙特卡罗方法寻求可能的失效样本,进而采用自主研发的 SPH(smoothed particle hydrodynamics)程序模拟失效样本下尾矿坝失稳过程以及最终堆积状态,引入临界位移值确定滑动面积以评估尾矿坝的失效后果。应用本文方法对云南省斑毛沟加高扩容尾矿坝的稳定性及风险进行了评价,算例分析表明:随尾矿坝扩容高度的上升,旧坝的稳定性基本保持不变,而新坝的稳定性持续降低,扩容高度完成后,尾矿坝最小安全系数与规范要求值接近,需要重点关注其稳定性。可靠度分析结果表明:当尾矿坝筑坝材料变异系数为 0.1 时,其相应的失效概率为 1%,该失效概率值的变异系数约为 0.3。不考虑地震作用对筑坝材料的弱化效应,扩容尾矿坝的失稳风险为 309.17 m2,考虑弱化效应后,随弱化系数减小,扩容尾矿坝的失稳风险增大。随着弱化系数的减小,临界位移值对失稳风险的影响逐渐减弱,弱化系数大于0.5 时,临界位移值对扩容尾矿坝的失稳风险影响显著。关键词 加高扩容尾矿坝;弱化效应;光滑粒子流体动力学方法;风险评价;拟静力分析中图法分类号 X936;文献标志码 A收稿日期:2022-11-08;修订日期:2023-07-11基金项目:国家自然科学基金(51778313,52171264)第一作者:李春立(1999),女,汉族,山东德州人,硕士研究生。研究方向:地震边坡稳定性。E-mail:。通信作者:李亮(1977),男,汉族,山东济南人,博士,教授。研究方向:岩土工程防灾减灾。E-mail:liliang 。Seismic Reliability Analysis and Risk Assessment of an ExpandedTailings Dam Considering Seismic Weakening EffectLI Chun-li1,LI Liang1,XU Liang1,ZHAO Min2,WANG Chao1,CAI Feng-zhen1(1.School of Civil Engineering,Qingdao University of Technology,Qingdao 266520,China;2.Qingdao Institute of Surveying and Mapping Survey,Qingdao 266033,China)Abstract The stability of dam and risk of dam failure under seismic load are always one of the research focuses in geotechnical en-gineering.The limit equilibrium pseudo-static method and smoothed particle hydrodynamics(SPH)method were combined to performseismic reliability analysis and risk assessment of tailings dam by introducing weakening factor to account for the weakening effect of soilproperties due to earthquake actions.The limit equilibrium pseudo-static method and Monte Carlo method were used to find possiblefailure samples,which were subsequently transferred to the self-developed SPH(smoothed particle hydrodynamics)program to simulatethe instability process and to obtain the final depositions of the failed tailings dam.The sliding area of the failed tailings dam was deter-mined based on the specified critical displacement value and was adopted to quantify the consequence of failed tailings dam.The me-thod presented was used to evaluate the stability and to quantify the risk of an expanded tailings dam in Yunnan Province.The calcula-tion results have demonstrated that the stability level of the old dam remains almost unchanged,whereas the stability of the new con-structed dam deteriorates as the expansion work progresses.The minimum safety factor of the final expanded tailings dam approaches tothe value documented in the code implying the necessity of conducting reliability analysis.The failure probability of final expanded tail-ings dam is determined to be 1%with a coefficient of variation of 0.3 when the coefficients of variation of soil properties are all as-sumed to be 0.1.Without considering the seismic weakening effect,the risk of the final expanded tailings dam is 309.17 m2and it ri-ses as the weakening factor decreases.The effect of critical displacement value on the calculated risk of final expanded tailings dam di-minishes as the weakening factor decreases.When the weakening factor is greater than 0.5,the critical displacement value has a sig-nificant influence on the calculated risk of the expanded tailings dam.Keywords expanded tailings dam;weakening effect;smoothed particle hydrodynamics method;risk assessment;pseudo-static analysis投稿网址:2023,23(27)李春立,等:考虑弱化效应的加高扩容尾矿坝地震可靠度分析及风险评价11909 诱发尾矿坝溃坝的因素和机理复杂繁多,究其原因,主要与尾矿坝筑坝材料的不确定性以及地震、强降雨等复杂的因素相关1-4。由于中国地震频发,给尾矿坝构成了极大威胁。地震对尾矿坝稳定性的影响主要表现为地震的惯性力使处于极限平衡状态的尾矿坝产生变形以及地震循环剪切作用使坝体震动液化5-10。鉴于此,国家有关规范中明确提出11-12,为保证尾矿坝的安全,要求对设防烈度为度及以上、尾矿库等级在三级及以上的尾矿坝进行抗震性能分析。在尾矿坝地震稳定性分析方面,国内外学者开展了一系列研究,以获得尾矿坝的安全系数、位移、液化变形及大坝的应力应变状态。例如,杨安银等13采用有限元 Quake/W软件分别研究了尾矿坝在三种地震作用下的加速度、位移、液化区域、安全系数的动力响应特性。秦晓鹏等14采用拟静力法和有限差分法计算地震作用下的边坡时程安全系数,并采用 PL-Finn 模型结合 Flac3D 研究了尾矿坝的液化变形。Naeini 等15分别采用有限元 Quake/W 软件和有限元 Sigma/W软件对大坝进行动态和应力重分布分析,并确定坝体的永久位移。朱明明16考虑随机地震动和尾矿材料参数的二维空间变异性,对尾矿坝进行了动力可靠度分析和地震敏感性分析。研究成果有助于合理评估尾矿坝地震安全性能,有力保障矿山安全。近年来,由于矿山继续扩大再生产,尾矿库亟需进行加高扩容,评估尾矿坝加高扩容后的地震安全性具有指导意义。尹光志等17采用有限元时程分析法,分别对云南大沙河尾矿库加高扩容坝体在现状条件下、加高中增设排渗措施和直接加高后三种工况进行了动力分析和抗震性能研究。Huaman 等18使用 FLAC2D 对处于秘鲁高地震活动区、采用下游法筑坝的扩容尾矿坝进行了地震灾害评估。以往的研究中重点关注尾矿坝地震安全系数或永久位移等指标,忽略了溃坝后滑动体的大小、运移过程以及堆积状态对下游构筑物带来的风险研究,此外,地震过程中导致尾矿坝筑坝材料的弱化,进而会加剧尾矿坝溃坝风险。因此,为合理考量上述因素对尾矿坝地震安全性能影响,现采用极限平衡拟静力法与光滑粒子流体动力学方法(smoothed particle hydrodynamics SPH)联合进行尾矿坝地震可靠度分析19-27。考虑地震对尾矿坝筑坝材料的弱化效应,利用极限平衡拟静力法与蒙特卡罗方法寻求可能的失效样本,进而采用自主研发的 SPH 程序模拟失效样本下尾矿坝失稳过程以及最终堆积状态,以滑动面积评估尾矿坝的风险水平。1 尾矿坝地震可靠度分析1.1 极限平衡拟静力法极限平衡拟静力法是用于评价地震作用下岩土结构物稳定性的方法之一28-29。该法忽略坝体的动态响应,将地震作用简化为一静力作用在坝体上,结合极限平衡方法进行稳定性分析时,将地震作用等效为水平和竖向地震力分别施加于每个土条的重心。主要考虑水平地震力的作用,如图 1 所示,某滑动区域被划为 n 个垂直土条,其中作用于土条 i 的水平地震力代表值 Qh,i为Qh,i=iahWig=ikhWi(1)式(1)中:为地震作用效应折减系数,依据水工建筑物抗震设计标准(GB 512472018)规定30,除采用动力法计算钢筋混凝土结构外,取 0.25;i为Ti为土条底部法向力;Zi为土条底部剪切力;Ei和 Ei+1为土条间法向应力;i为土条底部倾角,(),i=1,2,n;r 为圆弧滑动半径;O 为圆弧滑动圆心图 1 土条 i 受力分析图Fig.1 Forces analysis of ithsoil sliceH 为坝高,i为某坝高 Hi时地震惯性力的动态分布系数;am为坝体顶部的分布系数图 2 坝体地震惯性力动态分布系数示意图Fig.2 dynamic distribution coefficient of seismicinertia force of dam投稿网址:11910科 学 技 术 与 工 程Science Technology and Engineering2023,23(27)土条 i 地震惯性力的动态分布系数,需根据图 2(a)所示的坝体地震惯性力动态分布系数示意图确定;ah为水平地震加速度;kh为水平地震力系数,可通过查阅表 1、表 2 确定;g 为重力加速度;Wi为土条 i 的重力。鉴于 Slope/W 软件中的极限平衡拟静力法未考虑地震惯性力的动态分布,为便于计算,本文中将图 2(a)所示地震惯性力动态分布图简化图 2(b)所示的矩形分布图。表1 工程场地地震烈度与地震动峰值加速度(PGA)对照表31Table 1 Comparison table of seismic intensity of engineeringsite and ground motion peak acceleration(PGA)31项目地震动峰值加速度(PGA)0.04gamax0.09g0.09gamax0.19g0.19gamax0.38g0.38gamax0.75g0.75g工程场地地震烈度表 2 工程场地地震烈度与水平地震力系数(kh)对照表31Table 2 Comparison table of seismic intensity of engineeringsite and horizontal seismic force coefficient(kh)31项目工程场地地震烈度水平地震力系数 kh0.10.20.4 以 Bishop 法为例,采用极限平衡拟静力方法计算坝体安全系数 FS,计算公式为FS=1ni=1(Wisini+Qh,icosi)ni=1ci+Witani-ciFSsinitanii()(2)i=cosi+sinitaniFS式(2)中:i为土条底部的内摩擦角,();i为土条长度,m;c 为土条黏聚力,kN。在给定的尾矿坝筑坝材料参数下,可以根据式(1)和式(2)计算地震作用下坝体的安全系数,为考虑筑坝材料参数的随机性,需要结合蒙特卡罗抽样方法生成一系列样本,分别采用式(1)和式(2)计算每一样本下的坝体安全系数值,进而计算坝体的失效概率和溃坝风险。为提高计算效率,基于 Win-BatchTM平台,编写批处理程序调用 Slope/W 软件进行坝体失效概率计算。1.2 基于 Win-BatchTM语言的失效概率计算采用 1.1 节极限平衡拟静力法计算的安全系数确定坝体的极限状态函数,进而结合蒙特卡罗方法计算尾矿坝的失效概率,即G(X)=FS(X)-1=0(3)式(3)中:G(X)为极限状态函数,X=(x1,x2,xm)为尾矿坝地震可靠度分析时考虑的岩土体参数变量,譬如黏聚力 c 和内摩擦角 等,其概率分布特征通常假定为对数正态分布。依据土体强度参数的平均值、标准差及分布特征进行 N 次抽样,产生 N 组随机样本,X1,X2,XN。依次将每组随机样本输入 Slope/W 中计算尾矿坝的安全系数,若Gi(X)(6)式(6)中:Si为尾矿坝的失稳滑动面积;dj为第 j 个粒子面积;q 为粒子总数;uj为粒子的滑动位移;为粒子的临界位移值,可由工程经验给出或者取尾矿坝坝高 H 的某一分数值,本文中暂取 =5%H、10%H、15%H。2.3 尾矿坝失稳风险计算尾矿坝失稳风险 R 可通过其失效概率 pf和失稳后果 C 的乘积来表征。采用蒙特卡罗方法计算尾矿坝 M 种失效模式的失效概率 pf,i,由第 1 节可知,尾矿坝失效概率 pf=M/N,其中每种失效模式的失效概率为 pf,i=1/N(i=1,2,M)。用式(6)计算所得 Si量化其失稳后果 Ci(i=1,2,M),尾矿坝的失稳风险 R 为R=Mi=1pf,iCi=Mi=11NSi(7)本文所提尾矿坝失稳风险的计算流程,具体如图 4 所示。图 4 尾矿坝失稳风险的计算流程图Fig.4 Calculation flowchart of instability risk of tailings dam3 案例分析3.1 工程概况云南省斑毛沟扩容尾矿库位于哀牢山脉西侧,属山谷型尾矿库。在原有旧尾矿坝(简称“旧坝”)的下游选址建设高达 198 m 的新尾矿坝(简称“新坝”),使得原有尾矿库由三级库扩容为新二级尾矿库,总坝高 H=230 m,总扩容达 1 087.3 万 m3。根投稿网址:11912科 学 技 术 与 工 程Science Technology and Engineering2023,23(27)据地勘报告显示,尾矿坝土层分别为坝基、初期坝、子坝、尾粉土和尾粉质黏土,场地地震动峰值加速度 PGA 为 0.1g,地震动反应谱特征周期为 0.45 s。扩容尾矿坝施工期间主要分为三个阶段,分别为新库区扩容至原库区初期坝坝顶、新库区扩容至原库区子坝中点、新库区扩容至原库区坝顶。本文分别对扩容尾矿坝的三个施工阶段进行稳定性分析。3.2 扩容尾矿坝拟静力稳定性分析为便于数值模拟,简化其坝基部分进行建模(图 5)。考虑到尾矿库内水位对尾矿坝稳定性的影响,首先利用有限元 Seep/W 软件对各施工阶段进行渗流稳定性分析,之后再耦合 Slope/W 软件进行安全系数的计算。采用极限平衡拟静力法模拟扩容尾矿坝的地震性能,场地地震动峰值加速度为0.1g,根据中国地震动参数区划图(GB 183062015)31的地震动峰值加速度(peak ground acceler-ation,PGA)与工程场地地震烈度对照表(表 1)确定尾矿坝的地震烈度为度,由水工建筑物抗震设计标准(GB 512472018)30可知,坝顶动态分布系数 am=3.0。再依据表 2 确定水平地震力系数 kh为 0.1,地震作用效应折减系数 =0.25。本算例坝高 H=230 m,0.6H 高程的动态分布系数取 1.0+(am-1)/3,坝底动态分布系数取 1.0,等效后的地震惯性力动态分布系数为 1.73,为安全起见,最终确定地震惯性力的动态分布系数为 2.0。以扩容尾矿坝的三个施工阶段为分析工况,工况一为新库区扩容至原库区初期坝坝顶、工况二为新库区扩容至原库区子坝中点、工况三为新库区扩容至原库区坝顶。根据地勘报告的各土层参数(表3),分别计算三种工况条件下的最小安全系数 FS。图 6 汇总了三种工况条件下扩容尾矿坝的最小安全系数及其滑动面。其中,工况一下最小安全系数为 1.56,其对应的滑动面(称之为临界滑动面)位于旧坝;工况二下最小安全系数为 1.60,其临界滑动面位于新坝;工况三下最小安全系数为 1.22,其临界滑动面位于新坝。结果表明:随尾矿坝扩容高度的上升,旧坝的稳定性基本保持不变,而新坝的稳定性持续降低,自 2.03 降低至 1.22。该尾矿坝总库容 1 087.30 万 m3,坝高 230 m,由构筑物抗震设计规范(GB 501912012)12尾矿坝抗震等级可知(表 4),其抗震等级为二级,由表 5 可知,规范要求的最小安全系数为 1.15。三种工况条件坝体最小安全系数均大于 1.15,满足规范要求。但需要注意的是,工况三下,其最小安全系数与规范要求值接近,需要重点关注其稳定性,下节重点针对工况三进行可靠度分析与风险评价。3.3 扩容尾矿坝工况三失效概率计算考虑尾矿坝筑坝材料的不确定性,采用蒙特卡罗方法对工况三下扩容尾矿坝进行可靠度分析。假定子坝、尾粉土、尾粉质黏土的黏聚力 c、内摩擦角 均为对数正态分布,以表 2 中的各土层参数为平均值,变异系数均假定为 0.1,随机生成 1 000 组样本。采用图 3 所示流程计算 1 000 组随机样本下坝体的最小安全系数并计算其失效概率。图 7 以最图 5 扩容尾矿坝简化模型Fig.5 Simplified model of expanded tailings dam表 3 扩容尾矿坝土层物理力学参数Table 3 Physical and mechanical parameters of soil layers of expanded tailings dam土层名称天然密度/(g cm-3)饱和密度/(g cm-3)黏聚力/kPa内摩擦角/()渗透系数/(m s-1)压缩模量/MPa弹性模量/MPa泊松比坝基2.2200.045.02.27 10-522.00100.3初期坝2.2130.030.03.52 10-518.42100.3子坝1.92.110.5(12.0)16.0(19.5)3.61 10-512.43100.3尾粉土2.215.026.86.85 10-513.12100.3尾粉质黏土2.02.212(14.6)23.0(25.0)1.21 10-710.96100.3尾粉土2.215.026.86.85 10-513.12100.3尾粉质黏土2.02.212.0(14.6)23.0(25.0)1.21 10-710.96100.3 注:表中黏聚力和内摩擦角均为饱和强度参数;“()”内为天然强度。投稿网址:2023,23(27)李春立,等:考虑弱化效应的加高扩容尾矿坝地震可靠度分析及风险评价11913图 6 扩容尾矿坝三种工况下尾矿坝地震稳定安全系数Fig.6 Seismic stability safety factors of expanded tailings dam under three cases表 4 尾矿坝抗震等级12Table 4 Seismic grades of tailings dam12等级库容 V/108m3坝高 H/m一二级尾矿坝具备提高等级条件者二V1.0H100三0.1V 1.060H 100四0.01V 0.130H 60五V 0.01H 30表 5 尾矿坝地震稳定性最小安全系数值12Table 5 Minimum safety factors of seismicstability of tailings dam12尾矿坝抗震等级二级三级四级、五级最小安全系数1.151.101.05图 7 工况三下安全系数的直方图Fig.7 Column of safety factors under the third case小安全系数为横轴,以该安全系数的频率为纵轴,绘制最小安全系数直方图。由图 7 可见,最小安全系数的平均值为 1.218,标准差为 0.104,失效样本个数为 10 个,其失效概率为 1%,由式(4)可知,计算所得失效概率变异系数 Cpf0.3。3.4 扩容尾矿坝失稳风险评价3.4.1 尾矿坝失稳过程模拟尾矿坝一旦溃坝,将会导致尾矿库内大量的有害物质流向下游,对下游的居民、环境、水源等造成不可估量的损失。基于此,以第 10 个失效样本为例,取弱化系数 =0.15,图 8 分别给出了 t=1,3,5,10 s 时的滑动状态。t=1 s 时,尾矿坝的最大滑动位移为 2.17 m,小于尾矿坝的临界位移值,此时整体处于稳定状态;t=3 s 时,最大滑动位移为18.99 m,主要位于新坝处的子坝和尾粉质黏土部分,旧坝部分的滑动位移为 4 6 m;t=5 s 时,最大滑动位移为 37.79 m,旧坝部分的滑动位移约为 8 10 m,此时部分坝体已经越过初期坝,有向下游滑动的趋势;t=10 s 时,最大滑动位移为 241.56 m,部分坝体已经滑落至初期坝的边缘,扩容尾矿坝整体开始变形。根据上述尾矿坝的失稳滑动过程,对尾矿坝最大滑动速度进行量化。其中,1 s 内坝体尚未滑动,其滑动速度为 0,3 5 s 内的最大滑动速度为9.40 m/s,5 10 s 的最大滑动速度为 40.95 m/s。在 5 s 内,尚未滑至初期坝,滑动速度相对较小,整体处于可控状态。5 10 s 内部分尾矿坝逐渐滑落投稿网址:11914科 学 技 术 与 工 程Science Technology and Engineering2023,23(27)图 8 =0.15 的扩容尾矿坝失稳滑动过程Fig.8 Instability sliding process of expanded tailings dam for =0.15至初期坝的底部边缘,其滑动速度迅速增加,导致滑动位移急剧增大。10 s 后滑动速度将持续增大,坝体及库内有害物质将迅速殃及下游部分区域。3.4.2 =1 时尾矿坝失稳风险评价不考虑地震作用对土体的弱化效应,即 =1,采用图 4 所示流程进行尾矿坝失稳风险评价。考虑尾矿坝的可接受风险水平,分别取临界位移值 =5%H、10%H 和 15%H,以最小安全系数为横轴,尾矿坝的风险为纵轴,统计 M=10 个失效样本下尾矿坝失稳风险 Ri,尾矿坝失稳风险 R=10i=1Ri。如图 9所示,临界位移值 =5%H 时,按照安全系数自0.995 降至0.858,十个失效样本对应的失稳风险 Ri分别为 29.03、30.32、30.48、30.58、30.64、30.76、31.05、31.40、31.95 和 32.96 m2,失稳风险 R=309.17 m2;临界位移值 =10%H 时,扩容尾矿坝的失稳风险 R=36.14 m2,临界位移值为 15%H 时,扩图 9 不同 下扩容尾矿坝失效样本对应的风险 RiFig.9 Risk Ricorresponding to failure samples ofexpanded tailings dam under different 容尾矿坝的失稳风险 R=0。对比发现:尾矿坝的失稳风险 R 随临界位移值 的增大而减小。因此,量投稿网址:2023,23(27)李春立,等:考虑弱化效应的加高扩容尾矿坝地震可靠度分析及风险评价11915化尾矿坝失稳风险的前提是合理确定临界位移值,该值的确定需要综合考虑尾矿坝下游建筑物的易损性以及业主对失稳风险的承受水平。在本例中,取 =15%H=34.5 m 时,只有当失稳后尾矿坝的滑动位移超过34.5 m 时,才会产生风险,如图 10 所示,10 个失效样本下的尾矿坝的最大位移仅为 25.69 m,未超过 34.5 m,因此风险为 0。图 10 还表明,随着失效样本安全系数的降低,尾矿坝滑动位移值呈非线性增长趋势,当考虑地震弱化效应后,失效样本安全系数会降低,因此需要重点关注考虑弱化效应后的尾矿坝失稳风险量化。图 10 扩容尾矿坝失效样本的最大滑动位移Fig.10 Maximum sliding displacement of failuresamples of expanded tailings dam3.4.3 对尾矿坝失稳风险的影响为研究 对计算结果的影响,取 =0.75、0.5、0.15,分别采用 SPH 模拟不同弱化系数下,尾矿坝失效样本的失稳滑动面积,并计算在不同临界位移值下的风险。以土体强度弱化系数为横轴,尾矿坝的风险为纵轴,绘制不同临界位移值下,其风险随弱化系数的变化曲线,如图 11 所示。临界位移值=5%H 时,=1.0、0.75、0.5、0.15 时,尾矿坝的失 稳 风 险 R 分 别 为 309.17、380.31、437.72、842.95 m2;临界位移值 =10%H 时,=1.0、0.75、0.5、0.15 时,尾矿坝的失稳风险 R 分别为 36.14、300.97、418.23、824.74 m2;临界位移值 为 15%H时,=1.0、0.75、0.5、0.15 时,尾矿坝的失稳风险R 分别为 0、205.12、398.84、807.16 m2。上述结果表明,在同一 下,随弱化系数 的减小,尾矿坝失稳风险 R 逐渐增大。不同的 下,尾矿坝失稳风险 R 增长的斜率不尽相同。若记 =R5%-R15%R5%,其中,R5%和 R15%分别为同一弱化系数 下,=5%H 以及 =15%H 时尾矿坝失稳风险R。反映了同一弱化系数下,取值对失稳风险的影响。其值越大,影响程度越显著。图12 以 为横轴,以 为纵轴,绘出了不同弱化系数 下 的变化情况。由图 12 可见,=1.0、0.75、0.5、0.15 时,分别为 100%、46.07%、8.88%、4.25%。由此可见,随着弱化系数的减小,取值对失稳风险的影响逐渐减弱,当弱化系数大于 0.5 时,取值对失稳风险的影响较为显著,当弱化系数小于 0.5 时,尾矿坝的失稳风险基本不受临界位移值取值的影响。图 11 不同 下扩容尾矿坝风险随 的变化曲线图Fig.11 Curve of risk of expanded tailings dam with variation under different 图 12 不同 下 取值对扩容尾矿坝风险的影响Fig.12 Influence of values on the risk of expandedtailings dam under different 4 结论结合某扩容尾矿坝工程实例,考虑地震对尾矿坝筑坝材料的弱化效应,采用极限平衡拟静力法与光滑粒子流体动力学方法结合进行尾矿坝地震可靠度分析及风险评价。利用极限平衡拟静力法与蒙特卡罗方法寻求可能的失效样本,进而采用自主研发的 SPH 程序模拟失效样本下尾矿坝失稳过程投稿网址:11916科 学 技 术 与 工 程Science Technology and Engineering2023,23(27)以及最终堆积状态,以滑动面积评估尾矿坝的风险水平,并得出以下结论。(1)随尾矿坝扩容高度的上升,旧坝的稳定性基本保持不变,而新坝的稳定性持续降低,拟静力法所得安全系数自 2.03 降低至 1.22。(2)在工况三下,即扩容高度完成后,尾矿坝最小安全系数与规范要求值接近,需要重点关注其稳定性,经可靠度分析,当尾矿坝筑坝材料变异系数为 0.1 时,其相应的失效概率为 1%,该失效概率值的变异系数为 0.3 左右。(3)不考虑地震作用对土体的弱化效应,扩容尾矿坝的失稳风险 R=309.17 m2,尾矿坝的失稳风险 R 随临界位移值 的增大而减小。(4)考虑弱化效应后,随弱化系数减小,扩容尾矿坝的失稳风险增大;弱化系数大于 0.5 时,临界位移值 对扩容尾矿坝失稳风险影响显著。参考文献1 徐亮.基于蒙特卡洛方法的云南某加高扩容尾矿坝稳定性分析D.辽宁:辽宁工程技术大学,2021.XU Liang.Stability analysis of a heightening and capacity expan-ding tailings dam in yunnan based on Monte Carlo methodD.Liaoning:Liaoning Technical University,2021.2 祁磊基.基于动力离心模型试验的尾矿坝地震响应及液化稳定性研究D.北京:中国水利水电科学研究院,2020.Qi Leiji.Examing the seismic behaivor and liquefaction stability oftailing dam using dynamic centrifuge testsD.Beijing:China Re-search Institute of Water Resources and Hydropower,2020.3 郭美延,丁向南,许新骥.巷道地震波法在金属矿山采空区探测 中 的 应 用 J.科 学 技 术 与 工 程,2022,22(23):10003-10011.Guo Meiyan,Ding Xiangnan,Xu Xinji.Application of roadwayseismic wave method in the detection of goaf in metal mineJ.Sci-ence Technology and Engineering,2022,22(23):10003-10011.4 黄鑫,蔡晓光,薄景山,等.饱和尾矿砂动强度和残余变形试验研究J.科学技术与工程,2021,21(27):11704-11711.Huang Xin,Cai Xiaoguang,Bo Jingshan,et al.Experimental studyon dynamic strength and residual deformation of saturated tailingssandJ.Science Technology and Engineering,2021,21(27):11704-11711.5 赫中营,王玉璞,杨恒.跨断层铁路简支梁桥地震响应分析J.科学技术与工程,2023,23(1):356-368.He Zhongying,Wang Yupu,Yang Heng.Seismic response analysisof simply supported beam railway bridge across faultJ.ScienceTechnology and Engineering,2023,23(1):356-368.6 张京伍,荣耀,李栋伟,等.考虑土体强度非均质和各向异性的隧道洞口仰坡地震稳定性上限解J.科学技术与工程,2022,22(36):16152-16160.Zhang Jingwu,Rong Yao,Li Dongwei,et al.Upper bound solutionfor seismic stability of slopes at tunnel entrance considering soilstrength inhomogeneity and anisotropyJ.Science Technology andEngineering,2022,22(36):16152-16160.7 蒋涛,崔圣华.川滇地区典型强震诱发滑坡分布对比研究J.科学技术与工程,2022,22(31):13662-13671.Jiang Tao,Cui Shenghua.Comparative study on the distribution oftypical strong earthquake-induced landslides in Sichuan and YunnanregionsJ.Science Technology and Engineering,2022,22(31):13662-13671.8 王晨晖,袁颖,刘立申,等.基于主成分分析法优化广义回归神经网络的地震震级预测J.科学技术与工程,2022,22(29):12733-12738.Wang Chenhui,Yuan Ying,Liu Lishen,et al.Earthquake magni-tude prediction based on generalized regression neural network opti-mized by principal component analysisJ.Science Technology andEngineering,2022,22(29):127