尾矿堆积坝及尾矿堆积坝的岩土工程勘察.ppt

《尾矿堆积坝及尾矿堆积坝的岩土工程勘察.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《尾矿堆积坝及尾矿堆积坝的岩土工程勘察.ppt（73页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、尾矿堆积坝及尾矿堆积坝的岩土工程勘察 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望各位领导、专家及同行，上午好！我是中冶沈勘秦皇岛工程技术有限公司的顾问总工任宝珍，今天，我有幸受会议组委会之约参加本次会议，感到非常荣幸，在此向组委会领导表示感谢。由于体制的原因，记得在上世纪60年代，作为勘察单位，仅仅为尾矿库的设计提供工程地质资料。改革开放后，在上世纪70年代末，勘察单位才有机会涉入尾矿坝的稳定性评价。1980年年底，我们首次将有限单元法运用于大石河尾矿坝的稳定

2、性分析，继而真正的完成了由工程地质勘察向岩土工程体制的转化。中冶沈勘秦皇岛工程技术有限公司是原中冶集团秦皇岛冶金设计研究总院经改制划入中冶沈勘的岩土工程公司。本公司是持有岩土工程勘察及矿山设计（含尾矿库设计）甲级资质，具有独立法人的勘察设计单位。近十几年来在尾矿库安全稳定性分析评价方面进行了大量的工作。我公司获奖工程简介我公司获奖工程简介 自1993年以来我公司先后从事尾矿坝稳定性分析的岩土工程勘察近115项，其中获得省部级一等奖的有：唐钢棒磨山铁矿沙河沟尾矿坝岩土工程勘察唐钢棒磨山铁矿沙河沟尾矿坝岩土工程勘察 唐钢矿业公司石人沟铁矿西达峪尾矿坝现状稳定性分析岩唐钢矿业公司石人沟铁矿西达峪尾矿

3、坝现状稳定性分析岩土工程勘察土工程勘察 首钢矿业有限公司尹庄尾矿坝岩土工程勘察及坝体稳定性首钢矿业有限公司尹庄尾矿坝岩土工程勘察及坝体稳定性分析分析 获得省部级二等奖的有：获得省部级二等奖的有：唐钢矿业公司庙沟铁矿马粪沟尾矿库现状稳定性分析岩土唐钢矿业公司庙沟铁矿马粪沟尾矿库现状稳定性分析岩土工程勘察工程勘察 获得省部级三等奖的有：获得省部级三等奖的有：首钢马兰庄尾矿库虹吸井施工首钢马兰庄尾矿库虹吸井施工 我本人主持参与的首钢矿业有限公司新水村尾矿堆积坝岩土工程勘察及稳定性评价曾获国家勘察二等奖及冶金部一等奖。多年来我公司在尾矿坝稳定性勘察与评价方面不断的学习与进步有着深刻的体会借此机会就下面

4、四个问题与大家与在座的专家及同行们进行交流。12尾矿库失事案例3尾矿堆积坝稳定性分析与评价4尾矿库的基础知识尾矿库的基础知识尾矿库的安全度尾矿库的安全度1 1尾矿库的基础知识尾矿库的基础知识金属或非金属矿山的矿石，经采、选后，将产出数量巨大的金属或非金属矿山的矿石，经采、选后，将产出数量巨大的“废渣废渣”，被称之尾矿。这些尾矿，不仅数量巨大，一方面含有暂时不能回收的矿，被称之尾矿。这些尾矿，不仅数量巨大，一方面含有暂时不能回收的矿物质，随意的排放，会造成资源浪费，而且会大面积的破坏农田，阻塞河物质，随意的排放，会造成资源浪费，而且会大面积的破坏农田，阻塞河道，污染环境。因此，必须采取措施，妥善

5、处理。为处理尾矿所建设的设道，污染环境。因此，必须采取措施，妥善处理。为处理尾矿所建设的设施系统，称作尾矿设施。施系统，称作尾矿设施。尾矿设施由以下几部分组成：尾矿设施由以下几部分组成：（1）尾矿水力输送系统：包括尾矿浓缩池、尾矿输送管道（槽）、）尾矿水力输送系统：包括尾矿浓缩池、尾矿输送管道（槽）、输送泵站和分散放矿管（槽）；输送泵站和分散放矿管（槽）；（2）尾矿回水系统：包括回水泵站、回水管道等；）尾矿回水系统：包括回水泵站、回水管道等；（3）尾矿堆存系统：简称尾矿库。包括初期坝、堆积坝、排水（井）尾矿堆存系统：简称尾矿库。包括初期坝、堆积坝、排水（井）槽。以堆存尾矿、排放洪水及回水。槽。

6、以堆存尾矿、排放洪水及回水。【条文【条文2.0.2尾矿库】筑坝拦截谷口或围地构成的用以贮存尾矿的场尾矿库】筑坝拦截谷口或围地构成的用以贮存尾矿的场所。堆存赤泥的常称为堆场。所。堆存赤泥的常称为堆场。我们常见的尾矿库有山谷型尾矿库、平地型尾矿库、傍山型尾矿库我们常见的尾矿库有山谷型尾矿库、平地型尾矿库、傍山型尾矿库及截河型尾矿库。尤以山谷型尾矿库为多。及截河型尾矿库。尤以山谷型尾矿库为多。尾矿库名词注释尾矿库名词注释全全库库容容:尾尾矿坝矿坝某某标标高高顶顶面、下游坡面及面、下游坡面及库库底面所底面所围围的容的容积积，包括有效包括有效库库容、死水容、死水库库容、蓄水容、蓄水库库容、容、调调洪洪库

7、库容和安全容和安全库库容容五部分。五部分。设计设计最最终终堆堆积积高程高程时时的全的全库库容称容称为总库为总库容。容。尾矿坝名词注释尾矿坝名词注释初期初期坝坝:用土石材料筑成的，作用土石材料筑成的，作为为堆堆积坝积坝的排渗或支撑体的的排渗或支撑体的坝坝。尾尾矿矿堆堆积坝积坝:生生产过产过程中在初期程中在初期坝坝顶坝坝顶以上用尾以上用尾矿矿冲冲积积堆筑而成的堆筑而成的坝坝。尾尾矿坝矿坝:挡挡尾尾矿矿和水的尾和水的尾矿库矿库外外围围构筑物，常泛指初期构筑物，常泛指初期坝坝和尾和尾矿矿堆堆积坝积坝的的总总体。体。沉沉积滩积滩:尾尾矿矿冲冲积积形成的沉形成的沉积积体的表体的表层层。其露出水面的部分称。

8、其露出水面的部分称为为干干滩滩或干或干面面滩滩。滩长滩长（干（干滩长滩长度）度）:由由滩顶滩顶至至库库内水内水边线边线的水平距离。的水平距离。设计设计最高洪水位最高洪水位时时的的滩长滩长称最小称最小滩长滩长。滩顶滩顶:沉沉积滩积滩面与堆面与堆积坝积坝外坡的交外坡的交线线，为为沉沉积滩积滩的最高点。的最高点。浸浸润线润线:库库区内的水体向下游方向渗流区内的水体向下游方向渗流时时，在，在坝坝体内形成的自由水面体内形成的自由水面线线。2尾矿库的安全度尾矿库的安全度尾尾矿库矿库安全度分安全度分类类：尾：尾矿库矿库安全度主要根据尾安全度主要根据尾矿库矿库防洪能力和尾防洪能力和尾矿坝坝矿坝坝体体稳稳定性确

9、定，分定性确定，分为为危危库库、险库险库、病、病库库、正常、正常库库四四级级。1）危）危库库：危危库库指安全没有保障，随指安全没有保障，随时时可能可能发发生生垮坝垮坝事故的尾事故的尾矿库矿库。危。危库库必必须须停止停止生生产产并采取并采取应应急措施。急措施。a)尾尾矿库调矿库调洪洪库库容容严严重不足，在重不足，在设计设计洪水位洪水位时时，安全超高和最小干，安全超高和最小干滩长滩长度都不能度都不能满满足足设计设计要求，将可能出要求，将可能出现现洪水漫洪水漫顶顶；b)排洪系排洪系统严统严重堵塞或坍塌，不能排水或排水能力急重堵塞或坍塌，不能排水或排水能力急剧剧降低；降低；c)排水井排水井显显著著倾倾

10、斜，有倒塌的迹象；斜，有倒塌的迹象；d)坝坝体出体出现贯现贯穿性横向裂穿性横向裂缝缝，出，出现较现较大范大范围围管涌、流土管涌、流土变变形，形，坝坝体出体出现现深深层层滑滑动现动现象；象；e)经验经验算，算，坝坝体抗滑体抗滑稳稳定最小安全系数小于定最小安全系数小于规规定定值值的的0.95；f)其它其它严严重危及尾重危及尾矿库矿库安全运行的情况。安全运行的情况。2 2）险库）险库险库指安全设施存在严重隐患，若不及时处理将会导致垮坝事故的尾矿库。险库指安全设施存在严重隐患，若不及时处理将会导致垮坝事故的尾矿库。险库必须立即停产，排除险情。险库必须立即停产，排除险情。a)a)尾矿库调洪库容不足，在设

11、计洪水位时安全超高和最小干滩长度均不能尾矿库调洪库容不足，在设计洪水位时安全超高和最小干滩长度均不能满足设计要求；满足设计要求；b)b)排洪系统部分堵塞或坍塌，排水能力有所降低，达不到设计要求；排洪系统部分堵塞或坍塌，排水能力有所降低，达不到设计要求；c)c)排水井有所倾斜；排水井有所倾斜；d)d)坝体出现浅层滑动现象；坝体出现大面积纵向裂缝，出现较大范围渗透坝体出现浅层滑动现象；坝体出现大面积纵向裂缝，出现较大范围渗透水高位出逸，出现大面积沼泽化；水高位出逸，出现大面积沼泽化；e)e)经验算，坝体抗滑稳定最小安全系数小于规定值的经验算，坝体抗滑稳定最小安全系数小于规定值的0.98；f)f)其

12、它危及尾矿库安全运行的情况。其它危及尾矿库安全运行的情况。3 3）病库）病库病库指安全设施不完全符合设计规定，但符合基本安全生产条病库指安全设施不完全符合设计规定，但符合基本安全生产条件的尾矿库。病库应限期整改。件的尾矿库。病库应限期整改。尾矿库有下列工况之一的为病库：尾矿库有下列工况之一的为病库：a)a)尾矿库调洪库容不足，在设计洪水位时不能同时满足设尾矿库调洪库容不足，在设计洪水位时不能同时满足设计规定的安全超高和最小干滩长度的要求；计规定的安全超高和最小干滩长度的要求；b)b)排洪设施出现不影响安全使用的裂缝、腐蚀或磨损；排洪设施出现不影响安全使用的裂缝、腐蚀或磨损；c)c)经验算，坝体

13、抗滑稳定最小安全系数满足规定值，但部经验算，坝体抗滑稳定最小安全系数满足规定值，但部分高程上堆积边坡过陡，可能出现局部失稳；分高程上堆积边坡过陡，可能出现局部失稳；d)d)浸润线位置局部过高，有渗透水出逸，坝面局部出现沼浸润线位置局部过高，有渗透水出逸，坝面局部出现沼泽化；泽化；e)e)坝面局部出现纵向或横向裂缝；坝面局部出现纵向或横向裂缝；f)坝坝面未面未设设置排水沟，冲置排水沟，冲蚀严蚀严重，形成重，形成较较大的冲沟；大的冲沟；坝坝端端无截洪沟，山坡雨水冲刷无截洪沟，山坡雨水冲刷坝坝肩；堆肩；堆积坝积坝外坡未覆土、植被；外坡未覆土、植被；g)其它不影响尾其它不影响尾矿库矿库基本安全生基本安

14、全生产产条例的非正常情况。条例的非正常情况。4 4）正常库）正常库尾矿库同时能满足下列工况为正常库：尾矿库同时能满足下列工况为正常库：a)a)尾矿库在设计洪水位时能同时满足设计所规尾矿库在设计洪水位时能同时满足设计所规定的安全超高和最小干滩长度的要求；定的安全超高和最小干滩长度的要求；b)b)排水系统各构筑物符合设计要求，工况正常；排水系统各构筑物符合设计要求，工况正常；c)c)尾矿坝稳定安全系数满足设计要求；尾矿坝稳定安全系数满足设计要求；d)d)坝体渗流控制满足要求，运行正常。坝体渗流控制满足要求，运行正常。3尾矿库失事案例尾矿库失事案例尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流的危险源。事实一尾

15、矿库是一个具有高势能的人造泥石流的危险源。事实一再表明，尾矿库一旦失事，必将对下游人民的生命财产造成再表明，尾矿库一旦失事，必将对下游人民的生命财产造成严重的损失。严重的损失。尾矿库事故的原因大概有以下几种原因：尾矿库事故的原因大概有以下几种原因：1 1）由于洪水而发生的事故）由于洪水而发生的事故 2 2）坝体失稳而发生的事故）坝体失稳而发生的事故 3 3）因渗流破坏而发生的事故）因渗流破坏而发生的事故4 4）因排洪设施损坏发生的事故）因排洪设施损坏发生的事故由于洪水而发生的事故由于洪水而发生的事故美国布法罗河煤泥库：1972年2月23日已连续降雨3天，至降雨量达94mm，库内水位急剧上涨，水

16、位高于坝顶标高2m，上游坝体出现纵向裂缝，继而坝坡产生大滑动。塌滑体冲击中库，中库泥浆冲高坝顶4m，进入下游库内，将下游坝体冲开宽15m，深7m的缺口，使库内48万m3的煤泥浆在15分钟内全部泄空。布法罗河煤泥库溃坝事故，造成125人死亡，4000多人无家可归，冲毁桥梁9座，一段公路，经济损失达6200多万美元。牛角垅尾矿库：位于湖南省郴州地区的牛角垅尾矿库为一山谷型尾矿库。1985年8月25日郴州地区连降暴雨，雨量达429.8mm，为数百年一遇特大洪水。由于洪水超标，大量泥石流下泄，库内水位上涨，洪水漫顶，坝体全部冲毁。尾矿流失100万吨。49人死亡，冲毁房屋39间，输电、通讯线路8km，公

17、路7.3km，直接经济损失1300万元。岿美山尾矿库：位于江西省赣州地区的岿美山尾矿库，1960年8月27日，洪水漫顶造成溃坝。溃坝之前连续降雨16小时，雨量达136mm，排水斜槽被泥沙覆盖，泄流不足，洪水漫顶，坝体溃决，千亩良田毁于一旦。坝体失稳而发生的事故坝体失稳而发生的事故火谷都尾矿库：位于云南省红河州境内的火谷都尾矿库，距个旧市城区仅6km。原设计为土石混合坝。火谷都尾矿库.dwg第一期工程为土坝，设计坝高18m，实际施工降低5m，即于1958年8月投入运行，第一期施工质量良好。至1959年底，库水位距坝顶相差3.2m，库容将近满库。为了维持生产，1960年全年在土坝坝体内坡分5层填筑

18、了一座6.7m的临时小坝。筑坝与放矿同时进行，大部分填土没有很好夯实，筑坝质量很差。1960年12月修建二期土坝，外坡为1:1.5、1:1.6、1:1.75；内坡1:1.5。1961年5月在没有对临时小坝进行工程地质勘察的情况下，决定将二期土坝压在临时小坝之上。总坝高达29m。施工期间，临时小坝后坡曾有漏水现象，在临时小坝后施工期间，临时小坝后坡曾有漏水现象，在临时小坝后建有建有1座座5-9m高的毛石挡土墙。二期土坝完工不久，高的毛石挡土墙。二期土坝完工不久，1962年年3月曾在坝顶发现长月曾在坝顶发现长84m纵向裂缝，后进行了换填处理。纵向裂缝，后进行了换填处理。1962年9月20日雨中发现

19、长12m的裂缝2条。9月26日发生溃坝，决口113m，深14m。造成171人死亡，92人受伤，11个村寨和1个农场被毁，8200亩农田和575间房屋被冲毁，受灾13970人。是我国最严重的尾矿库溃坝事故。事故原因：临时小坝坝基为尾矿和矿泥，坝体内坡过陡，坝体处于饱和状态。最终导致向库内滑动，坝体溃坝。镇安金矿尾矿库：镇安金矿位于陕西省商洛市镇安县境内，是一个山谷型尾矿库。原设计初期坝高20m，上游法尾矿筑坝。该库尾矿颗粒较细，小于200目以下颗粒占90%以上，堆积坝坡比1：5，并设排水设施。堆积高度16m，总坝高36m。1993年投入运行，在生产中改为土石料筑后期坝。下游坝坡下游坝坡1：1.5

20、，未经论证、设计。擅自加高、扩容，坝高，未经论证、设计。擅自加高、扩容，坝高达达50m。2006年年4月，又在第三期子坝向库内推进月，又在第三期子坝向库内推进10m，修筑，修筑第四期子坝，高第四期子坝，高4m。4月月30日日18时时24分突发坝体失稳，造成分突发坝体失稳，造成17人失踪，伤人失踪，伤5人，冲毁民房人，冲毁民房76间，流失的氰化物严重的污染了间，流失的氰化物严重的污染了环境环境。因渗流破坏而发生的事故因渗流破坏而发生的事故黄梅山（金山）尾矿库：该库位于安徽省马鞍山市，隶属黄梅山铁矿。1980年投入运行，上游法筑坝，初期坝坝高6m，为均质土坝。发生事故时，总坝高21.7m。由于库内

21、纵深仅150m，为保证澄清距离，尾矿库经常在高水位运行状态，干滩长度仅20m。洪水期用子坝挡水，导致渗流破坏。1986年4月30日发生溃坝事故，造成19人死亡，95人受伤，2km以内农田被毁。因排洪设施损坏发生的事故因排洪设施损坏发生的事故栗西沟尾矿库：栗西沟尾矿库位于陕西省华县，隶属于金堆城钼业公司。该库初期坝为透水堆石坝，坝高40.5m，上游法筑坝，尾矿堆积坝坝高124m，总坝高164.5m。该库1983年10月投入运行，1984年7月排洪隧洞开始泄洪。随生产运行，库内尾矿堆积逐年增高，隧洞漏水量逐渐增加，1988年4月6日漏水量达332.3m3/h。4月13日晚11点水面发生突降，14日

22、凌晨库面出现塌陷区，晚上9时发生第二个塌陷区。流失尾矿及水体1.366m3。严重的污染了栗裕河、麻坪河、石门沟、洛河、伊洛河及黄河的水质。本次事故造成736亩耕地被淹，危及树木235万株，水井118眼，桥梁132座，涵洞14个，公路8.9m，死亡牲畜6885头，沿河8800人饮水困难。尾矿堆积坝尾矿堆积坝安全与稳定性分析评价安全与稳定性分析评价 尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流的危险源。尾矿库的失事将给人民带来的巨大损失。通过对尾矿堆积坝失事的分析，我们知道，造成尾矿库失事的原因除因为洪水和排洪设施涉及到防洪设计及排洪设施设计外，其它原因为坝体失稳和渗流破坏，属于岩土工程范畴。在尾矿堆积坝岩

23、土工程技术规范6.0.3条中规定：尾矿堆积坝的评价应包括渗流稳定性分析，静力稳定分析；在地震动峰值加速度不小于0.1g，的地区还应包括动力稳定性分析和液化稳定分析。对尾矿堆积坝如何进行渗流稳定性分析，静力稳定性分析，动力稳定性分析及液化稳定性分析，我们应了解如下内容：尾矿堆积坝的沉积规律尾矿堆积坝安全稳定评价适用规范刚体极限平衡法有限单元法尾矿堆积坝的沉积规律尾矿堆积坝的沉积规律 尾矿是金属或非金属矿山的矿石经采、选后，将产出数量巨大的“废渣”，是经过研磨后通过水力输送的方式送至尾矿库的物质。尾矿可根据其粒度成分和塑性指数确定其类别和名称，尾矿的性状可根据其分类参照国家现行有关标准中相应土类的

24、性状进行描述。对烧结法赤泥除按表3.0.5分类外还可根据其固化程度划分为固化、半固化和未固化。其分类采用了工程地质的分类标准。我们必须强调，由于尾矿沉积是通过人工水力输送进入尾矿库的。其沉积规律与大自然形成的土类，无论在规模、搬运的距离等都是不可同日而语的。因此，尾矿材料的性质与天然材料之间又有很大的不同。尾矿堆积体的沉积规律尾矿堆积体的沉积规律 在宏观上看，基本上符合水流浃砂运行规律。通常情况表现为：随着距离堆积坝坝顶越远，尾矿颗粒逐渐变细，即由尾粗砂、尾中砂、尾细砂、尾粉砂、尾粉土、尾粉质粘土、尾粘土变化；尾矿粉通过水力输送的方式，经放矿管从堆积坝坝顶放矿进入尾矿库。尾矿浆将以扇形向尾矿池

25、内扩散。随着距放矿口距离的加大，尾矿浆的夹砂能力迅速减弱，尾矿物逐渐沉积。尾矿颗粒随距尾矿放矿口距离加长，由粗变细。由于尾矿浆浓度较大，而且随放矿中水的下渗，浃砂能力迅速减弱，在水流中的旋移质颗粒和推移质很快沉积，造成分选性很差，并且多个放矿口分散排放，矿浆沉积相互交错，相互影响，形成交错层理，在尾矿砂中夹有多层尾矿泥的薄层，在尾矿泥中又夹有多层的尾矿砂层。尾矿堆积坝的沉积规律尾矿堆积坝的沉积规律 另外，尾矿堆积体是随着选矿生产，随时堆积的。因此，埋藏于深层的尾矿土，沉积时间长，浅层的尾矿土沉积时间短。从而造成其固结程度很大不同。在深层，其固结度较高，土质较密实，反之，在浅层，其固结度较差，土

26、质较松散。在深层超孔隙水压力较小，在浅层超孔隙水压力较高。按尾矿土的类别看，细粒尾矿土，特别是尾矿泥固结程度较差且有较高的超孔隙水压力。由于尾矿土特殊的沉积环境，在尾矿砂层中夹有多层的尾矿土薄层，在尾矿土层中夹有多层的尾矿砂。所以其渗透性，在垂直与水平两个方向上，有很大的差异，通常垂直渗透系数小于水平渗透系数。尾矿堆积坝的沉积规律尾矿堆积坝的沉积规律 在北方高寒地区，由于尾矿堆积坝加高过快，分布不均的永冻层是不容忽视的。永冻层的存在，是造成渗流破坏和失稳的潜在因素。总而言之，尾矿堆积体的沉积规律是受多种因素所制约，如尾矿浆的浆液浓度、组成，放矿的位置、间距、延续时间以及各放矿口的布局，干滩的坡

27、度、长度等。从微观上分析，缺少规律性。在同一剖面上，很难准确地将各种地层区分开来。因此，尾矿堆积坝只能进行概化分区，概化分区是建立在综合分析各种勘察手段测试成果基础上，按尾矿土的分类及物理力学性质加权归一形成的。尾矿堆积坝安全稳定评价适用规范尾矿堆积坝安全稳定评价适用规范1、安全稳定性评价现行规范及规程；（1）尾矿库安全技术规程AQ2006-2005（政（政府部门颁发）府部门颁发）（2）选矿厂尾矿设施设计规范ZBJ1-90（行业标准，一直延用，未做修改）（行业标准，一直延用，未做修改）（3）尾矿堆积坝岩土工程技术规范GB50547-2010（新实施的国家标准）（新实施的国家标准）（4）碾压式土

28、石坝设计规范（SL274-2001）（水利行业标准）（水利行业标准）刚体极限平衡法刚体极限平衡法1、瑞典圆弧法：式中：W-土条重量 Q,V-分别为水平和垂直地震惯性力（向上为正，向下为负）；u-作用于土条底面的孔隙水压力；-条块重力线与通过此条块底面中点的滑弧半径夹角；b-土条宽度；c,-土条底面的有效应力抗剪强度指标；Mc-水平地震力对滑弧圆心的力矩；R-滑弧半径。瑞典圆弧滑动法（简称瑞典圆弧法或费伦纽斯法）是由瑞典人1916年提出的，后经费伦纽斯、泰勒等人不断完善，形成目前采用的计算方法。其基本概念是：除假定滑裂面为一个圆柱面外，还假定不考虑土条间的相互作用力，也不考虑土体本身的变形，更不

29、计入圆柱体两侧施加于滑动体的力。瑞典圆弧法安全系数的定义为：每一土体在滑裂面上所能提供的抗滑力矩之和与滑动土体在滑裂面上所产生的滑动力矩之和的比值。由于不考虑土条间的相互作用力，每一个土条力的平衡条件是不能满足的，对每一个土条的力矩平衡也没有满足。瑞典圆弧法仅力矩平衡考虑了滑动土体的整体条件。因此计算结果，将会带来误差。资料显示，一般求出的安全系数偏低10%-20%，而且这种误差滑裂面圆心角的增大和孔隙水压力的增大而增大。从公式我们可以看出，瑞典圆弧法是针对凝聚性土类组成的均质土或非均质土土坡进行安全计算的简单实用方法。2、毕晓普法：毕晓普将土坡的安全系数k定义为沿整个滑动面的抗剪强度f与实际

30、产生的剪应力之比。毕晓普考虑土条条间力的相互作用，根据每一土条垂直方向力的平衡条件：按照安全系数定义及摩尔-库伦准则，求得土条底部总法向力为：式中将上述公式代入、整理，并假设土条间切向力均可略去不计，公式则可简化成：当极限平衡时，各土条对圆心的力矩之和应当为0，因此得 在毕晓普法中，我们可以看到，毕晓普在公式推导中做了几个假定：即假定土条之间的相互作用力是水平的，土条本身力的平衡是建立在同一安全系数条件下的。与瑞典圆弧法相比，不仅仅考虑了相对于圆心的力矩平衡，也考虑了土条本身力的平衡。计算时会发现，当为某一负值时，即会造成利用毕晓普法出现分母为0的结果。因此，对滑弧中可能出现倒角情况时就不能采

31、用了.上面我向大家介绍了瑞典圆弧法和毕晓普法。在规范中还提出了摩根斯坦-普莱斯法和滑楔法非圆弧滑动稳定计算方法。有限单元法有限单元法1、有限单元法的基本原理：有限单元法是把一个连续体或连续区域离散化为有限个单元体的集合体来进行研究的。引用变分原理，对研究问题建立模式，推导近似解的一组方程，最后归结为求解大量联立方程的计算。因此，可以把有限单元法概括为划分单元体来模拟实际物体，计算各种物理量的分布状态。2有限单元法的控制方程：有限单元法控制方程的推导与建立是基于以下假定：土体是宏观的各项同性体土体的变形是微小的应力、应变拉应力为正。静力有限单元法的基本方程为：1）土体静力平衡方程2）土体物理方程

32、（本构方程）3）土体几何方程土体静力平衡方程土体静力平衡方程式中：土体的天然密度 g 重力加速度 土体的物理方程式中：E 土体的变形模量 土体泊松比 土体的几何方程土体的几何方程描述土体应变分量x、y、z、xy、xz、zy与位移分量u、v、w之间数学表达式为几何方程 由土体的平衡方程、物理方程、几何方程组成了有限单元法的基本方程。它表述了弹性体应力、应变及位移的基本关系。但是，外力与这些物理量之间是什么关系？大家都知道，任何弹性体在荷载作用下都要产生变形。而在荷载作用点处都会发生变位，因此，物体在变形的过程中，荷载做了“外力功”。在物体的弹性范围内，当荷载增加时，“外力功“将会以能量的形式全部

33、存储在物体内，这一能量就被称为弹性变形能，又称变形位能。假定弹性体在外力作用下，发生了”虚位移“，外力在虚位移上所做的功（虚功）将储存于整个弹性体内。即为应力在虚应变上所做功的集合。外力在 虚位移上所做功为：；在弹性体单位体积内，应力在应变上的虚功为 ；在整个弹性体内，应力在虚应变上所存储的虚功为所以 这就是弹性力学中的虚功原理。土体的有限元的架构方程就是依据土体的平衡方程、土体的物理方程（本构方程）、几何方程作为基本方程建立起的。通过引进虚功原理，解决了将外力作用在土体单元上的问题。所谓进行弹性体的离散化，就是将一个物体划分为有限多个仅结点相互联系的单元体。也就是在结点上只能作用有力，而没有

34、弯矩。外力必须分配在结点上。体力也将被分配在单元体的结点上。上面，我讲的有限单元法，对土体 而言，为总应力法的有限单元分析。对土体，还应考虑土体中孔隙水压力的存在。运用有效应力法，更能表述土体的受力与变形特征。在运用有效应力法进行有限元计算，需要将土的有效应力原理及孔隙流体的平衡方程3尾矿堆积坝稳定分析中的有限单元法：在尾矿堆积坝岩土工程技术规范GB50547-2010（新实施的国家标准）（新实施的国家标准）【条文6.0.9】中规定：尾矿堆积坝的静力稳定性分析宜采用计及条块间作用力的简化毕肖普法，也可采用不计条块间作用力的瑞典圆弧法。对1级至3级堆积坝尚宜选用适宜的模型进行二维或三维有限元法的

35、应力应变分析。目前，在市场上使用的有限单元法计算程序很多，我们之所以要了解有限单元法的基本原理，就是要避免我们使用程序的盲目性。1）试验表明，土作为一种不同于其它弹性体，具有自身特有的本构模型。目前资料显示有非线性弹性模型、弹塑模型。非线性弹性模型在有限单元法计算中是较常用的模型。土的弹性非线性模型是由邓肯（Duncan)-张(Chang）提出的双曲模型。土体常规三轴试验是在保持3不变的情况下，施加轴向应力（1-3），只在一个方向施加，而在其他方向无应力增量，由增量的广义虎克定律，则可以 求得增量广义虎克定律的弹性参数。常规三轴试验，在在保持3不变的情况下，施加轴向应力（1-3），并测出轴向应

36、变a和体应变v。由体应变又可以推出侧向应变为：r=(v-a)/2。通过点绘（1-3）-a曲线，康纳（Kondner）等人发现，可以用双曲线来拟合这些曲线。对于某一3,(1-3)-a的关系可以表示成邓肯-张又根据上述结果，导出了：当a 0 时经整理，又引入初始切线模量的概念邓肯-张又考虑到变形不可能无限大，提出一个偏应力的限值，令：最后得出切线模量的表达式2）有限元计算，对于弹性体一般将弹性模量一次计入就可以得出物体在荷载作用下所产生的应力、应变、及变位了。对于土这种非线性弹性体，其弹性参数又于应力状态有关的特殊状况，计算就很复杂了。迭代法：迭代法是用修正劲度的方法（变劲度法）或保持劲度不变而用

37、调整荷载的方法（常劲度法），重复试算逐渐逼近真实解，每次试算中，做一次线性有限元计算。目前，有割线迭代法、余量迭代法、初应力迭代法、和初应变迭代法。割线迭代法：假定非线性的全量应力与全量应变关系是已知的，因此与其相关的刚度关系也是已知的，此时的刚度为割线刚度，它所对应的弹性参数为割线参数。如割线模量、割线泊松比。在有限元的计算中，先设定一组割线参数并将荷载一次作用于物体中，计算出第一次近似值（、），然后将根据和的关系，计算出新的割线模量Es和割线泊松比s。再将新的割线模量及割线泊松比代入公式进行计算，直至收敛。请注意，采用割线迭代法使用的计算参数为割线参数。增量法：增量法全荷载分为若干级微小增

38、量，逐级用有限元法进行计算，求出该级之下的应力、应变、变形的增量。在计算中，假定材料的性质不变。按上一级荷载的应力、应变、及本级荷载产生的应力、应变增量，依据非线性弹性体的应力-应变关系，计算出下一级的计算刚度。这种方法，采用的是非线性弹性体切线模量。增量法计算，实际上是用分段的直线，与非线性弹性体的切线模量相逼近，用多级直线段来拟合曲线。增量法计算有：基本增量法、中点增量法、增量迭代法。基本增量法：计算首先将全荷载分为若干级的微小增量，划分的级数越多，计算的精度越高。施加第一级荷载，按初始设定的应力、应变值，计算出初始的弹性参数。按初始的弹性参数，计算出第一级荷载情况下，产生的应力、应变及变

39、形增量。而后，以第一级荷载产生的应力、应变增量为应力、应变值，计算弹性参数，作为下一级荷载的刚度计算参数进行有限元计算，算出第二级荷载的应力、应变值的增量和第二级荷载增量后的应力、应变值。因此应力、应变值为依据，计算出第三级的弹性参数及刚度。进行有限元计算，计算出第三级的应力、应变、变形的增量，同时计算出第三级荷载增量时的应力、应变、和变形。以此方法，逐级依次计算，最终计算出全荷载条件下的物体的应力、应变、变形值。中点增量法：由于基本增量法，用上一级荷载的应力、应变来计算下一级有限元计算中的弹性参数和刚度，所产生的误差将会累积。中点增量法，将会减少这些误差。中点增量法是建立在基本增量法基础上的

40、计算方法。其步骤是：首先按基本增量法计算各级荷载情况下的应力、应变值。而后，以 i-1+i)/2来计算弹性参数和刚度，再来计算该级荷载增量条件下的应力、应变、变形增量和应力、应变及变形。增量迭代法：该方法由于计算时间过长，就不再论述。我要强调的是，采用增量法计算，选用的是切线模量。3）尾矿堆积坝有限单元法计算单元划分：在尾矿堆积坝岩土工程技术规范GB50547-2010（新（新实施的国家标准）实施的国家标准）【条文6.0.13】中规定，当采用有限元法进行坝体静力或动力的应力应变分析时，单元划分除应考虑概化尾矿分层界面外，还应结合监测成果考虑浸润线位置，荷载中还应考虑渗透压力；选择的计算模型应与

41、试验统计模型相对应。有限元法是一种工程数值计算方法，其核心就是将一连续体划分为相互铰接的单元。就单元体而言，是均质的、各项同性的弹性体。因此，在单元划分时，除概化尾矿分层界面外，浸润线也将改变单元的物理力学性质。所以，必须考虑。关于渗透压力问题，我们知道，当渗流水在土中流动时，土骨架对孔隙水产生一阻力，该阻力即为渗透压力。4)有限元计算成果分析：通过有限元计算，最终将会计算出各个单元中的应力、应变及各个结点的变位；计算出各单元的最大主应力、最小主应力、最大剪应力；计算出 x、y、xy(对于平面应变问题）；还可以给出应力、应变、的彩云图。我们通过计算出的各个结点的变位，可以评价、预测尾矿堆积坝的

42、沉降量；通过计算出的各个单元中的各方向的应力等值线，掌握、预测尾矿堆积坝坝体值的应力分布规律，找出易产生事故的应力集中区，提出防范措施，预测加固效果；通过各计算单元的强度和应力状态，可以计算出各单元的安全度绘出安全度等值线，可以分析出可能产生 的最不利滑动面。尾矿堆积坝稳定分析中几点体会尾矿堆积坝稳定分析中几点体会1、刚体极限平衡法：我们在尾矿堆积坝岩土工程技术规范GB50547-2010【条文6.0.9】中规定 尾矿堆积坝的静力稳定性分析宜采用计及条块间作用力的简化毕肖普法，也可采用不计条块间作用力的瑞典圆弧法。对1级至3级堆积坝尚宜选用适宜的模型进行二维或三维有限元法的应力应变分析。简化毕

43、晓普法和瑞典圆弧法其共同性：滑动体为刚体，土体已完成了固结变形。但对尾矿堆积坝而言，土体远没有固结，在土的孔隙中，不仅存在有在地下水作用下的孔隙水压力，而且还存在有固结过程的超静水孔隙水压力。所以，与其公式推导的初始假定是不相符的。因此，超孔隙水压力对安全度的影响，还是个未知数。但是，可以肯定的是，采用有效应力法计算安全系数与实际相比是偏大的。另外，土坡产生滑坡，基本上可分为推移性滑坡和牵引式滑坡。不管哪种形式的滑坡，都表现为下滑力与抗滑力的失衡。其安全系数表现为总抗滑力与下滑力的比值。对于不同的条块而言，在总体中所起到的作用也是不相同的。在毕晓普法及摩根斯坦-普莱斯法公式推导中，都将每一条块

44、的抗滑力折减了一个相同的安全系数，显然是不合理的。我在1987年曾经对首钢矿业公司新水村尾矿堆积坝用平面有限元进行过计算，计算结果发现，各单元的安全度是不相同的，而且有一定的规律。体现出上部安全度较小，底部单元安全度偏大。关于有限单元法上个世纪70年代末期我国水利界在对小浪底土坝进行稳定性分析与计算时引进了有限单元法。80年冶金部勘察研究总院及勘察研究所首次将有限元法用于大石河尾矿库的稳定性分析与安全评价。随着计算机技术的发展，各种各样的有限元计算程序应运而生并被广泛用于对现有尾矿堆积坝的稳定性评价。在尾矿堆积坝岩土工程技术规范GB50547-2010中中首次将有限单元法纳入到规范中。但是，如

45、何利用有限单元法对尾矿堆积坝稳定性进行分析、评价尚留有空间。这是亟待解决的课题。对尾矿堆积坝在1980年年底首次利用有限单元法对尾矿堆积坝进行稳定分析，到现在已有30年了。我曾在1987年对首钢矿业公司新水村尾矿堆积坝提出过安全度加权平均法，评价尾矿堆积坝的安全性。在已故孙广忠教授的硕士研究生魏全乐的论文中也进行了阐述。到现在还没有形成一个统一的标准。现在，随着计算机的广泛应用，我们已经进入了计算土力学的时代。然而，我们在技术理论上还停留在上世纪40年代到60年代的水平，这不能说不是一件遗憾的事情。目前，各种有限元计算程序充斥在市场上，今天，我之所以比较详细的介绍了有限元中的不同计算方法，就是

46、提醒大家，在计算时要了解你所选用的计算程序的适用条件。比如，当采用迭代法时，应选用割线模量，割线模量的实验是在全应力条件下或在侧向应变为0的条件下求得的。当采用增量法计算时应采用切线模量，它可以在一般的三轴实验条件下求得。以上是我对尾矿堆积坝稳定评价与分析的几点体会，可能有很多错误，请各位专家批评指正。谢谢DiagramTitleAdd Your TextAdd Your TextAdd Your TextAdd Your TextAdd Your TextAdd Your TextDiagram1ThemeGallery is a Design Digital Content&Content

47、s mall developed by Guild Design Inc.3ThemeGallery is a Design Digital Content&Contents mall developed by Guild Design Inc.2ThemeGallery is a Design Digital Content&Contents mall developed by Guild Design Inc.DiagramYour TextYour TextYour TextYour TextYour TextYour TextYour TextYour Text2001200220032004Progress DiagramPhase 1Phase 2Phase 3Block DiagramTEXTTEXTTEXTTEXTTEXTTEXTTEXTTEXTTableTEXTTEXTTEXTTEXTTEXTTitle ATitle BTitle CTitle DTitle ETitle F3-D Pie ChartText1Text2Text3Text4Text5Text6Marketing DiagramAdd Your TextAdd Your TextAdd Your Title hereText1Text1Text1T