唐钢司家营尾矿库坝地震动力反应分析.pdf

唐钢司家营尾矿库坝地震动力反应分析 TheSeismic ofthe ResponseSijiayingTailing Damin Corp TangshanSleeling 杨光于玉贞 李全明张丙印 (清华大学水利水电工程系岩土工程研究所。北京，100084) 摘要：以拟建的唐钢滦县司家营铁矿尾矿库为聊，采用邓肯张EB非线性弹性模型，进行二维 静力非线性有限元应力变形分析。在此基础上，进行二维非线性动力有限元计算，分析坝体的动 力响应，计算尾矿库埂体残余变形和液化区域，研究坝体发生液化的可能性．并对尾矿库的安全 性进行综合评价。 关键词：尾矿坝有限元液化 1工程概况 拟建的唐钢滦县司家营铁矿尾矿库，经过多年的可行性研究和技术论证，采用煤矸石 与尾矿合堆方案，四边筑坝，围库堆存尾矿。该矿一期采、选规模为年处理原矿量700万 段长50ra，坡比1．5％；第二段长100131，坡比1．0％；第三段长50m，坡比0．75％；第四 段长50m，坡比0．6％；水下段，坡比1：20。坝体材料主要有：池填尾矿料(A区)、池外 尾矿料(B区)、煤矸石(c区)，尾矿坝底为一层粉土和一层粉细砂。坝体横剖面及材料分区 如图1所示。 图1坝体横剖面(纵坐标放大3倍) 2计算方法与计算参数 2．1静力应力变形分析方法 采用基于比奥固结理论的有效应力法进行静力变形分析，其中土骨架采用邓肯张EB模 型，假定孔隙水的流动服从Darcy定律。邓肯张EB模型中确定臣和B的主要公式如下： 目2砩引”删2 (1) 口。瓦只l罨J 圆 唐钢司家营尾矿库坝地震动力反应分析 297 Eur=^0只(码，只)4 (3) 其中，sl为剪应力动用水平(简称应力水平)。该模型共有8个参数：C’、矿’、K、凰，、n、研、 甄、m，可由一组常规三轴排水试验确定。对堆石材料，常使用非线性强度参数妊和△∥。 2．2动力反应分析方法 动力计算采用沈珠江提出的考虑振动孔隙水压力增长和变化过程的等价黏弹性有效应力 分析方法。这一方法的基本思想是，把整个地震过程分成若干个时段，对每个时段采用总应 力的分析方法，时间差分按Wilson0法进行．在该时段结束后按经验公式计算出该时段内各 单元残余变形或孔隙水压力的增加，并把它们转换成初应变或初应力后按Blot固结理论进行 静力计算，得出结点位移、单元应变和有效应力的变化。如此逐个时段进行计算，就能得出 整个过程的动力应力应变、7L隙压力和残余变形的发展过程。在动力过程结束后，还可以进 行固结计算得出孔隙压力的消散过程。 2．3计算断面和工况 计算针对选取的典型断面，在二维静力分析的基础上，进行二维非线性动力有限元计算， 输入规范波分析坝体的动力响应，计算坝体残余变形，研究发生液化可能性，并进行综合动 力安全评价。 如图1所示，分散放矿的尾矿库区典型断面上游水位40．25m，下游水位18m，即于滩 长度为150 m，相应计算网格见图2，包括919个节点，853个单元。 图2计算断面网格(纵坐标放大3倍) 2．4模型拳数 对静力计算，各种土料均采用邓肯张EB模型进行计算。两种尾矿料的计算参数由三轴 试验结果确定；其余土料的材料物性指标和邓肯张EB模型参数具体数值见表1+，”。动力计 算采用沈珠江建议的修正等价黏弹性模型。两种尾矿料的动力材料参数根据动力三轴试验结 果确定；其余土料的动力材料参数根据静力计算参数采用工程类比确定‘“，具体数值见表2。 塞!型墼笪!E点堂!!堡型量墼