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尾矿库安全评价中坝体结构稳定性分析

2022-06-26

世界有色金属 2022年4期
关键词:尾矿库坝体工况

在我国,矿产资源十分的丰富,相应的在我们国家,尾矿库的数量也是十分众多的。尾矿库是金属矿山、非金属矿山在矿石选别之后,用来堆放它们所排出的尾矿、其他废渣的场所。我国的尾矿库数量众多,在之前只是处于粗放式的生产发展,但随着我国经济的发展,技术的进步,我们国家的矿业也在大步的前进与发展。随着近年来人们对安全意识、环保意识的不断提升,人们越来越关注到尾矿库的安全运行的问题,不仅如此,政府的相关监管部门、企业等等也是越来越重视尾矿库的安全运行问题。如若不能管理好尾矿库的安全运行,一旦发生尾矿库的事故,会对人民的财产造成巨大的损失,对人民的生命安全也造成巨大的威胁,并且对下游的环境也造成污染,所以,安全运行尾矿库是人们非常关心的问题。国家也在不断重视尾矿库的生产安全,以及对环境的保护。作为矿山企业,更是高度重视尾矿库的安全保护以及环境保护,这些都关乎到矿山企业的发展,矿山企业更是应该做好尾矿库的安全生产。

对于尾矿库坝体的安全的鉴定,国内外现在有许多的研究。大部分是对于尾矿库坝体的结构、渗流等的安全性进行相关鉴定与评价。例如,有的会使用AutoBank软件计算并分析尾矿库渗流的安全与稳定性,根据计算的数据对尾矿库给出科学的调整建议。有的会根据多年观测到的坝体变形的外部数据为依据,同时再结合监测到的坝体的数年间的降雨量的数据、库水位数据、坝体的温度数据,对坝体的切向、径向位移变形量做出分析,以此做出该坝体的整体评价。有的则是结合了二维渗流有限元计算与观测的渗流资料,将二者结合到一块进行研究,于是更全面的分析与评价了尾矿库渗流的安全与稳定的情况。本论文对某尾矿库的渗流与结构的安全、尾矿库的防洪能力做出了综合评价,方法就是在收集了某尾矿库的资料数据的基础上通过实地考察、计算与分析的方法,从而做出的综合评价。

1 尾矿库概况

1.1 工程的概况

该尾矿库位于马鞍溪干流的中游附近,是一座小型的尾矿库。尾矿库坝址以上的控制流域的面积是7.81km

,尾矿库的拦河坝是拱坝型式。坝顶高程是239.12m。坝顶是有防浪墙的。防浪墙的墙顶高度是241m。坝的最大高是37.35m,坝顶的长度是107.9m,宽度是3.5m。尾矿库所设计的洪水位是239.1m,对应的库容是118.7万立方米,经校核后洪水位是239.7m,与其对应的库容是121.2万立方米。并且尾矿库的泄水型式是侧堰正槽溢洪道,没有闸进行控制,堰顶的高程是237.5m,堰顶的宽度是42m。

1.2 地形与地貌

该尾矿库的地貌是丘陵地貌,所在地所属河流是嘉陵江的支流马鞍溪河。尾矿库附近的河床的高程是201m至206m,尾矿库的水面的宽度是61m至82m。两岸的山顶的高度是在350m左右,河谷是剖面形态为“V”字形的横向谷,而岸坡的坡度是在16°至62°的范围。尾矿库区的岩层土壤为紫红色泥岩、灰夹白色砂岩及淤泥质粘土等。尾矿库是单斜地层。岩体的透水性是比较差的。地下水主要是基岩裂隙水及补给的库水和大气的降水等。地下水向深部进行排泄。节理裂隙是较为发育的。尾矿库内没有出现不良的地质现象,岩体的强风化带的厚度是2.5m至6.8m之间。

2 计算结构的稳定性

2.1 相关软件的介绍

计算该尾矿库的稳定性的时候,所使用的方法是梁拱分载法,这种方法是属于结构力学的一个方法。具体方法是首先将尾矿库坝体的坝体沿着竖直以及水平的方向,分别划分成为梁与拱。梁与拱是共同承担作用荷载,而且梁与拱分别承担多少是按照一定的比例划分的,划分的依据就是根据拱与梁的结点处变形协调的条件,这样,拱与梁可以互不影响,各自发挥自己的作用。当计算出拱与梁分别独立承受的荷载与内力之后,用材料力学的方法再计算出大坝坝体控制点应力。这样,便完成相应的设计。因为拱坝的体型是比较小的,所以在计算的时候,只在拱冠处用一根拱冠梁与一些水平拱圈共同组成梁拱系统。且可以以结点处的径向变形协调条件进行荷载的分配,之后就可以计算拱圈、拱冠梁的应力与内力了。

表4是主应力计算成果表,从表4中我们首先看压应力的情况,在正常的工况下,最大的压应力值是1.86MPa,是小于6.53的要求的,符合要求。在校核的工况下,最大的压应力值是2.06MPa,是小于5.6的要求的,符合要求。由此可知无论是在正常工况,还是在校核工况,拱坝的压应力皆是满足规范中所提的要求的。那么,我们再看拉应力的情况,在正常的工况下,最大的拉应力值是-0.96MPa,是小于1.2的要求的,符合要求。在校核的工况下,最大的拉应力值是-1.14MPa,是小于1.2的要求的,符合要求。该尾矿库的拱坝的最大的拉应力是在第六层拱圈与基岩交接的地方,该最大拉应力值也是<1.2MPa的。拱坝的其他部分的最大拉应力也是都<1.0MPa的,所以无论是在正常的工况下,还是在校核的工况下,拱坝坝体的压应力、拉应力皆是符合规范所要求的,拱坝是符合要求的工程。

经过护理后,观察组患者的腹胀几率是5.46%,对照组的腹胀几率是21.82%,两组结果对比存在统计学差异性(P<0.05)。观察组患者的胃肠蠕动时间、肠鸣音、肛门排气时间等均比对照组短,两组结果存在统计学差异性(P<0.05)。观察组临床护理满意度是94.54%,对照组是76.37%,结果存在统计学差异性(P<0.05)。

05 对我们来说,重要的是在中国维持一个可持续的高增长。中国市场还有很大发展潜力,我们需要不断加强同中国的商业联系,巩固我们在中国的领先地位。

2.2 选取参数

对尾矿、土石材料的一些指标,采取了经验值。沉砂层的摩擦角标准值是35°,其平均值是33°。内聚力的标准值是24kPa,其平均值则是22kPa。尾粉质黏土层的摩擦角标准值是22°,其平均值则是24°。内聚力的标准值是48kPa,其平均值则是50kPa。在分析的时候,考虑了三轴试验,这样,很大程度的降低了内聚力,摩擦角则相应的适当的提高了。尾黏土层的摩擦角标准值是17°,其平均值则是20°。内聚力的标准值是66kPa,其平均值则是69kPa。那么,为了安全,在处理数据的时候,边采用了下限的值。

这次的计算分析,在取值参数时,经过分析,选择参考了坝体的竣工图纸及相关资料、室内岩石试验成果、原设计资料之后,又在坝体的现场做了勘测,根据所测的结果,综合考虑之后,做了适当的调整。最后各计算的参数值如表1所示。

首先是可靠性。可靠性是指在规定的时间之内,以及规定的条件下,坝体能够完成预定功能(例如坝体的抗滑功能)的能力。

经过勘测与资料的收集,可知,该尾矿库坝体的多年的降雨量是1094.1mm;多年的平均气温是17.6℃;多年的平均最大风速是13.4m/s;多年的平均蒸发量是825.3mm;多年的平均径流深是590.4mm。

依据相关的规定,分析拱坝的应力时,以拱梁分载法所计算出的结果作为强度安全的衡量标准是较为适宜的,那么,这次计算所使用的软件,是浙江大学的拱坝多拱梁法应力分析软件程序,即浙江大学的ADAO程序。浙江大学的拱坝多拱梁法应力分析软件系统是一个集成系统,它是拱坝优化(ADOPT)、拱坝应力分析(ADCAS)的集成系统。该软件程序不仅仅可以应用于拱坝的优化设计,也可以在计算机的辅助下进行手工体形调整,同时也可以进行拱坝应力分析。该软件程序已经在众多的拱坝工程设计中有了广泛的应用,正是由于有了该软件程序的协助,对许多设计的效率有了很大的提升,设计的质量有了很大的提高。该软件程序的广泛应用,促进工程的完成质量,为此,也形成了有规模的经济效益与社会效益。

2.3 计算坝体结构的稳定性

为了分析与评价该尾矿库拱坝的结构稳定性,又依据该坝体的实际运行情况,这次的计算采用了五个工况,如表2所示。表3所示的是拱坝位移计算的成果。

我们可以将坝坡结构可靠度状态方程进行假定,假定该方程是一个随机变量函数,且是有两个服从正态分布的相互独立的随机变量函数。如果随机变量不相互关联,或者不服从正态分布的时候,可运用某个方式将相应的随机变量进行转化,将其转化为服从正态分布,且是相互独立的。如此,便能够计算出可靠性指标。那么,为了能够更好地表述,先介绍如下几个概念:

从表3之中可以看到,在各种荷载组合的工况之下,该尾矿库拱坝的位移变形的计算的值均都比较小。最大的切向位移是2.13mm,最大的径向位移是22.2mm。由以上可获知该尾矿库的坝体位移变形在理论计算中是符合相关的设计规范的。

教材的章节练习题,特别是拓展题,往往包含一些新情境信息。例如,人教版必修2教材中的技能训练:“野生型链孢霉能在基本培养基上生长,而用X射线照射后链孢霉却不能在基本培养基上生长。在基本培养基上加入某种维生素后,经X射线照射后链孢霉又能正常生长。”教学中,教师可以让学生思考:如果基因突变造成酶的改变,如何对这种现象做出解释?2018年全国Ⅰ卷理综第6题正是考查了有关细菌代谢中基因突变造成相关酶缺失影响代谢的问题。

3 分析坝体结构的可靠度

利用实时荧光定量PCR检测了在PDA平板上培养 7、14和 21 d Sd1-2菌株(图 7A)Mmk1基因的表达量,发现Mmk1基因的相对表达量随着菌株培养时间的延长而减少,但差异不显著(图7B)。

经过计算之后,洪水位设计的是239.1m,经过校核之后,洪水位是239.7m。正常的蓄水位值是237.5m,死水位的值是212.1m。经计算基岩综合弹模值是4.2×10

MPa,泊松比的值是0.35。抗剪参数值是f

=0.8,C

=0.1MPa。抗剪断参数值是f

=0.9,C

=0.8MPa。天然密度的值是2.60g/cm

。尾矿库的坝体材料容重值是24.2kN/m

、泊松比的值是0.171、弹模的值是3.7×10

MPa、线膨胀系数的值是8.1×10

依据衡水老白干酒业股份有限公司《酒水质量控制标准》Q/HJ.J 04.005—2009对酿酒试验班组所产原酒进行品评分析,为保证品评效果,请国家评委和省评委组成品评小组,见表1。

其次是可靠度。可靠度是指在规定的时间之内,以及规定的条件下,坝体能够完成预定功能(例如坝体不滑动)的概率ps。

当前,行业整体面临着严峻的挑战,很多企业退出转型,特别是山东省。山东作为化工大省,历来是化企关注的重点省份。据了解,自去年化工产业安全生产转型行动开展以来,山东已经关闭转产化工企业620家,停产整顿2614家,占全省化工生产企业的42.5%。未来山东还将进一步压减化工生产企业数量,力争在现有基础上关闭20%以上,将全省化工生产企业控制在5000家以内,实现化工企业的减量提升。在压力如此之大的大形势下,很多企业抽身都来不及,倍丰为何却偏偏明知山有虎偏向虎山行呢?

最后是失效概率。失效概率是指坝体不能够完成预定功能的(例如坝体滑动)的概率pf。

在允许有风险的情况下,规定可靠度可参考相应的规定。当计算出标准差,以及安全系数的平均值,便可以计算出可靠度指标。根据上述计算,最终可知该尾矿坝的安全是符合相关的规定的。那么即便将来产生的废石土的围封,其也是没有滑动风险的。只是,在雨季的时候,需要注意边土边坡的稳定性的情况,尤其是要注意预防大型的滑坡,对排洪管可能产生的危害。

4 结语

拱坝两岸坡岩体没有变形的痕迹,近坝岸坡也是在稳定的状态,且拱坝的压应力、位移与拉应力,无论是在哪种工况之下都符合规范所提的要求。拱坝在整治之后的十五年间的运行,从未出现渗漏、较大的变形等情况,且在下游的坝面也没有看到裂缝。所以,可知拱坝的运行,整体是安全的。所以,在此次的复核计算中,可以评价该尾矿库坝体的结构是安全的。但因为没有相关的监测资料,所以不能参考监测的资料分析坝体的相关稳定的情况。故在此建议相关部门根据相关的规范要求,对该尾矿库坝体实施有规律的监控,以保证尾矿库坝体的运行安全以及泄水设施的安全。由上,根据相关的规定规范要求,对该尾矿库坝体的安全评级评为A级,坝体的结构安全。

上面所述方法,仅供同行业者进行参考,也作抛砖引玉之用。随着国家不断地发展壮大,国家和人民对安全运行、环保的要求越来越高,对于做好尾矿库的相关安全工作也是刻不容缓,我们应该时刻保持警惕,认真做好安全工作,保障好尾矿库的安全。

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