[发明专利]一种非饱和尾矿坝稳定性分析方法及分析系统

说明书

技术领域

本发明属于尾矿坝分析领域，具体涉及一种非饱和尾矿坝稳定性分析方法及分析系统。

背景技术

随着人类社会对资源需求量的与日俱增，在对矿产资源进行开发利用时会产生大量尾矿，一个矿山的选矿厂只要有尾矿产生，就必须建有尾矿库，这是由于矿水中往往含有多种药剂，如不加处理，则必造成选厂周围环境严重污染，将尾矿妥善贮存在尾矿库内，尾矿水在库内澄清后回收循环利用，可有效地保护环境，所以说尾矿库是矿山选矿厂生产必不可少的组成部分。

通常尾矿库是指筑尾矿坝拦截谷口或围地构成的，堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所，当大量的尾矿堆存于坝前时，尾矿坝连同尾矿库内大量的尾矿会形成一个具有高势能的人造泥石流危险源，存在溃坝危险，一旦失事，容易造成重特大事故。因而尾矿坝体的稳定性分析是确定尾矿库设计方案和论证技术可行性的重要内容。

由于国内尾矿坝安全技术起步较晚，至今尚未形成自身的独立计算、分析体系，一般还是沿用土力学的传统分析方法。由于尾矿坝一般是用土石材料和经压滤后的尾矿砂堆筑而成，坝体总体上基本处于非饱和状态，属于一类特殊的非饱和边坡。而基质吸力与非饱和坝体边坡抗剪强度及稳定性紧密相关，但目前尾矿坝稳定性计算和分析多是根据传统的饱和土力学理论进行的。

目前可用于尾矿坝稳定性计算的数值模拟软件较多，如Slide、ANSYS、FLAC等，其主要依据的强度理论为基于饱和土力学的Mohr-Coulomb强度破坏准则：

式中：τ_f—抗剪强度，c—黏聚力，σ—破坏面上的正应力，—内摩擦角。

传统计算方法是依据公式中的饱和土体强度准则，直接将完全干燥和完全饱和两种情况下的c、值输入计算机即可计算抗剪强度，然后根据极限平衡法或有限元法，利用抗滑力与下滑力关系，计算出坝体稳定性安全系数。但该公式仅考虑了“固-液-气”三相，缺乏对非饱和土体中的第四相——液-气交界面上收缩膜产生的基质吸力的考虑，基质吸力作为非饱和土体区别于饱和土体的重要特征参数，在非饱和坝体稳定性计算和分析时不可忽略。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种非饱和尾矿坝稳定性分析方法及分析系统，以实现通过尾矿坝的基质吸力确定非饱和尾矿坝的稳定性。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种非饱和尾矿坝稳定性分析方法，包括：

S1、获取不同非饱和状态下尾矿坝的基质吸力M_S；

S2、获取不同非饱和状态下的尾矿坝基质吸力M_S对应的尾矿坝抗剪强度τ_f；

S3、利用格子Boltzmann模型对获取的不同非饱和状态下尾矿坝的基质吸力M_S及对应的抗剪强度τ_f进行分析，确定非饱和尾矿坝稳定性。

进一步地，步骤S2中，不同非饱和状态下的尾矿坝基质吸力M_S对应的尾矿坝抗剪强度τ_f的获取方法为：

式中，c为尾矿坝的黏聚力，σ为尾矿坝破坏面上的正应力，u_a为尾矿坝孔隙气压力，θ为尾矿坝非饱和状态下的非饱和含水量，θ_r为尾矿坝干燥状态下的残余含水量，θ_s为尾矿坝饱和状态下的饱和含水量，为尾矿坝的内摩擦角。

进一步地，步骤S3中，通过格子Boltzmann模型，对获取的不同非饱和状态下尾矿坝的基质吸力M_S及对应的抗剪强度τ_f进行拟合分析，构建非饱和状态下尾矿坝基质吸力M_S与非饱和尾矿坝稳定性安全系数F_S的拟合公式：

进一步地，尾矿坝非饱和状态下的基质吸力M_S的获取方法为：

M_s＝u_a-u_w

式中，u_a为尾矿坝孔隙气压力，u_w为尾矿坝孔隙水压力。

进一步地，所述尾矿坝为初期坝。

进一步地，所述尾矿坝为堆积坝。