某上游式尾矿坝抗震有限元分析

郑长海， 岑威钧， 赵昱豪

(河海大学 水利水电学院， 江苏 南京 210098)

1 研究背景

据调查统计，我国现有尾矿库1万余座[1-2]。尾矿库是一类特殊的结构物，如果在设计、施工、运行等环节出现问题，可能会成为潜在的高势能危险源[3-5]。尤其是高坝大库，一旦失事，必将对周边居民的生命财产造成损失，对环境造成严重的破坏[6-9]。国际大坝委员会统计资料表明，尾矿坝失事事故已经发生了数百起，超过一半的事故与地震有关[10-12]。我国也发生过多起特大地震造成的尾矿坝严重失事事件，如1976年唐山大地震中大石河尾矿坝沉积滩发生液化，出现大量喷水冒砂现象[13]；2008年汶川地震引起了黄家沟尾矿库子坝发生溃坝[14]。根据《尾矿设施设计规范》(GB 50863—2013)，对设防烈度Ⅶ度及以上地区的三等及以上尾矿库应进行抗震性能分析，以确保尾矿库的抗震安全性[15-16]。为此，不少研究人员开展了尾矿砂动力特性和尾矿坝抗震性的相关研究。杨安银等[17]利用振动三轴仪研究了尾粉质黏土、尾粉土、尾细砂的动力特性，得出该3种土体的动剪切模量比和阻尼比关系，并对某尾矿库进行抗震计算，发现尾矿土体的动强度指标对其抗液化能力有较大影响。王文松等[18]通过相关计算发现动孔隙水压力的产生和增长会导致尾矿坝的动力安全系数在地震过程中呈波动下降趋势。朱远乐等[19]利用人工拟合地震波，研究了干堆尾矿库改建后的动力反应和永久变形，发现利用干堆尾砂能够有效解决地震区抗液化问题，并且能够提升尾矿坝的抗震安全性。……