基于GeoStudio下尾礦壩地應力場的數值計算

［摘要］本文利用數值計算軟件對壩體在不同狀況下的應力、應變等進行了模擬計算，分析了尾礦壩水平和垂直方向的位移變化及穩定情況。

［關鍵詞］尾礦壩；應力場；穩定性；數值模擬

［中圖分類號］TV410.20［文獻標識碼］A［文章編號］1005-6432（2013）2-0032-03

巖土工程的數值分析方法比較多，主要有：有限元法、邊界元法、離散元法及拉格朗日元法、DDA法等。其中，有限元法是目前已廣泛應用于巖土工程與結構分析的有力工具。該法是把一個實際的結構物或連續體用一種由多個彼此相聯系的單元體所組成的近似等價物理模型來代替，通過結構及連續體力學的基本原理及單元的物理特性建立起表征力和位移關系的方程組，解方程組求其基本未知物理量，并由此求得各單元的應力、應變以及其他輔助量值。

1尾礦庫（壩）的數值模擬計算

（1）計算模型。計算模型的幾何尺寸及邊界條件的確定不但涉及計算量的問題（即單元大小及數量），而且影響到計算的精度及整個壩體的力學分析，因此，合理確定計算剖面、剖面的尺寸及邊界條件非常重要。結合現場實際情況，確定出模型的幾何尺寸。

邊界條件的確定也有很多種，根據以往所做類似工程的有限元數值分析實例，再結合現場實際情況而定。具體如圖1所示，其中左邊界為水平方向約束，即U=0，V≠0，底部邊界為水平、垂直均約束，即U=0，V=0。

圖1現狀（+1924m）與最終壩高

（+1934m）時的尾礦壩幾何模型

（2）材料的本構模型與參數。在材料本構模型選擇上，非線性材料模型能更好地模擬土工問題。一般彈性非線性模型是把彈性模量Ε和泊松比ν看做隨應力狀態變化而改變的變量，即Ε和ν是應力狀態σ的函數。對土體而言應用較多的模型為鄧肯（Duncan）和張（Chang）提出的雙曲線模型。這種模型已被廣泛應用于土壩和地基等土工問題的有限元分析，在很多情況下可以得到滿意的結果。

材料的物理力學參數是模擬計算的基礎資料。根據該工程勘察資料中尾礦的物理力學實驗測試結果，參照國內外有關尾礦和堆石壩等相關資料，綜合分析后，確定出各材料的計算參數，見下表。

2數值模擬計算與結果分析

計算模型單元網格劃分如圖2所示。

在計算中考慮到流固耦合作用，即地下水的作用，為此計算了兩種情況，一是洪水情況（干灘面為100m，即規范中的最小長度），二是正常情況（按照150m）分別進行計算。在現有情況下，浸潤線位置按照實測的考慮，最終標高的浸潤線則按照滲流模擬結果考慮。不同情況下計算結果分別如圖3～圖19。

從計算結果（圖）中可以看出：①尾礦壩體的應力、應變等分布規律與其他資料獲取類似尾礦壩的應力、應變等規律基本相同。②壩體達到最終標高+1934m時，最大位移為0.179m，方向向著壩外坡；最高點（即壩頂處）最大位移達到1.066m左右，壩體沉降量與壩高相比約為1%。③壩體達到最終標高+1934m時，尾礦壩沿Y方向最大應力為-2.32×106Pa，為-0.849×106Pa。

3結論

通過數值計算得出尾礦壩隨著壩體高度的增加，其水平方向的變形位移不大，垂直方向的變形位移較大，壩體沉降量與總壩高比；尾礦壩最大應力發生于Y方向，X方向的應力變化相對不大。因此應加強放礦管理，嚴格按照設計和操作規范要求，及時堆積好每級子壩，并保證其有足夠的坡度與穩定性。庫內應保持沉積灘均勻平整，使其坡度和長度滿足設計要求，嚴禁礦漿沿子壩內坡趾橫向流動沖刷壩體，嚴禁排放的礦漿沖刷壩坡。

參考文獻：

［1］ 尹光志，魏作安，許江.細粒尾礦及其堆壩穩定性分析［M］.重慶：重慶大學出版社，2004.

［2］ 中國有色金屬工業協會.尾礦堆積壩巖土工程技術規范（GB50547-2010）［S］ .北京：中國計劃出版社，2010.

［3］ 中仿科技公.GeoStudio軟件在巖土工程中的應用［EB/OL］. http：//wenku.baidu.com/viewc/0186762caaedd3383c4d39a.html.